CN110079724A

CN110079724A - 一种超低氧中低碳钢冶炼方法

Info

Publication number: CN110079724A
Application number: CN201910503841.7A
Authority: CN
Inventors: 徐建飞; 王昆鹏; 王郢; 万文华; 屈志东; 屠兴圹
Original assignee: Zenith Steel Group Co Ltd
Current assignee: Zenith Steel Group Co Ltd
Priority date: 2019-06-12
Filing date: 2019-06-12
Publication date: 2019-08-02
Anticipated expiration: 2039-06-12
Also published as: CN110079724B

Abstract

本发明属于炼钢工艺技术领域，涉及一种超低氧中低碳钢冶炼方法，采用“BOF‑LF‑RH‑CC”工艺路线。LF控制钢水成分、温度，RH负责夹杂物去除任务。转炉出钢和LF精炼时，通过控制合金加入时机和炉渣碱度，达到抑制LF过程Al₂O₃夹杂物向钙铝酸盐转变的目的，从而实现精炼结束前钢中Al₂O₃系夹杂物的控制，然后借助RH真空可以高效化去除夹杂物，最终实现中低碳钢超低氧冶炼目的，成品T.O可控制在8ppm以内。

Description

一种超低氧中低碳钢冶炼方法

技术领域

本发明属于炼钢工艺技术领域，特别涉及到含硅铝脱氧钢超低氧冶炼控制方法。

背景技术

随着钢铁冶炼技术的发展，对钢水洁净度的要求亦越来越高，特别是对夹杂物要求很高的汽车用钢。对于中高碳钢，由于真空条件下钢水C能进一步降低溶解氧含量，采用LF-RH精炼工艺，可以将钢材总氧(T.O)控制在8ppm以内。但对于中低碳钢，特别是C<0.25％的钢种，采用相同的生产工艺，成品T.O仅控制到10～15ppm，很难控制在8ppm以内。

经检索，国内外发表的专利和论文主要从强化LF精炼如采用高碱度高还原性精炼渣、强化RH真空操作如延迟真空处理时间、控制高真空度等降低钢水总氧含量。中国专利申请号CN201110403479.X“一种超低氧化夹杂物钢的生产方法”提出采用RH-LF-RH精炼工艺生产超低氧钢，采用这种方法虽然可以将轴承钢总氧控制到5ppm，但是工艺繁琐、生产成本较高，很难广泛应用到工业生产中。中国专利申请号CN201310456419.3“一种抗HIC/SSCC用钢的冶炼方法”提出采用高碱度高还原性精炼渣，先将LF过程夹杂物变性为液态钙铝酸盐，然后借助RH将其去除以实现超低氧冶炼目的，这种方法认为液态钙铝酸盐要更容易从钢液中被去除，但是大量数据已证实液态钙铝酸盐夹杂物恰恰要比固态夹杂物更难被去除，因此，采用这种方法，很难将中低碳钢T.O控制到8ppm以下。文献“Investigation on theremoval efficiency of inclusions in Al-killed liquid steel in differentrefining processes”指出固态Al₂O₃夹杂物在RH过程中去除效率远远高于钙铝酸盐，由于LF过程渣钢反应难以避免，夹杂物很容易由Al₂O₃转变为钙铝酸盐，因此，为了保证RH真空处理前夹杂物为Al₂O₃，提出采用BOF-RH-CC工艺生产低碳管线钢。但是，对于大部分钢种，取消LF精炼炉，RH处理结束钢水温度难以满足连铸浇铸要求，因此，许多钢种都要在RH处理前先进行LF处理。但是，若先采用LF精炼，夹杂物很容易由Al₂O₃转变为钙铝酸盐，目前还没有相应的专利或文献给出抑制LF过程Al₂O₃向钙铝酸盐转变的方法。中国专利申请号CN201811167952.7“一种无Ds类夹杂物的轴承钢钢液脱氧控制方法”指出采用低碱度精炼渣生产低铝含量轴承钢，T.O可以控制在10ppm以下。这种方法只适用于高碳轴承钢，在真空条件下利用碳来降低溶解氧，最终达到控制T.O的目的，对于中低碳钢，采用这种方法很难实现超低氧冶炼。此外，这一方法未考虑精炼过程硅铁合金对夹杂物成分影响，且采用这一方法，钢水夹杂物主要以Al₂O₃-SiO₂-CaO系为主，而本专利恰恰从夹杂物成分角度来考虑如何实现超低氧冶炼，即利用Al₂O₃夹杂物高去除效率这一特性，来实现超低氧冶炼，且实践表明夹杂物成分对其去除效率有重要的影响。

为此，针对采用“BOF-LF-RH-CC”工艺生产中低碳钢，本发明提供一种抑制LF过程Al₂O₃夹杂物向钙铝酸盐转变方法，然后借助RH真空处理，以实现中低碳钢超低氧冶炼目的。

发明内容

本发明目的是开发一种超低氧中低碳钢冶炼方法，这种方法能够替代传统的冶炼方法，很容易实现中低碳钢超低氧冶炼，在提高产品质量的同时，不额外增加生产成本。

所述钢种质量百分比成分为:C:0.10～0.25％、Si:0.15～0.25％、Mn:0.3～1.5％、S:0.005～0.015％、Al:0.015～0.04％，其余为铁和残余元素；

一种超低氧中低碳钢冶炼方法，其特征在于该工艺包含以下几个要点：

(一)转炉终点温度控制在1610～1660℃，终点S控制在0.012％以下；转炉出钢先加130kg铝饼进行脱氧(130t钢水)，随后加硅铁合金、锰铁合金和增碳剂进行合金化，且所有硅铁出钢过程一次性加入到位以避免精炼补加硅铁合金，合金加入后再加入500～600kg/炉石灰和150kg/炉石英砂进行造渣。

(二)LF进站先对钢水升温6～10min，升温至1550℃后对钢水取样然后进行取样，待成分检测结果反馈到操作室后采用Al线调整Al含量(>0.025％即可)。同时，向渣面上加140kg碳化硅进行渣面脱氧，(TFe+MnO)含量控制在1.20％以下，碳化硅的加入对钢水增硅影响可以忽略。精炼渣碱度控制在2.0～3.0，LF过程不补加硅铁合金，可以适当加入锰铁合金进行合金化。LF末期继续采用Al线调整钢液中Al含量为0.030～0.045％。钢包底吹氩流量控制在400L/min以下，精炼时间控制在35min以内；

(三)RH过程不加任何合金和渣料，真空(<133Pa)时间控制在15～20min，真空处理后可以进行钙处理，软吹时间≥15min；

(四)连铸采用全程保护浇铸。

经申请人研究不同类型夹杂物在RH过程中的去除效率，发现固态夹杂物，特别是固态Al₂O₃夹杂物，其去除效率要远高于液态夹杂物。在常规LF-RH精炼工艺中，尽管LF处理前夹杂物为Al₂O₃，但是通过LF处理，夹杂物很容易向钙铝酸盐转变，因而降低了其在后续RH过程中的去除效率。为了实现精炼结束时钢中夹杂物仍然为Al₂O₃，本发明考虑了硅铁合金、炉渣碱度等对LF过程夹杂物成分影响，提出了硅铁合金在出钢过程一次性加入到钢液中，利用转炉出钢过程钢水高氧势特性将硅铁合金中金属钙氧化掉，同时，将精炼过程炉渣碱度控制在2.0～3.0，以避免炉渣向钢液中传钙，最终实现精炼结束时钢中Al₂O₃系夹杂物控制。

本发明的一种超低氧中低碳钢冶炼方法，步骤(一)中终点S控制在0.012％以下，主要是减轻LF过程脱硫负担。步骤(二)中LF过程不调整Si含量，主要是避免硅铁合金中金属钙对夹杂物成分影响。步骤(二)中精炼渣全程碱度控制在2.0～3.0，主要是为了避免炉渣向钢液中增钙。

本发明由于在RH破空时已实现超低氧冶炼，破空后可以喂入少量的硅钙线保证钢水可浇性，钙处理工艺不影响成品总氧值。

经生产实践检验，实施本发明方法，可以将成品总氧控制到8ppm以内。

本发明的进步效果是:通过对硅铁合金加入时机、炉渣碱度等进行控制，可以将精炼结束时夹杂物控制为Al₂O₃,部分夹杂物含有少量MgO，进而通过RH真空实现超低氧冶炼目的，T.O可以控制在8ppm以下，钢材B类和Ds夹杂物可以控制在0.5级甚至0级，经济效果显著。

附图说明

图1为实施例1LF结束钢中夹杂物分析图；

图2为实施例2LF结束钢中夹杂物分析图；

图3为对比例1LF结束钢中夹杂物分析图。

具体实施方式

采用130吨转炉、130吨精炼炉、130吨RH炉生产20钢。

实施例1:

成品钢成分C：0.18％、Si:0.20％、Mn:0.40％、S:0.009％、Al:0.018％。

采用底复吹转炉，130t钢水，采用常规吹炼方法。转炉终点温度控制在1618℃，终点S控制在0.010％，转炉出钢时先加130kg铝饼、240kg硅铁、400kg低碳锰铁、50kg增碳剂，然后加入550kg石灰和150kg石英砂。

LF前8min只对钢水进行升温，升温至1550℃进行钢水取样，取样后7min成分反馈到主控室，然后喂入500m铝线，再加入140kg碳化硅进行渣面脱氧，并加入100kg低碳锰铁和80kg增碳剂，LF过程不补加硅铁合金，全程底吹Ar流量控制在300～400L/min。LF末期继续采用Al线调整钢液中Al含量为0.034％。精炼时间控制在34min。

LF结束炉渣成分见表1(单位：％):

表1：

LF结束钢中夹杂物为固态Al₂O₃，夹杂物中含有少量MgO，如图1。

RH真空处理时间为20min，真空处理后喂入50m硅钙线，软吹时间为18min。

连铸采用全程保护浇铸。

冶炼过程中钢水总氧变化为:LF结束总氧为18.6ppm、RH破空总氧为8.5ppm，成品总氧为7.8ppm。

实施例1制备的低碳钢进行夹杂物进行检测，采用GB/T10561检验标准，其夹杂物评级为：

钢材B粗0级、B细0.5级、C粗0级、C细0级、D粗0.5级、D细0.5级、Ds0.5级

实施例2:

成品钢成分为:C：0.22％、Si:0.23％、Mn:0.42％、S:0.008％、Al:0.016％。

采用顶底复吹转炉，130t钢水，采用常规吹炼方法。转炉终点温度控制在1632℃，终点S控制在0.0011％，出钢加130kg铝饼、248kg硅铁、480kg低碳锰铁、50kg增碳剂，然后加入550kg石灰和150kg石英砂。

LF前6min只对钢水升温，升温至1550℃进行钢水取样，取样后7min成分反馈到主控室，然后喂入500m铝线，再加入150kg碳化硅进行渣面脱氧，并加入30kg低碳锰铁合金和70kg增碳剂，LF过程不补加硅铁合金，全程底吹Ar流量控制在300～400L/min，LF末期继续采用Al线调整钢液中Al含量为0.031％。精炼时间控制在32min。

LF结束炉渣成分见表2:

表2

LF结束钢中夹杂物为固态Al₂O₃,部分夹杂物含有少量MgO，如图2：

RH真空处理时间为18min，真空处理后喂入50m硅钙线，软吹时间为24min。

冶炼过程钢水总氧变化为:LF结束总氧为21.6ppm、RH破空总氧为7.5ppm，成品总氧为7.1ppm。

连铸采用全程保护浇铸。

实施例2制备的低碳钢进行夹杂物进行检测，采用GB/T10561检验标准，其夹杂物评级为：

钢材B粗0级、B细0.5级、C粗0级、C细0级、D粗0.5级、D细0.5级、Ds0级

对比例1

成品钢成分为:C：0.20％、Si:0.20％、Mn:0.40％、S:0.005％、Al:0.024％。

采用顶底复吹转炉转炉，130t钢水，与实施例1相同，采用常规吹炼方法。转炉终点温度控制在1621℃，终点S控制在0.0010％，转炉出钢加130kg铝饼、350kg硅铁、480kg低碳锰铁、50kg增碳剂，然后加入600kg石灰和120kg萤石。

LF前8min只进行钢水升温，升温至1550℃进行钢水取样，取样后7min成分反馈到主控室，然后根据钢水成分检测结果喂120m铝线(由于炉渣碱度高，出钢过程钢水Al损小，因此LF过程不需要喂很多铝线)，并加入80kg低碳锰铁、70kg增碳剂，全程底吹Ar流量控制在300～400L/min，LF末期采用铝线调整钢水Al含量为0.039％。

LF结束炉渣成分见表3:

表3

LF结束钢中夹杂物为液态或半液态CaO-Al₂O₃-MgO，如图3：

RH真空处理时间为18min，真空处理后喂入50m硅钙线，软吹时间为25min。

冶炼过程钢水总氧变化为:LF结束总氧为16.7ppm、RH破空总氧为13.2ppm，成品总氧为13.5ppm。

连铸采用全程保护浇铸。

对比例1制备的钢材进行夹杂物进行检测，采用GB/T10561检验标准，其夹杂物评级为：

钢材B粗1.0级、B细1.5级、C粗0级、C细0级、D粗1.0级、D细1.0级、Ds2.0级。

Claims

1.一种超低氧中低碳钢冶炼方法，其特征在于，将中低碳钢钢种采用BOF-LF-RH-CC工艺进行冶炼，包括以下步骤：

(1)转炉采用常规吹炼方法，转炉终点温度控制在1610～1660℃，终点S控制在0.012％以下；

(2)转炉出钢先加铝进行脱氧，随后加硅铁、锰铁合金和增碳剂进行合金化，合金加入后再加入石灰和石英砂进行造渣；

(3)LF过程加碳化硅进行渣面脱氧，渣中(TFe+MnO)含量控制在1.20％以下，精炼渣碱度控制在2.0～3.0，精炼末期采用Al线调整钢液中Al含量为0.030～0.045％，钢包底吹氩控制在400L/min以下；

(4)RH过程不加任何合金和渣料，真空处理时间控制在15～20min；

(5)连铸采用全程保护浇铸。

2.根据权利要求1所述的超低氧中低碳钢冶炼方法，其特征在于：所述的中低碳钢产品成分为：C:0.10～0.25％、Si:0.15～0.25％、Mn:0.3～1.5％、S:0.005～0.015％、Al:0.015～0.04％，其余为铁和残余元素。

3.根据权利要求1所述的超低氧中低碳钢冶炼方法，其特征在于：所述的硅铁合金全部在步骤(2)出钢过程中加入，避免在LF过程中补加硅铁合金。

4.根据权利要求1所述的超低氧中低碳钢冶炼方法，其特征在于：步骤(2)中LF精炼时间控制在35min以内。

5.根据权利要求1所述的超低氧中低碳钢冶炼方法，其特征在于：所述的步骤(4)真空处理后进行钙处理，软吹时间≥15min。