CN110229992A - 一种钛微合金化低成本q355b钢板的冶炼生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钛微合金化低成本Q355B钢板的冶炼生产方法，包括：1）原料要求：选择低硫低磷铁水。2）转炉冶炼：采用双渣法冶炼工艺深脱磷。3）出钢：冶炼终点避免任何点吹操作，出钢过程中加入硅锰合金进行脱氧，出钢后钢水罐内渣厚≤40mm。4）氩站处理：钢水到氩站后，保持氩气底吹；立即喂入铝线，铝线喂入结束后，钢水Als含量在0.020～0.040%之间，保持氩气软吹2～3min，期间完成合金微调，然后立即喂入钛硅钙复合包芯线；5）连铸执行全程保护浇注，保证Als损失≤0.003%。本发明通过钛微合金化，降低了Q355B生产成本，提高钢水纯净度。

Description

一种钛微合金化低成本Q355B钢板的冶炼生产方法

技术领域

本发明涉及一种钢材的冶炼方法，具体涉及一种钛微合金化低成本Q355B钢板的冶炼生产方法，属于钢铁冶金技术领域。

背景技术

Q355B是对标欧盟S355钢号而从Q345B升级而来的低合金高强度结构钢牌号，执行标准GB/T 1591-2018，广泛应用于工程结构、矿山机械、钢管等领域，因此也是国内各大钢铁企业普遍批量生产的钢种之一。国标中对于Q355B钢的部分元素重量含量进行了具体的限定，其中C含量不大于0.24％，Si不大于0.55％，Mn不大于1.6％，P不大于0.035％，S不大于0.035％，Cr不大于0.3％，Ni不大于0.3％，Cu不大于0.4％，N不大于0.012％。

无论是升级前的Q345B钢，还是2019年2月起开始执行的新国标Q355B钢，在设计时基本均采用C-Mn为基础的成分体系。Mn在钢种以固溶强化为主，较高的锰含量一方面增加了生产成本，另一方面在钢中易生成MnS类夹杂物，造成冷弯开裂等缺陷，影响应用性能。钛是钢中重要的微合金化元素之一，通常情况下，钛元素在钢中存在可以显著细化晶粒，其碳氮化物或氮化物的析出强化作用，可明显提高钢材的强度。一般来讲，析出强化要比固溶强化效果更好，达到同等强化效果的锰和钛含量级别基本相差1个数量级或者更大，但二者价格相差在2～3倍左右，因此，采用钛元素微合金化，充分利用其强化作用，会大大降低向钢水中添加的合金总含量，特别是锰的含量，从而降低系列结构钢的合金化成本。

目前，国内各大钢铁企业一般采用转炉冶炼—炉外精炼—连铸工艺冶炼生产Q355B钢板，在转炉出钢过程中基本完成锰、硅等的合金化，在LF精炼工序实现钢水温度调整、合金微调以及纯净度调节，之后进行浇注，还有少部分企业还需通过RH脱气进一步优化钢水质量，以对应生产有较高探伤要求的该类产品。

为了降低Q355B系列钢的合金化成本，国内一些企业在原Q345B生产过程中以钛微合金化替代锰合金为目标进行了一些尝试：天铁冶金集团基于铁水预处理→180t复吹转炉冶炼→LF精炼→连铸流程进行了钛微合金化降锰的生产实践，成品Ti含量在0.05～0.11％的范围内，可实现Mn含量降低0.8％，成品性能保持稳定，降成本效果明显；德龙钢铁采用较为简化的复吹转炉冶炼→氩站钛微合金化→连铸的冶金流程生产Q345B钢，省去了LF精炼环节，为了保证钛的收得率，在出钢过程中加入2kg/t钢左右的铝镁钙脱氧，之后进行钛微合金化，并采用大气量底吹的模式混匀钢水，促进夹杂物上浮，最终实现钛含量0.03～0.045％条件下，锰含量降低0.8％，也有较为可观的成本优化效果。鄂钢在Q345B钢板生产过程中也进行了钛微合金化，同样基于简化后的氩站微合金化操作，优化后的工艺包括出钢完成后喂入铝线脱氧，喂入钛铁线进行合金化，之后喂入硅钙线以防止连铸水口堵塞，该套工艺也实现了以0.03～0.05％的钛替代0.5％的锰，成品性能稳定，成本也得以有效降低。还有安阳钢铁、普阳钢铁也有钛微合金化代锰的实践，钛微合金化的Q355B钢轧制过程与常规成分体系基本相似，因此，相对而言，冶金过程是决定性环节。

钛微合金化降低锰合金含量生产Q355B的现有实践虽然可实现合金化成本的降低，但也存在以下几方面的问题：

1)如果采用转炉冶炼—LF精炼—连铸的工艺流程实现钛微合金化，由于LF工序的成本消耗是可观的，则成本降低的效果并不明显。

2)冶炼终点钢水温度过高，钢水氧化性过强，脱磷效果不佳，也不利于氩站后脱氧效率及合金收得率稳定。

3)在氩站实现钛微合金化，由于钢水、炉渣的强氧化性的特点，如果加入铝镁钙脱氧，消耗量大，脱氧效果不稳定，后续需要钢包大气量底吹，容易造成钢水二次氧化，对钛的收得率稳定性有不利影响；如果喂入铝线对钢水深脱氧，则过量酸溶铝的存在势必会部分氧化生成氧化铝夹杂，造成中间包上水口、浸入式水口的堵塞，影响生产顺行，通过专门的钙处理对氧化铝夹杂变性处理，可以减少其危害性，但是硅钙线本身需要一定成本，在底吹氩混匀过程中有损失，且纯混匀需要8分钟以上，现有技术和实践的氩站总的处理时间均在20分钟以上，影响生产节奏，也带来一定的温度波动和成本损失。

4)出钢、钢包大气量底吹等过程，钢水均可能与外界空气接触而吸氮，从而导致成品氮含量偏高(≥40ppm)。

因此，实现钛微合金化稳定可持续生产Q355B钢，还需要解决钢水脱氧效果、钢水质量、生产稳定性和效率的协调问题。

例如，基于现有技术中，180t顶底复吹转炉冶炼—氩站处理—板坯连铸流程生产Q355B连铸板坯，在氩站完成钛微合金化，在生产过程中，存在以下几个方面的问题：

1)钢水冶炼终点钢水温度过高，钢水氧化性过强，脱磷效果不佳，也不利于氩站后脱氧效率及合金收得率稳定，钢水温度偏低，则经过脱氧、合金化、软吹等系列操作后，钢水温度可能低于最低控制目标，无法正常浇注。

2)在氩站实现钛微合金化，在预先的脱氧环节可能出现脱氧剂消耗量大、脱氧效果不佳、钛收得率严重偏低等问题。

3)大气量底吹可能造成钢水二次氧化并导致成品氮含量偏高，全程软吹则处理时间过长，生产效率会降低。

4)钢水中较多的氧化铝夹杂物可能造成连铸过程中上水口和浸入式水口堵塞，钙处理环节又将增加成本和后续软吹混匀时间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够有效克服上述现有技术的缺陷，提供一种成本低、工艺稳定的钛微合金化低成本Q355B钢板的冶炼生产方法。

本发明是这样实现的：

一种钛微合金化低成本Q355B钢板的冶炼生产方法，包括：

1)原料要求

选择磷含量≤0.12％的铁水，并脱硫，脱硫后铁水硫含量≤30ppm，铁水兑入转炉前温度≥1280℃，在铁水兑入转炉之前向转炉内先兑入一定重量的低硫废钢，之后兑入铁水。其中低硫废钢中硫含量不高于0.05％。

2)转炉冶炼

采用双渣法冶炼工艺，实现深脱磷。

3)出钢

冶炼终点避免任何点吹操作，避免异常增氮。

出钢前向钢水罐底部置入一定量的活性石灰，钢水罐必须为红热周转罐，避免到氩站后钢水温度异常波动。

出钢过程中加入硅锰合金进行脱氧，基于VSD2000振动式连铸钢包下渣检测系统自动下渣检测控制滑板挡渣出钢，严格控制下渣量，出钢后钢水罐内渣厚≤40mm。

4)氩站处理

钢水到氩站后，首先以稳定的氩气压力为基础，保持氩气底吹稳定在3～8L/t·min的流量范围，钢水罐上表面钢水裸露直径200～300mm，既减少钢液与空气接触，同时又保证包芯线和铝线等从裸露处高效喂入。

钢包到达氩站后，立即喂入直径16mm的铝线，喂入速度≥5m/s，喂入量根据转炉终点钢水定氧值动态调整。铝线喂入结束后，钢水Als含量在0.020～0.040％之间，保持氩气软吹2～3min，期间完成合金微调，然后立即喂入钛硅钙复合包芯线，每米含复合粉料420±5g，以≥5m/s的速度喂入5m/t钢的包芯线，喂入后持续软吹4～5min，氩站处理结束钢水钛含量为0.038～0.065％，钙含量为≥0.0003％。

5)连铸执行全程保护浇注，保证Als损失≤0.003％。

更进一步的方案是：

步骤1)中，脱硫采用KR预处理脱硫。

更进一步的方案是：

所述低硫废钢的用量占铁水重量的8.5％至12.5％。

更进一步的方案是：

所述双渣法冶炼工艺的参数控制如下：

其中：总吹炼时间900～960S，控制终渣二元碱度为≥3.2，转炉冶炼终点碳含量0.04～0.06％，终点温度范围1600～1680℃，脱磷率≥86％。

更进一步的方案是：

所述活性石灰的用量是不低于铁水重量的0.5％。

更进一步的方案是：

终点钢水氧与铝线喂入量的关系如下：

终点钢水氧≥1000ppm，铝线喂入量0.8～1.0kg/t钢，终点钢水氧800～1000ppm，铝线喂入量0.7～0.8kg/t钢，终点钢水氧≤600ppm，铝线喂入量0.6～0.7kg/t钢。

更进一步的方案是：

所述钛硅钙复合包芯线中，质量百分比Ti≥30％，Ca≥10％。

本发明具有如下有益效果：

1)通过钛微合金化，降低0.45～0.6％的锰合金含量，降低Q355B生产成本。

2)省去LF精炼环节，降低过程成本，提高生产效率。

3)高效、合理的氩站处理，减少钢水增氮，提高钢水纯净度。

具体实施方式

下面以一个具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

以某钢厂180t顶底复吹转炉为基础，基于转炉冶炼—氩站处理—板坯连铸流程生产Q355B低合金结构钢连铸坯，具体技术方案如下，其中为具体说明的百分比均为质量百分比：

1)原料要求

铁水量160～170t，铁水磷含量≤0.12％。铁水采用KR预处理脱硫，脱硫后铁水硫含量≤30ppm，铁水兑入转炉前温度≥1280℃，向炉内先兑入15～20t的低硫废钢，之后兑入铁水。由于后续取消了LF处理，铁水深脱硫以及加入低硫废钢的目的都是为了控制成品硫含量。

2)转炉冶炼

采用双渣法冶炼工艺，实现深脱磷。总吹炼时间900～930S，控制终渣二元碱度为3.5～3.8，转炉终点碳含量0.04～0.06％，终点温度范围1620～1650℃。

3)出钢

冶炼终点避免任何点吹操作，避免异常增氮。

出钢前向钢水罐底部置入1.0～1.2吨活性石灰，钢水罐必须为红热周转罐，避免到氩站后钢水温度异常波动。

出钢过程中加入硅锰合金进行脱氧，基于VSD2000自动下渣检测控制滑板挡渣出钢，严格控制下渣量，出钢后钢水罐内渣厚≤40mm。

4)氩站处理

氩站处理是本方法的核心环节。

钢水到氩站后，首先以稳定的氩气压力为基础，保持氩气底吹稳定在3～8L/t·min的流量范围，钢水罐上表面钢水裸露直径200～300mm，既减少钢液与空气接触，同时又保证包芯线和铝线等从裸露处高效喂入。

钢包到达氩站后，立即喂入直径16mm的铝线，喂入速度≥5m/s，喂入量根据转炉终点钢水定氧值动态调整，终点钢水氧≥1000ppm，铝线喂入量0.8～1.0kg/t钢，终点钢水氧800～1000ppm，铝线喂入量0.7～0.8kg/t钢，终点钢水氧≤600ppm，铝线喂入量0.6～0.7kg/t钢。氩站动态喂铝线深脱氧，可保证铝的消耗量相对投入铝块时明显减少，氧化铝夹杂总量可控，脱氧效果稳定。铝线喂入结束后，钢水Als含量在0.020～0.040％之间，保持氩气软吹2～3min，期间完成合金微调，然后立即喂入钛硅钙复合包芯线，其粉料成分为：Ti≥30％，Ca≥10％，每米含复合粉料420±5g，以≥5m/s的速度喂入5m/t钢的包芯线，喂入后持续软吹4～5min，氩站处理结束钢水钛含量为0.038～0.065％，钙含量为≥0.0003％，用大规格含钛包芯线，避免了投入钛铁块引起的钢包液面翻动，提高了钛的收得率，同时其中钙的加入，实现了钢液的钙处理，大大缩短了两种包芯线单独喂入的时间消耗，减少了无用的包芯铁皮的使用量以及由其引起的温降，在氩站总处理时间≤16min。

5)连铸执行全程保护浇注，保证Als损失≤0.003％。

本实施例制备得到的Q355B，主要成分和常规Q355B的主要成分对比如下：

尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

Claims (7)

1.一种钛微合金化低成本Q355B钢板的冶炼生产方法，其特征在于包括：

1）原料要求

选择磷含量≤0.12%的铁水，并脱硫，脱硫后铁水硫含量≤30ppm，铁水兑入转炉前温度≥1280℃，在铁水兑入转炉之前向转炉内先兑入一定重量的低硫废钢，之后兑入铁水；

2）转炉冶炼

采用双渣法冶炼工艺，实现深脱磷；

3）出钢

冶炼终点避免任何点吹操作，避免异常增氮；

出钢前向钢水罐底部置入一定量的活性石灰，钢水罐必须为红热周转罐，避免到氩站后钢水温度异常波动；

出钢过程中加入硅锰合金进行脱氧，基于VSD2000振动式连铸钢包下渣检测系统自动下渣检测控制滑板挡渣出钢，严格控制下渣量，出钢后钢水罐内渣厚≤40mm；

4）氩站处理

钢水到氩站后，首先以稳定的氩气压力为基础，保持氩气底吹稳定在3～8L/t·min的流量范围，钢水罐上表面钢水裸露直径200～300mm，既减少钢液与空气接触，同时又保证包芯线和铝线等从裸露处高效喂入；

钢包到达氩站后，立即喂入直径16mm的铝线，喂入速度≥5m/s，喂入量根据转炉终点钢水定氧值动态调整；铝线喂入结束后，钢水Als含量在0.020～0.040%之间，保持氩气软吹2～3min，期间完成合金微调，然后立即喂入钛硅钙复合包芯线，每米含复合粉料420±5g，以≥5m/s的速度喂入5m/t钢的包芯线，喂入后持续软吹4～5min，氩站处理结束钢水钛含量为0.038～0.065%，钙含量为≥0.0003%；

5）连铸执行全程保护浇注，保证Als损失≤0.003%。

2.根据权利要求1所述钛微合金化低成本Q355B钢板的冶炼生产方法，其特征在于：

步骤1）中，脱硫采用KR预处理脱硫。

3.根据权利要求1或2所述钛微合金化低成本Q355B钢板的冶炼生产方法，其特征在于：

所述低硫废钢的用量占铁水重量的8.5%至12.5%。

4.根据权利要求1所述钛微合金化低成本Q355B钢板的冶炼生产方法，其特征在于：

所述双渣法冶炼工艺的参数控制如下：

其中：总吹炼时间900～960S，控制终渣二元碱度为≥3.2，转炉冶炼终点碳含量0.04～0.06%，终点温度范围1600～1680℃，脱磷率≥86%。

5.根据权利要求1所述钛微合金化低成本Q355B钢板的冶炼生产方法，其特征在于：

所述活性石灰的用量是不低于铁水重量的0.5%。

6.根据权利要求1所述钛微合金化低成本Q355B钢板的冶炼生产方法，其特征在于：

终点钢水氧与铝线喂入量的关系如下：

终点钢水氧≥1000ppm，铝线喂入量0.8～1.0kg/t钢，终点钢水氧800～1000ppm，铝线喂入量0.7～0.8kg/t钢，终点钢水氧≤600ppm，铝线喂入量0.6～0.7kg/t钢。

7.根据权利要求1所述钛微合金化低成本Q355B钢板的冶炼生产方法，其特征在于：

所述钛硅钙复合包芯线中，质量百分比Ti≥30%，Ca≥10%。