CN110438297B - 一种生产低碳钢和超低碳钢钢液温度与洁净度控制的方法 - Google Patents
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Abstract
一种生产低碳钢和超低碳钢钢液温度与洁净度控制的方法，属于钢铁冶金领域。本发明在转炉出钢前在钢包中或出钢过程中，向钢液中加入铝粒、铝锭、铝合金等铝制品，使其与钢液中的氧反应放热提高钢水温度；同时降低炉渣氧化性；控制加入的铝使其全部与出钢钢液中氧反应且出钢后钢液中铝含量低于50×10‑6，生成的Al2O3在进入RH精炼前基本上浮去除。RH精炼时，当真空槽真空度低于20‑50kPa时，采用顶枪强制吹氧脱碳，保证RH脱碳效率；同时控制脱碳结束后钢中氧含量低于400×10‑6，保证RH精炼后钢水具有较高的洁净度。该方法可提高钢液温度，解决钢厂RH脱碳精炼过程中温度不足问题；同时较精确控制RH精炼强制脱碳氧气吹入量，控制并降低RH脱碳终点氧含量，提高钢液洁净度。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁冶金领域，具体涉及一种用于转炉-RH精炼流程生产低碳钢和超低碳钢钢液温度与洁净度控制的方法，通过出钢过程铝氧反应放热，对钢液进行加热，以弥补生产低碳钢和超低碳钢中转炉出钢温度较低和RH精炼过程温降较大问题，并降低炉渣氧化性，同时出钢过程中铝氧反应生成的Al2O3夹杂基本在RH精炼前上浮去除，不会对RH精炼结束时钢水的洁净度产生不良影响；在RH精炼脱碳过程中采用顶枪强制吹氧脱碳工艺，较精确控制氧气吹入量，并降低RH脱碳终点氧含量，有利于提高钢液洁净度。
背景技术
转炉-RH精炼流程生产低碳钢和超低碳钢过程温度控制和钢液洁净控制对产品质量至关重要。转炉出钢钢液温度需保证钢液到RH时温度高于某一温度值，同时必须严格控制RH精炼过程温降，才能保证后续连铸工序顺行。钢液洁净度控制不佳，钢中会存在大量夹杂物，大型夹杂物会引起产品冲压开裂和表面质量等问题，所以冶炼过程对钢液洁净度控制非常严格。
若转炉-RH精炼流程生产低碳钢和超低碳钢中转炉出钢温度较低或RH精炼过程温降较大，就需在RH工序进行加铝吹氧来升温。RH加铝吹氧升温过程中，金属铝氧化放热的同时会形成大量的氧化产物Al2O3；另一方面，RH吹氧升温结束后，钢液又处于过氧化状态，对钢液深脱氧后析出大量脱氧产物Al2O3，钢液洁净度难以保证，会使炉渣氧化性过强、炉渣改质困难，浇注时容易造成中间包水口堵塞，影响产品质量。
针对上述问题，需要开发一种用于转炉-RH精炼流程生产低碳钢和超低碳钢钢液温度与洁净度控制的方法。
发明内容
本发明提供一种用于转炉-RH精炼流程生产低碳钢和超低碳钢钢液温度与洁净度控制的方法，转炉出钢前在钢包中或出钢过程中根据钢液中氧含量、升温需求和氮含量控制要求向钢液加入一定量的铝或铝合金，利用铝氧反应热提高钢水温度，解决转炉出钢温度不足和RH工序温降过大问题以满足后续工序对钢液温度要求，并降低炉渣氧化性；同时，出钢过程中铝氧反应生成的Al2O3夹杂基本在RH精炼前上浮去除，有利于钢液洁净度控制；RH精炼脱碳过程中采用顶枪强制脱碳，可较精确控制氧气吹入量，较精确控制并降低RH脱碳终点氧含量，钢液洁净度显著提高。
为实现上述目的，本发明采用如下解决方案：
一种用于转炉-RH精炼流程生产低碳钢和超低碳钢钢液温度与洁净度控制的方法，其特征在于可在转炉出钢前在钢包中或出钢过程中向钢液中加入铝粒、铝锭、铝合金等与钢液中的氧反应放热提高钢水温度；加入的铝还将部分与炉渣反应，降低炉渣氧化性，实现炉渣改质；控制加入的铝使其全部与出钢钢液中氧反应且出钢后钢液中铝含量低于50×10-6，生成的Al2O3在进入RH精炼前基本上浮去除；具体加铝量根据钢液氧含量、升温需求和氮含量控制要求综合确定。RH精炼时，当真空槽真空度低于20-50kPa时，采用顶枪强制吹氧脱碳，吹入氧量根据RH进站碳和氧含量确定，保证RH脱碳效率；同时控制脱碳结束后钢中氧含量低于400×10-6，保证RH精炼后钢水具有较高的洁净度。
进一步地，转炉出钢前测量转炉终点温度、钢水氧含量和碳含量；
进一步地，估算钢水出钢过程需补偿的钢水温度，进而依据式(1)确定加铝总量：
ΔT＝α×35×WAl/W钢液 (1)
式中：WAl加入总铝质量kg；W钢液为钢液总重t；α为系数，取0.75-0.95。
为了防止加入的铝对RH精炼后期钢水洁净度有不良影响，还需注意加入的总铝量必须满足式(2)要求：
式中：[％O]为转炉出钢时钢中氧含量；β为系数，取0.85-0.95。
对于氮含量要求比较严格的钢种(氮含量低于30×10-6)，加入的总铝质量(kg)还需满足式(3)要求：
加入的铝还将部分与炉渣反应，降低炉渣氧化性，实现炉渣改质。如需实现炉渣改质达到较好效果，总铝加入量可按式(4)进行计算：
式中δ为系数，取0.9-1.0。
进一步地，根据上述估算的总铝加入量，在钢包中或出钢过程中向钢液中加入铝粒、铝锭、铝合金等铝含量较高的脱氧剂，其总铝质量达到计算加铝总量。
进一步地，钢水传运制RH精炼工位，测量钢水中氧含量和温度。
进一步地，开始抽真空进行RH精炼，当真空槽真空度低于20-50kPa时，采用顶枪强制吹氧脱碳。
具体真空槽真空度为何压力时开始采用顶枪强制吹氧脱碳，依据真空槽中钢液喷溅、钢中氧含量和碳氧反应速度确定。当钢中氧含量较低、碳氧反应较弱、真空槽中钢液喷溅较弱时，可提早在真空槽压力降到较高压力时采用顶枪强制吹氧脱碳；当钢中氧含量较高、碳氧反应较强、真空槽中钢液喷溅较剧烈时，可等到在真空槽压力降到较低压力时采用顶枪强制吹氧脱碳。
进一步地，RH精炼采用顶枪强制吹氧脱碳，吹入氧量根据RH进站碳和氧含量确定，具体吹入量Q(m3)由式(5)计算。
式中：[％C]0、[％C]end分别为钢液初始碳含量、脱碳结束碳含量；[％O]end、[％O]0分别为RH精炼钢液初始氧含量、脱碳结束氧含量；γ为系数，取0.5-0.8，具体取值根据现场生产中RH设备的工矿和工艺条件而定。
对于洁净度要求较高的钢种，氧含量低于30×10-6，RH脱碳终点氧含量可设定控制在200-300×10-6范围；对于要求快速脱碳或生产超低碳钢(碳含量要求低于20×10-6)，RH脱碳终点氧含量可设定控制在250-400×10-6范围。
进一步地，控制顶枪吹氧流量，使钢液在真空槽中快速脱碳，顶枪吹氧在1-6分钟内完成。
本发明的有益技术效果
本发明在转炉出钢前在钢包中或出钢过程中根据钢液氧含量、升温需求和氮含量控制要求向钢液加入铝，利用铝氧反应热提高钢水温度，解决部分钢厂RH脱碳精炼过程中温度不足问题，有效避免或降低了RH工序再使用铝吹氧升温工艺带来的诸多问题；同时，加入的铝部分与炉渣反应，降低炉渣氧化性，实现炉渣改质；在RH精炼前铝氧反应升温生成的三氧化二铝夹杂基本上浮，对RH精炼结束时钢水的洁净度不会产生负面影响；RH精炼脱碳中采用顶枪强制脱碳，通过控制氧气吹入量可较精确控制RH脱碳终点氧含量，保证了钢液洁净度要求，有效提高钢水洁净度。
具体实施方式
为了阐述本发明的目的、技术方案及优点，以下结合实例，对本发明进行进一步详细阐述。应当理解，此处所阐述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
实施实例1
以采用转炉-RH-连铸工艺流程生产DC01钢，容量为120t转炉为例。
转炉出钢温度1645℃，转炉出钢[％O]为600×10-6，转炉-RH工序平均温降为55℃，计算推测RH进站温度为1590℃。实际生产中，RH进站温度要求1610℃以上，为满足后续工序对钢液温度要求，需在转炉出钢前在钢包中或出钢过程中对钢液进行加铝升温至少20℃处理。根据升温、钢水氮含量及炉渣改质控制要求向钢液加入总铝94.0kg，铝氧反应使钢液升温效果为23.3℃，出钢后钢液中铝含量为30×10-6，生成的Al2O3夹杂在钢水进入RH精炼前基本上浮去除。RH精炼时，当真空槽真空度低于45kPa时，采用顶枪强制吹氧脱碳，RH进站[％C]为375×10-6、进站[％O]为20×10-6，确定吹入氧量75.1m3，吹氧流量为1600Nm3/h，总吹氧时间为2.8min，保证RH脱碳效率，RH脱碳结束[％C]为120×10-6；脱碳结束后钢中[％O]为350×10-6，保证了RH精炼后钢水具有较高的洁净度。炉渣改质效果较好，RH精炼结束时炉渣(％FeO)为6.6％。
实施实例2
以采用转炉-RH-连铸工艺流程生产IF钢，容量为120t转炉为例。
转炉出钢温度1665℃，转炉出钢[％O]为500×10-6，转炉-RH工序平均温降为60℃，计算推测RH进站温度为1605℃。实际生产中RH进站温度要求1620℃以上，为满足后续工序对钢液温度要求，需在转炉出钢前在钢包中或出钢过程中对钢液进行加铝升温至少15℃处理。根据升温和氮含量控制要求确定向钢液加入总铝77.0kg，铝氧反应使钢液升温效果为19.1℃，出钢后钢液中铝含量为15×10-6，生成的Al2O3夹杂在钢水进入RH精炼前基本上浮去除。RH精炼时，当真空槽真空度低于20kPa时，采用顶枪强制吹氧脱碳，RH进站[％C]为340×10-6、进站[％O]为20×10-6，确定吹入氧量100.4m3，吹氧流量为1800Nm3/h，总吹氧时间为3.3min，保证RH脱碳效率，RH脱碳结束[％C]为10×10-6；脱碳结束后钢中[％O]为297×10-6，保证RH精炼后钢水具有较高的洁净度。炉渣改质效果较好，RH精炼结束时炉渣(％FeO)为7.6％。
实施实例3
以采用转炉-RH-连铸工艺流程生产DC04钢，容量为150t转炉为例。
转炉出钢温度1659℃，转炉出钢[％O]为650×10-6，转炉-RH工序平均温降为65℃，计算推测RH进站温度为1594℃。实际生产中RH进站温度要求1615℃以上，为满足后续工序对钢液温度要求，需在转炉出钢前在钢包中或出钢过程中对钢液进行加铝升温至少21℃处理。根据升温和氮含量及炉渣改质控制要求确定向钢液加入总铝124.4kg，铝氧反应使钢液升温效果为24.7℃，出钢后钢液中铝含量为15×10-6，生成的Al2O3夹杂在钢水进入RH精炼前基本上浮去除。RH精炼时，当真空槽真空度低于25kPa时，采用顶枪强制吹氧脱碳，RH进站[％C]为300×10-6、进站[％O]为20×10-6，确定吹入氧量105.7m3，吹氧流量为1500Nm3/h，总吹氧时间为4.2min，保证RH脱碳效率，RH脱碳结束[％C]为18×10-6；脱碳结束后钢中[％O]为280×10-6，保证RH精炼后钢水具有较高的洁净度。炉渣改质效果较好，RH精炼结束时炉渣(％FeO)为6.8％。
实施实例4
以采用转炉-RH-连铸工艺流程生产DC01钢，容量为150t转炉为例。
转炉出钢温度1665℃，转炉出钢[％O]为400×10-6，转炉-RH工序平均温降为70℃，计算推测RH进站温度为1595℃。实际生产中RH进站温度要求1610℃以上，为满足后续工序对钢液温度要求，需在转炉出钢前在钢包中或出钢过程中对钢液进行加铝升温至少15℃处理。根据升温和氮含量控制要求向钢液加入总铝80.8kg，铝氧反应使钢液升温效果为16.0℃，出钢后钢液中铝含量为35×10-6，生成的Al2O3夹杂在钢水进入RH精炼前基本上浮去除。RH精炼时，当真空槽真空度低于40kPa时，采用顶枪强制吹氧脱碳，RH进站[％C]为400×10-6、进站[％O]为25×10-6，确定吹入氧量86.3m3，吹氧流量为2000Nm3/h，总吹氧时间为2.6min，保证RH脱碳效率，RH脱碳结束[％C]为140×10-6；脱碳结束后钢中[％O]为305×10-6，保证RH精炼后钢水具有较高的洁净度。炉渣改质效果较好，RH精炼结束时炉渣(％FeO)为7.0％。
实施实例5
以采用转炉-RH-连铸工艺流程生产IF钢，容量为200t转炉为例。
转炉出钢温度1643℃，转炉出钢[％O]为700×10-6，转炉-RH工序平均温降为43℃，计算推测RH进站温度为1600℃。生产中RH进站温度要求1625℃以上，为满足后续工序对钢液温度要求，需在转炉出钢前在钢包中或出钢过程中对钢液进行加铝升温至少25℃处理。根据升温和氮含量控制要求确定向钢液加入总铝181.2kg，铝氧反应使钢液升温效果为27.0℃，出钢后钢液中铝含量为28×10-6，生成的Al2O3夹杂在钢水进入RH精炼前基本上浮去除。RH精炼时，当真空槽真空度低于22kPa时，采用顶枪强制吹氧脱碳，RH进站[％C]为250×10-6、进站[％O]为30×10-6，确定吹入氧量122.1m3，吹氧流量为1500Nm3/h，总吹氧时间为4.9min，保证RH脱碳效率，RH脱碳结束[％C]为15×10-6；脱碳结束后钢中[％O]为240×10-6，保证RH精炼后钢水具有较高的洁净度。炉渣改质效果较好，RH精炼结束时炉渣(％FeO)为7.5％。
实施实例6
以采用转炉-RH-连铸工艺流程生产DC04钢，容量为200t转炉为例。
转炉出钢温度1633℃，转炉出钢[％O]为750×10-6，转炉-RH工序平均温降为40℃，计算推测RH进站温度为1593℃。生产中RH进站温度要求1620℃以上，为满足后续工序对钢液温度要求，需在转炉出钢前在钢包中或出钢过程中对钢液进行加铝升温至少27℃处理。根据升温和氮含量控制要求确定向钢液加入总铝192.4kg，铝氧反应使钢液升温效果为28.6℃，出钢后钢液中铝含量为22×10-6，生成的Al2O3夹杂在钢水进入RH精炼前基本上浮去除。RH精炼时，当真空槽真空度低于30kPa时，采用顶枪强制吹氧脱碳，RH进站[％C]为280×10-6、进站[％O]为25×10-6，确定吹入氧量129.9m3，吹氧流量为1500Nm3/h，总吹氧时间为5.2min，保证RH脱碳效率，RH脱碳结束碳[％C]为15×10-6；脱碳结束后钢中[％O]为255×10-6，保证RH精炼后钢水具有较高的洁净度。炉渣改质效果较好，RH精炼结束时炉渣(％FeO)为6.5％。
实施实例7
以采用转炉-RH-连铸工艺流程生产50W800钢，容量为250t转炉为例。
转炉出钢温度1669℃，转炉出钢[％O]为800×10-6，转炉-RH工序平均温降为84℃，计算推测RH进站温度为1585℃。生产中RH进站温度要求1615℃以上，为满足后续工序对钢液温度要求，需在转炉出钢前在钢包中或出钢过程中对钢液进行加铝升温至少30℃处理。根据升温和氮含量控制要求确定向钢液加入总铝258.1kg，铝氧反应使钢液升温效果为30.7℃，出钢后钢液中铝含量为29×10-6，生成的Al2O3夹杂在钢水进入RH精炼前基本上浮去除。RH精炼时，当真空槽真空度低于25kPa时，采用顶枪强制吹氧脱碳，RH进站[％C]为213×10-6、进站[％O]为30×10-6，确定吹入氧量155.2m3，吹氧流量为1600Nm3/h，总吹氧时间为5.8min，保证RH脱碳效率，RH脱碳结束[％C]为30×10-6；脱碳结束后钢中[％O]为318×10-6，保证RH精炼后钢水具有较高的洁净度。炉渣改质效果较好，RH精炼结束时炉渣(％FeO)为7.5％。
实施实例8
以采用转炉-RH-连铸工艺流程生产DC01钢，容量为250t转炉为例。
转炉出钢温度1654℃，转炉出钢[％O]为580×10-6，转炉-RH工序平均温降为57℃，计算推测RH进站温度为1597℃。生产中RH进站温度要求1615℃以上，为满足后续工序对钢液温度要求，需在转炉出钢前在钢包中或出钢过程中对钢液进行加铝升温至少18℃处理。根据升温和氮含量及炉渣改质控制要求向钢液加入总铝193.8kg，铝氧反应使钢液升温效果为23.1℃，出钢后钢液中铝含量为45×10-6，生成的Al2O3夹杂在钢水进入RH精炼前基本上浮去除。RH精炼时，当真空槽真空度低于35kPa时，采用顶枪强制吹氧脱碳，RH进站[％C]为411×10-6、进站[％O]为22×10-6，确定吹入氧量163.0m3，吹氧流量为2200Nm3/h，总吹氧时间为4.4min，保证RH脱碳效率，RH脱碳结束[％C]为125×10-6；脱碳结束后钢中[％O]为333×10-6，保证RH精炼后钢水具有较高的洁净度。炉渣改质效果较好，RH精炼结束时炉渣(％FeO)为5.5％。
实施实例9
以采用转炉-RH-连铸工艺流程生产IF钢，容量为300t转炉为例。
转炉出钢温度1644℃，转炉出钢[％O]为450×10-6，转炉-RH工序平均温降为38℃，计算推测RH进站温度为1606℃。生产中RH进站温度要求1620℃以上，为满足后续工序对钢液温度要求，需在转炉出钢前在钢包中或出钢过程中对钢液进行加铝升温至少14℃处理。根据升温和氮含量及炉渣改质控制要求确定向钢液加入总铝177.1kg，铝氧反应使钢液升温效果为17.6℃，出钢后钢液中铝含量为25×10-6，生成的Al2O3夹杂在钢水进入RH精炼前基本上浮去除。RH精炼时，当真空槽真空度低于35kPa时，采用顶枪强制吹氧脱碳，RH进站[％C]为365×10-6、进站[％O]为35×10-6，确定吹入氧量250.6m3，吹氧流量为2500Nm3/h，总吹氧时间为6.0min，保证RH脱碳效率，RH脱碳结束[％C]为8×10-6；脱碳结束后钢中[％O]为275×10-6，保证RH精炼后钢水具有较高的洁净度。炉渣改质效果较好，RH精炼结束时炉渣(％FeO)为5.0％。
实施实例10
以采用转炉-RH-连铸工艺流程生产50W800钢，容量为300t转炉为例。
转炉出钢温度1657℃，转炉出钢[％O]为540×10-6，转炉-RH工序平均温降为62℃，计算推测RH进站温度为1595℃。生产中RH进站温度要求1615℃以上，为满足后续工序对钢液温度要求，需在转炉出钢前在钢包中或出钢过程中对钢液进行加铝升温至少20℃处理。根据升温和氮含量及炉渣改质控制要求确定向钢液加入总铝215.2kg，铝氧反应使钢液升温效果为21.3℃，出钢后钢液中铝含量为38×10-6，生成的Al2O3夹杂在钢水进入RH精炼前基本上浮去除。RH精炼时，当真空槽真空度低于30kPa时，采用顶枪强制吹氧脱碳，RH进站[％C]为327×10-6、进站[％O]为25×10-6，确定吹入氧量245.9m3，吹氧流量为2500Nm3/h，总吹氧时间为5.9min，保证RH脱碳效率，RH脱碳结束[％C]为22×10-6；脱碳结束后钢中[％O]为321×10-6，保证RH精炼后钢水具有较高的洁净度。炉渣改质效果较好，RH精炼结束时炉渣(％FeO)为5.7％。
以上各实例均表明，通过本发明所述的用于转炉-RH精炼流程生产低碳钢和超低碳钢钢液温度与洁净度控制的方法均可达到预期效果，并可根据转炉出钢温度不同、不同设备生产过程温降差异、钢液氧含量差异等，根据实际情况确定合适的钢液温度与洁净度控制方案。本技术领域中的技术人员应当认识到，上述实施方式仅示例性说明本发明的原理及其功效，而非全部实施例，任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的主体思路下，对上述实施方式进行改变。因此，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围。
Claims (1)
1.一种生产低碳钢和超低碳钢钢液温度与洁净度控制的方法，用于转炉-RH精炼流程，其特征在于在转炉出钢前在钢包中或出钢过程中向钢液中加入铝粒、铝锭、铝合金，使其与钢液中的氧反应放热提高钢水温度；同时加入的铝还将部分与炉渣反应，降低炉渣氧化性，实现炉渣改质；控制加入的铝使其全部与出钢钢液中氧反应且出钢后钢液中铝含量低于50×10-6，生成的Al2O3在进入RH精炼前基本上浮去除；具体加铝量根据钢液氧含量、升温需求和氮含量控制要求综合确定；RH精炼时，当真空槽真空度低于20-50kPa时，采用顶枪强制吹氧脱碳，吹入氧量根据RH进站碳和氧含量确定，保证RH脱碳效率；同时控制脱碳结束后钢中氧含量低于400×10-6，保证RH精炼后钢水具有较高的洁净度；
转炉出钢前在钢包中或出钢过程中向钢液中加入铝粒、铝锭、铝合金，其总铝质量根据升温需求和氮含量控制要求综合确定；铝氧反应引起的钢液升温效果(℃)由式(1)计算：
ΔT＝α×35×WA1/W钢液 (1)
式中：WA1加入总铝质量kg；W钢液为钢液总重t；α为系数，取0.75-0.95；
为了防止加入的铝对RH精炼后期钢水洁净度有不良影响，加入的总铝量必须满足式(2)要求：
式中：[％O]为转炉出钢时钢中氧含量；β为系数，取0.85-0.95；
对于氮含量要求比较严格的钢种，加入的总铝质量(kg)还需满足式(3)要求：
RH精炼采用顶枪强制吹氧脱碳，吹入氧量根据RH进站碳和氧含量确定，具体吹入量Q(m3)由式(4)计算：
式中：[％C]0、[％C]end分别为RH精炼钢液初始碳含量、脱碳结束碳含量；[％O]end、[％O]0分别为RH精炼钢液初始氧含量、脱碳结束氧含量；γ为系数，取0.5-0.8；
对于洁净度要求较高的钢种，RH脱碳终点氧含量设定控制在200-300×10-6范围，对于要求快速脱碳或生产超低碳钢RH脱碳终点氧含量设定控制在250-400×10-6范围；同时，控制顶枪吹氧在1-6分钟内完成；
加入的铝将部分与炉渣反应，降低炉渣氧化性，实现炉渣改质；总铝加入量按式(5)进行计算；
式中δ为系数，取0.9-1.0。
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