CN110669895A - 一种低氧含硫钢的冶炼方法 - Google Patents

一种低氧含硫钢的冶炼方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低氧含硫钢的冶炼方法，其包括转炉冶炼、LF精炼和VD真空处理工序，（1）转炉冶炼工序：出钢合金化时采用钛铁进行脱氧，出钢中加入石灰和预熔精炼渣，所述预熔精炼渣的渣系为：二元碱度R2=5～10，SiO2 5%～10%，Al2O3 30%～35%，TiO2 3%～7%；（2）LF精炼工序：使用高品位碳化硅进行扩散脱氧；（3）VD真空处理工序：VD软吹20min后至吊包前5min一次喂入硫包芯线。本方法通过优化脱氧工艺、造渣工艺，选择合适的精炼渣系，避免了钢水高熔点物质粘附水口造成堵塞，实现了钢水连浇的能力；同时降低了钢中氧含量，提高了材料疲劳寿命；通过调整喂线时间，保证了钢中硫含量一次命中率达100%；利用钢中残余Ti含量降低钢中非金属夹杂物A细级别，提高了钢材质量。

Description

一种低氧含硫钢的冶炼方法
技术领域
本发明涉及一种炼钢方法，尤其是一种低氧含硫钢的冶炼方法。
背景技术
随着我国汽车工业的迅猛发展，汽车用钢高速增长，同时对汽车用钢的钢材性能提出了更高的要求，一些高品质非调制钢、齿轮钢为了提高切削加工效率、节省刀具和工件表面光洁度的提高，要求在钢中添加适量的硫元素，为保证钢材的易切削性能，钢中硫质量分数控制在≥0.020%，通过控制钢中铝含量0.020～0.055%来控制钢材晶粒度，同时铝元素为强脱氧剂能够降低钢材氧含量，提高其疲劳寿命。
目前连铸生产低氧含硫钢具有以下难点：1）强化脱氧产物Al2O3的吸收应采用高R2/Al2O3的精炼渣系，提高炉渣对Al2O3的吸附能力，但随着渣中R2/Al2O3的提高，促进了钢中[S]与渣中过剩（CaO）的反应，生成CaS和Al2O3高熔点物质，易造连铸机水口堵塞，在热力学上存在矛盾，较难协调控制。反应式为：3[S]+3(CaO)+2[Al]=3(CaS)+(Al2O3)。2）钢水硫含量波动较大，命中率较低，影响生产节奏和工作环境。3）低氧含硫钢中A类长条状硫化物夹杂容易超标，导致钢材机械力学性能，特别是横向性能有所下降。正是因为这些难点，国内同行企业在先期进行的相关研发中均进展不大，难于实现工业化规模的经济生产。
现有低氧含硫钢生产工艺为：1）炉前出钢采用铝铁脱氧；2）精炼渣系：二元碱度R2≤5，SiO2 10～15%、Al2O3 25～30%；3）增硫工艺：VD高真空后喂入铝线、钙线、硫包芯线或简称硫线。目前大多数钢企为了保证钢中硫的收得率和一定得可浇性，均采用低碱度渣系冶炼此类钢，钢中硫含量的控制采用一步法不脱硫和两步法先脱硫后增硫工艺。现有工艺存在下述问题：1）钢水可浇性差：连浇炉数≤6炉；2）钢种氧含量偏高为0.0008～0.0015%；3）钢中硫含量波动大，稳定性差；4）钢中非金属夹杂物A细易超标，A细≥2.5级。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种低氧含硫钢的冶炼方法，以提高钢的可浇性，同时降低钢中氧含量和非金属夹杂物A细的级别。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：其包括转炉冶炼、LF精炼和VD真空处理工序，（1）转炉冶炼工序：出钢合金化时采用钛铁进行脱氧，出钢中加入白灰和预熔精炼渣，所述预熔精炼渣的渣系为：二元碱度R2=5～10，SiO2 5%～10%、Al2O3 30%～35%、TiO2 3%～7%；
（2）LF精炼工序：使用高品位碳化硅进行扩散脱氧；
（3）VD真空处理工序：VD软吹20min后至吊包前5min一次喂入硫线。
本发明所述步骤（1）中，钛铁加入量1.5～2.5kg/吨钢，白灰加入量2～3kg/吨钢，预熔精炼渣加入量8～12kg/吨钢。
本发明所述步骤（2）中，碳化硅加入量为2.5～4kg/吨钢。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明通过采用高品位碳化硅提高了扩散脱氧强度，降低了渣中不稳定氧化物含量，从而降低钢中氧含量。通过优化精炼渣系，一方面降低了渣中相对不稳定氧化物SiO2的含量，有利于降低钢中氧含量，同时提高了精炼渣碱度，增强了炉渣对非金属夹杂物的吸附能力，防止高熔点物质Al2O3粘附水口；另一方面，为了抑制3[S]+3(CaO)+2[Al]=3(CaS)+(Al2O3)反应进行，减少高熔点物质生成，增加了两性氧化物Al2O3和TiO2的含量，降低了渣中有效CaO的含量，从而抑制了喂入硫线后高熔点物质的生成，同时由于Al2O3和TiO2较SiO2更稳定不会向钢中供氧，降低了钢中氧含量。利用钢中残余Ti含量，可以改善钢的易切削性能，并对钢中硫化物形态发生重要影响；加入钛会发生亚稳态偏晶反应，钢中MnS成球形，因为液态(Ti,Mn)O能够在液-固钢液界面形成，作为液态MnS的形核核心，将MnS固定在相界面，使其凝固成细小夹杂物；同时钢中Ti和N形成的众多TiN颗粒，为MnS的析出提供了形核核心，使其发生稳态共晶反应。因此钢中的Ti不仅能细化晶粒，还能降低硫化物夹杂的级别。
本发明通过优化脱氧工艺、造渣工艺，选择合适的精炼渣系，避免了钢水高熔点物质粘附水口造成堵塞，实现了钢水多炉连浇的能力；同时降低了钢中氧含量，提高了钢水纯净度；通过调整喂线时间，保证了钢中硫含量一次命中率达100%；利用钢中残余Ti含量降低钢中非金属夹杂物A细级别，提高了钢材质量。本发明优化了精炼渣系，采用高碱度渣系降低了钢中氧含量，同时通过提高两性氧化物Al2O3和TiO2的含量，进一步降低钢中氧含量，同时降低了有效氧化钙的含量，提高钢水纯净度，保证了高硫钢的可浇性。
本发明降低钢中氧含量为0.0006～0.0010%，硫含量为0.080～0.130%，提高了钢材质量；解决了此类钢种可浇性问题，实现了单浇次连浇炉数≥8炉；降低钢中非金属夹杂物A细的级别≤2.5级。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本低氧含硫钢的冶炼方法包括转炉冶炼、LF精炼和VD真空处理工序，各工序工艺如下所述：（1）转炉冶炼工序：出钢合金化时加入合金、渣料，并采用钛铁取代铝铁进行脱氧。所述渣料为：白灰2～3kg/吨钢、预熔精炼渣8～12kg/吨钢；所述钛铁加入量为1.5～2.5kg/吨钢，所述钛铁中Ti的质量含量为27%～35%。所述预熔精炼渣的渣系为（wt）：二元碱度R2=5～10，SiO2 5%～10%、Al2O3 30%～35%、TiO2 3%～7%。
（2）LF精炼工序：使用高品位碳化硅进行扩散脱氧，用量2.5～4kg/吨钢，同时喂入铝线进行终脱氧和完成合金化。所述高品位碳化硅的主要成分含量为（wt）：SiC 90%～97%、SiO2≤3%。
（3）VD真空处理工序：现有工艺中，VD高真空后立即喂入硫线软吹25～35min吊包。本方法改为VD软吹20min后至吊包前5min一次喂入硫线，硫线喂入量为4～6米/吨钢，以减少钢中S与炉渣的反应，保证S元素的收得率≥80%和避免反应产物造成水口堵塞。
实施例1：以SAE1141冶炼为例，本低氧含硫钢的冶炼方法具体如下所述。
（1）转炉冶炼工序：出钢合金化时加入合金、渣料，并采用钛铁取代铝铁进行脱氧。所述渣料为：白灰2kg/吨钢、预熔精炼渣9kg/吨钢；所述钛铁加入量为2.0kg/吨钢，钛铁中Ti的质量含量为32%。所述预熔精炼渣的渣系为（wt）：二元碱度R2=8，SiO2 7%、Al2O3 32%、TiO2 6%。
（2）LF精炼工序：使用高品位碳化硅进行扩散脱氧，用量3kg/吨钢，同时喂入铝线进行终脱氧和完成合金化。所述高品位碳化硅的主要成分含量为（wt）：SiC 91%、SiO2 3%。
（3）VD真空处理：VD软吹20min后至吊包前5min一次喂入硫线，硫线喂入量为5米/吨钢。所得钢中平均氧含量为0.0008%，平均硫含量为0.086%，单浇次连浇炉数11炉，钢中非金属夹杂物A细的级别最大为2.5级、最小为0.5级。
实施例2：以SAE1141冶炼为例，本低氧含硫钢的冶炼方法具体如下所述。
（1）转炉冶炼工序：出钢合金化时加入合金、渣料，并采用钛铁取代铝铁进行脱氧。所述渣料为：白灰2.2kg/吨钢、预熔精炼渣10kg/吨钢；所述钛铁加入量为1.5kg/吨钢，钛铁中Ti的质量含量为30%。所述预熔精炼渣的渣系为（wt）：二元碱度R2=7，SiO2 8%、Al2O3 32%、TiO2 5%。
（2）LF精炼工序：使用高品位碳化硅进行扩散脱氧，用量2.5kg/吨钢，同时喂入铝线进行终脱氧和完成合金化。所述高品位碳化硅的主要成分含量为（wt）：SiC 90%、SiO22%。
（3）VD真空处理：VD软吹20min后至吊包前5min一次喂入硫线，硫线喂入量为6米/吨钢。所得钢中平均氧含量为0.00086%，平均硫含量为0.085%，单浇次连浇炉数13炉，钢中非金属夹杂物A细的级别最大为2.5级、最小为0.5级。
实施例3：以SAE1141冶炼为例，本低氧含硫钢的冶炼方法具体如下所述。
（1）转炉冶炼工序：出钢合金化时加入合金、渣料，并采用钛铁取代铝铁进行脱氧。所述渣料为：白灰2.5kg/吨钢、预熔精炼渣11kg/吨钢；所述钛铁加入量为2.5kg/吨钢，钛铁中Ti的质量含量为33%。所述预熔精炼渣的渣系为（wt）：二元碱度R2=6，SiO2 9%、Al2O3 31%、TiO2 6%。
（2）LF精炼工序：使用高品位碳化硅进行扩散脱氧，用量3kg/吨钢，同时喂入铝线进行终脱氧和完成合金化。所述高品位碳化硅的主要成分含量为（wt）：SiC 92%、SiO2 1%。
（3）VD真空处理：VD软吹20min后至吊包前5min一次喂入硫线，硫线喂入量为6米/吨钢。所得钢中平均氧含量为0.00076%，平均硫含量为0.085%，单浇次连浇炉数10炉，钢中非金属夹杂物A细的级别最大为2.5级、最小为0.5级。
实施例4：以SAE1141冶炼为例，本低氧含硫钢的冶炼方法具体如下所述。
（1）转炉冶炼工序：出钢合金化时加入合金、渣料，并采用钛铁取代铝铁进行脱氧。所述渣料为：白灰2.7kg/吨钢、预熔精炼渣12kg/吨钢；所述钛铁加入量为2kg/吨钢，钛铁中Ti的质量含量为27%。所述预熔精炼渣的渣系为（wt）：二元碱度R2=8，SiO2 7%、Al2O3 33%、TiO2 7%。
（2）LF精炼工序：使用高品位碳化硅进行扩散脱氧，用量3.3kg/吨钢，同时喂入铝线进行终脱氧和完成合金化。所述高品位碳化硅的主要成分含量为（wt）：SiC 93%、SiO22.5%。
（3）VD真空处理：VD软吹20min后至吊包前5min一次喂入硫线，硫线喂入量为4米/吨钢。所得钢中平均氧含量为0.00067%，平均硫含量为0.086%，单浇次连浇炉数13炉，钢中非金属夹杂物A细的级别最大为2.0级、最小为0.5级。
实施例5：以SAE1141冶炼为例，本低氧含硫钢的冶炼方法具体如下所述。
（1）转炉冶炼工序：出钢合金化时加入合金、渣料，并采用钛铁取代铝铁进行脱氧。所述渣料为：白灰3kg/吨钢、预熔精炼渣8kg/吨钢；所述钛铁加入量为1.7kg/吨钢，钛铁中Ti的质量含量为35%。所述预熔精炼渣的渣系为（wt）：二元碱度R2=9，SiO2 6%、Al2O3 34%、TiO2 3%。
（2）LF精炼工序：使用高品位碳化硅进行扩散脱氧，用量2.6kg/吨钢，同时喂入铝线进行终脱氧和完成合金化。所述高品位碳化硅的主要成分含量为（wt）：SiC：94%、SiO21.5%。
（3）VD真空处理：VD软吹20min后至吊包前5min一次喂入硫线，硫线喂入量为5.5米/吨钢。所得钢中平均氧含量为0.00072%，平均硫含量为0.089%，单浇次连浇炉数10炉，钢中非金属夹杂物A细的级别最大为2.5级、最小为0.5级。
实施例6：以SAE1141冶炼为例，本低氧含硫钢的冶炼方法具体如下所述。
（1）转炉冶炼工序：出钢合金化时加入合金、渣料，并采用钛铁取代铝铁进行脱氧。所述渣料为：白灰2.4kg/吨钢、预熔精炼渣8.5kg/吨钢；所述钛铁加入量为1.9kg/吨钢，钛铁中Ti的质量含量为29%。所述预熔精炼渣的渣系为（wt）：二元碱度R2=10，SiO2 5%、Al2O333%、TiO2 6%。
（2）LF精炼工序：使用高品位碳化硅进行扩散脱氧，用量3.6kg/吨钢，同时喂入铝线进行终脱氧和完成合金化。所述高品位碳化硅的主要成分含量为（wt）：SiC 95%、SiO20.5%。
（3）VD真空处理：VD软吹20min后至吊包前5min一次喂入硫线，硫线喂入量为4.5米/吨钢。所得钢中平均氧含量为0.00078%，平均硫含量为0.088%，单浇次连浇炉数9炉，钢中非金属夹杂物A细的级别最大为2.0级、最小为0.5级。
实施例7：以SAE1141冶炼为例，本低氧含硫钢的冶炼方法具体如下所述。
（1）转炉冶炼工序：出钢合金化时加入合金、渣料，并采用钛铁取代铝铁进行脱氧。所述渣料为：白灰2.6kg/吨钢、预熔精炼渣9.5kg/吨钢；所述钛铁加入量为2.1kg/吨钢，钛铁中Ti的质量含量为34%。所述预熔精炼渣的渣系为（wt）：二元碱度R2=6，SiO2 9%、Al2O335%、TiO2 4%。
（2）LF精炼工序：使用高品位碳化硅进行扩散脱氧，用量4.0kg/吨钢，同时喂入铝线进行终脱氧和完成合金化。所述高品位碳化硅的主要成分含量为（wt）： SiC 97%、SiO20.1%。
（3）VD真空处理：VD软吹20min后至吊包前5min一次喂入硫线，硫线喂入量为5.2米/吨钢。所得钢中平均氧含量为0.00075%，平均硫含量为0.086%，单浇次连浇炉数8炉，钢中非金属夹杂物A细的级别最大为2.5级、最小为0.5级。
实施例8：以SAE1141冶炼为例，本低氧含硫钢的冶炼方法具体如下所述。
（1）转炉冶炼工序：出钢合金化时加入合金、渣料，并采用钛铁取代铝铁进行脱氧。所述渣料为：白灰2.8kg/吨钢、预熔精炼渣10.5kg/吨钢；所述钛铁加入量为2.3kg/吨钢，钛铁中Ti的质量含量为28%。所述预熔精炼渣的渣系为（wt）：二元碱度R2=5，SiO2 10%、Al2O330%、TiO2 5%。
（2）LF精炼工序：使用高品位碳化硅进行扩散脱氧，用量2.9kg/吨钢，同时喂入铝线进行终脱氧和完成合金化。所述高品位碳化硅的主要成分含量为（wt）：SiC 96%、SiO20.3%。
（3）VD真空处理：VD软吹20min后至吊包前5min一次喂入硫线，硫线喂入量为4.7米/吨钢。所得钢中平均氧含量为0.0010%，平均硫含量为0.092%，单浇次连浇炉数9炉，钢中非金属夹杂物A细的级别最大为2.0级、最小为0.5级。
对比试验：随机抽取本方法实施前的三个浇次SAE1141作为对照组和上述实施例1、2和3这三个浇次SAE1141进行测试分析，测试分析的内容包括钢水连浇炉数，钢中氧含量，VD硫含量一次命中率，夹杂物A细级别。
（1）钢水连浇炉数：对照组和实施例连浇炉数对比。
（2）氧含量检测方法：将实验材做成标准氧含量分析试样，通过氧氮氢分析仪检测钢中氧含量。
（3）硫含量一次命中率：VD第一次喂完硫线后取样，进行硫成分分析，并与作业标准进行对比。
（4）钢中夹杂物A细级别分析方法：将实验材做成标准夹杂物分析试样，通过金相显微镜分析夹杂物A细并评级。
（5）通过检测分析，得到结果见表1－表4。
表1：对照组和实施例连浇炉数对比
表2：对照组和实施例氧含量检测结果
Figure DEST_PATH_IMAGE004
表3：对照组和实施例VD硫一次命中率分析结果
Figure DEST_PATH_IMAGE006
表4：对照组和实施例夹杂物A细分析结果
由表1－表4可知，本方法有效地提升了连浇炉数，降低了钢中氧含量，提升了VD硫一次命中率，降低了钢中非金属夹杂物A细的级别。

Claims (3)

1.一种低氧含硫钢的冶炼方法，其包括转炉冶炼、LF精炼和VD真空处理工序，其特征在于：（1）转炉冶炼工序：出钢合金化时采用钛铁进行脱氧，出钢中加入白灰和预熔精炼渣，所述预熔精炼渣的渣系为：二元碱度R2=5～10，SiO2 5%～10%、Al2O3 30%～35%、TiO2 3%～7%；
（2）LF精炼工序：使用高品位碳化硅进行扩散脱氧；
（3）VD真空处理工序：VD软吹20min后至吊包前5min一次喂入硫包芯线。
2.根据权利要求1所述的一种低氧含硫钢的冶炼方法，其特征在于：所述步骤（1）中，钛铁加入量1.5～2.5kg/吨钢，白灰加入量2～3kg/吨钢，预熔精炼渣加入量8～12kg/吨钢。
3.根据权利要求1或2所述的一种低氧含硫钢的冶炼方法，其特征在于：所述步骤（2）中，碳化硅加入量为2.5～4kg/吨钢。
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