CN110724787A - 一种含硫含铝钢的冶炼方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种含硫含铝钢的冶炼方法，本发明LF精炼过程采用石灰+预熔精炼渣造高碱度渣，并且辅助铝线沉淀脱氧和电石扩散脱氧，LF离站前要求硫不大于0.008％，降低钢中硫含量，同时稳定进入VD/RH钢中硫含量，避免钙处理时生成Al2O3和CaS夹杂物；将钙处理提前至VD/RH真空前进行，该方法可使钢中Al2O3夹杂物与钙发生反应生成低熔点的液态12CaO·7Al2O3和3CaO·Al2O3；破真空后喂硫，由于喂钙和喂硫工序间隔时间长，可以避免两者反应生成CaS夹杂物。本发明的优点主要在于：能够提高钢水的洁净度，降低Al2O3和CaS夹杂物的形成提高钢水的洁净度，减少连铸水口结瘤、提高连铸连浇比和降低生产成本。

Description

一种含硫含铝钢的冶炼方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，涉及一种含硫含铝钢的冶炼方法，能够提高钢水的洁净度，降低Al2O3和CaS夹杂物的形成，减少连铸水口结瘤、提高连铸连浇比和降低生产成本。
背景技术
钙处理转变高熔点Al2O3夹杂物的关键是将钙含量控制在一定水平上，以保证生成的铝酸钙复合夹杂物为低熔点的12CaO·7Al2O3和3CaO·Al2O3。虽然钙处理能提高铝镇静钢的连浇能力，但钙处理的效果与钢成分密切相关,含硫含铝钢由于钢水中同时含有铝和硫元素，铝、硫和钙的反应是相互竞争的，从Fe-Al-Ca-O-S相图可知，钢液中液态铝酸钙主要受硫含量影响，随着钢液中硫含量增加，钢液钙处理后的夹杂物“液窗”范围急剧减小，甚至消失，因而含硫含铝钢更容易发生如下反应：
2[Al]+3(CaO)+3[S]＝3(CaS)+(Al2O3)
产生Al2O3和CaS夹杂物，当耐材侵蚀严重时还会产生尖晶石夹杂物。钢液在浇注过程中，高熔点的CaS或Al2O3附着于水口内壁形成结瘤物，会造成连铸水口堵塞，影响浇注顺行，严重时甚至会完全堵塞水口，造成连铸断浇，影响生产节奏；另一方面，附着在水口壁上的结瘤物脱落进入钢液中时，将成为钢中的大颗粒夹杂物，严重影响钢的质量，降低铸坯质量。
目前含硫含铝钢的冶炼方式主要是采用传统的脱氧脱硫→钙处理→增硫的处理方式能够改善含硫含铝钢的可浇性，但是其中控制钙处理的强度非常困难，钙加入量多少和钙处理时机均很难控制，传统钙处理在真空处理过程中或真空处理后进行，喂硫在吊包至连铸前进行，该工艺流程容易导致钢中的钙与硫发生反应[Ca]+[S]＝(CaS)，极易导致水口结瘤。因此，含硫含铝钢的生产一直面临着钢水可浇性差、钢水纯净度受到影响，降低了铸坯质量和生产效率。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种含硫含铝钢的冶炼方法，目的是提高含硫含铝钢可浇性问题，减少含硫含铝钢连铸过程中水口结瘤物Al2O3和CaS的形成，提高钢水的洁净度。
为实现上述目的，本发明采用以下具体方法和步骤：
⑴电炉或转炉出钢要确保出钢温度1630℃±20℃，出钢中采用硅铁和铝共同脱氧，出钢前期约1/5左右加硅铁，硅铁加入量为1.2kg/t～1.4kg/t，出钢1/2以后再加铝锰铁，铝锰铁加入量为0.6kg/t～0.75kg/t,出钢末期加入预熔型精炼渣和石灰造高碱度渣,预熔型精炼渣粒度15mm～45mm，CaO含量为45％～60％，SiO2含量不大于7％，Al2O3含量为25％～40％，TiO2含量不大于0.30％，MgO含量为3％～8％，Fe2O3含量不大于1.60％，H2O含量不大于0.5％，预熔型精炼渣加入量为3.05kg/t～4.5kg/t，石灰8kg/t～10kg/t，总渣量控制在600kg～850kg；
⑵LF精炼过程石灰+预熔精炼渣造高碱度渣，用铝线进行沉淀脱氧，依据首次分析成分，按工艺成分中铝目标值进行一次补喂铝线，过程不再调整，并且用电石扩散脱氧，按0.8kg/t～1.0kg/t分批次加入；LF炉离站前按照工艺成分中铝要求上限值+0.010％补喂铝线，之后弱吹氩时间不少于5min方可吊包转下工序，LF离站前要求硫含量不大于0.008％；
⑶对LF精炼之后的钢水进行RH或VD真空处理，真空度不大于67Pa保持时间不少于8min；真空前进行钙处理,喂入CaSi线3m/t，或喂入纯钙线0.8m/t；破真空后若铝未到达到工艺成分要求，则先喂入铝线，软吹保证真空视频监控下钢液无大沸腾现象，软吹时间不少于8min后，按照工艺成分进行调硫，搅拌30s～60s后吊包浇铸；
⑷连铸中包开浇前进行中包氩气吹扫，连铸中间包过热度控制在20℃～35℃之间，长水口2～3炉换一次,做好水口接缝密封工作，大包进行留钢操作。
本发明的机理分析及创新点：
钙处理转变高熔点Al2O3夹杂物的原理为，加入钢液中的Ca与Al2O3反应，置换出铝生成CaO，然后剩余的Al2O3与CaO结合生成铝酸钙复合夹杂物，反应式如下：
3[Ca]+(Al2O3)＝2[Al]+3(CaO)
(CaO)+y(Al2O3)＝(xCaO·yAl2O3)
从Al2O3-CaO相图中可以看出，在1600℃以上，能稳定存在的Al2O3与CaO的复合夹杂物包括CaO·Al2O3、CaO·2Al2O3、CaO·6Al2O3、12CaO·7Al2O3和3CaO·Al2O3，通过热力学计算可以得出结论：当钢液中铝含量一定时，随着钙的增加脱氧产物以Al2O3→CaO·6Al2O3→CaO·2Al2O3→CaO·Al2O3→12CaO·7Al2O3→3CaO·Al2O3的顺序转变。其中CaO·6Al2O3、CaO·2Al2O3的熔点在1700℃以上，CaO·Al2O3的熔点高于1600℃，这三种铝酸钙在浇钢温度下呈固相。而12CaO·7Al2O3熔点为1455℃，3CaO·Al2O3熔点为1535℃，二者在浇钢温度下均呈液相。所以，只要将Ca含量控制在一定水平上，便可以保证生成的铝酸钙复合夹杂物为12CaO·7Al2O3。
传统钙处理在真空处理过程中或真空处理后进行，喂硫在吊包至连铸前进行，该工艺流程容易导致钢中的钙与硫发生反应[Ca]+[S]＝(CaS)，同时CaS夹杂物没有充分时间上浮被精炼渣吸收，极易导致水口结瘤。本发明LF精炼过程采用石灰+预熔精炼渣造高碱度渣，并且辅助Al线沉淀脱氧和电石扩散脱氧，LF离站前要求S≤0.008％，降低钢中硫含量，同时稳定进入VD/RH钢中硫含量，避免钙处理时生成Al2O3和CaS夹杂物；将钙处理提前至VD/RH真空前进行，该方法可使钢中Al2O3夹杂物与钙发生反应生成低熔点的液态12CaO·7Al2O3和3CaO·Al2O3；破真空后喂硫，由于喂钙和喂硫工序间隔时间长，可以避免两者反应生成CaS夹杂物。
与现有技术比本发明的优点主要在于：
①LF到站后依据首次分析成分，按工艺成分铝上限进行一次补喂铝线，过程不再调整铝含量，将铝脱氧和合金化前置；LF炉离站前补喂铝线后弱吹氩时间不少于5min方可吊包转下工序；使钢中Al2O3夹杂物有充足时间聚集、长大和上浮被精炼渣吸收，减少钢中Al2O3夹杂物。
②LF离站前要求硫不大于0.008％降低钢中硫含量，稳定进入VD/RH钢中硫含量，同时避免钙处理时生成Al2O3和CaS夹杂物。
③将钙处理工艺提前至VD/RH真空前进行，有充足时间使钢中Al2O3夹杂物与钙发生反应生成低熔点的液态12CaO·7Al2O3和3CaO·Al2O3。
④使喂钙和喂硫工序间隔时间长，避免两者反应生成CaS夹杂物。
具体实施方式
下面结合具体实施例进行详细描述和说明。
实施例1
1、采用电炉炼钢-LF精炼-VD真空冶炼-连铸工艺路线生产含硫含铝钢，钢熔炼成分(％)为碳：0.32％～0.34％，硅：0.20％～0.30％，锰：1.25％～1.32％，硫：0.015％～0.025％，磷不大于0.030％，铬：0.34％～0.39％，铝：0.010％～0.030％，硼：0.0010％～0.0018％，钛：0.020％～0.040％，氮不大于75×10-6；
成品检验：
碳：0.33％，硅：0.26％，锰：1.28％，硫：0.020％，磷：0.020，铬：0.35％，铝：0.026％，硼：0.0016％，钛：0.027％，氮：55×10-6。
2、电炉炼钢
⑴电炉出钢量控制在50t～55t之间，出钢终点C：0.07％～0.25％，出钢温度控制在1630℃±20℃；
⑵出钢采用硅铁和铝共同脱氧，出钢前期10t左右加硅铁70kg，出钢30t以后再加30kg铝；
⑶出钢随钢流加入预熔型精炼渣200kg。
3、LF精炼炉
⑴进站补加石灰450kg；
⑵沉淀脱氧：LF依据首次分析成分，按目标值铝:0.030％进行一次补喂铝线，过程不再调整；
⑶扩散脱氧：采用电石扩散脱氧，在精炼过程分批次合计加入55kg；
⑷LF炉离站前按铝要求上限值0.030％补喂铝线，补喂铝线后弱吹氩时间不少于5min吊包转下工序；
⑸LF离站前要求硫不大于0.007％；
⑹LF离站取渣样，每浇次取2炉或2炉以上。
4、VD真空炉
⑴真空前喂入CaSi线3m/t，喂CaSi线后按钛要求上限0.040％进行钛合金化；
⑵真空处理要求为真空度不大于67Pa，极限真空保持时间不少于8min；
⑶合理控制氩气压力及流量，保证真空视频监控下钢液无大沸腾现象；
⑷VD破真空后分析钢液化学成分，若铝未到达到工艺成分要求，则先喂入铝线，软吹时间不少于8min后，按照硫成分上线0.025％喂入硫线，搅拌30s后吊包浇铸。
5、连铸
⑴中包开浇前进行中包氩气吹扫，做好水口接缝密封工作；
⑵长水口2炉～3炉换一次；
⑶中间包过热度控制在30℃～35℃之间；
⑷大包进行留钢操作。
实施例2
1、采用电炉炼钢-LF精炼-VD真空冶炼-连铸工艺路线生产含硫含铝钢，钢熔炼成分(％)为碳：0.38％～0.41％，硅：0.20％～0.35％，锰：0.65％～0.75％，硫：0.015％～0.030％，磷不大于0.025％，铬：0.90％～1.00％，铝：0.015％～0.035％，硼：0.0010％～0.0018％，氧不大于15×10-6，氮不大于75×10-6；
成品检验：
碳：0.40％，硅：0.30％，锰：0.68％，硫：0.028％，磷：0.015％，铬：0.93％，铝：0.020％，硼：0.0013％，氧：15×10-6，氮：50×10-6。
2、电炉炼钢
⑴电炉出钢量控制在50t～55t之间，出钢终点C：0.07％～0.25％，出钢温度控制在1630℃±20℃；
⑵出钢采用硅铁和铝共同脱氧，出钢前期10t左右加硅铁75kg，出钢30t以后再加30kg铝；
⑶出钢随钢流加入预熔型精炼渣200kg。
3、LF精炼炉
⑴进站补加石灰500kg；
⑵沉淀脱氧：LF依据首次分析成分，按目标值铝:0.030％进行一次补喂铝线，过程不再调整；
⑶扩散脱氧：采用电石扩散脱氧，在精炼过程分批次合计加入50kg；
⑷LF炉离站前按铝要求上限值0.010％，即0.045％补喂铝线，补喂铝线后弱吹氩时间不少于5min吊包转下工序；
⑸LF离站前要求硫不大于0.007％；
⑹LF离站取渣样，每浇次取2炉或2炉以上。
4、VD真空炉
⑴真空前喂入CaSi线3m/t，喂CaSi线后按钛要求上限0.040％进行钛合金化；
⑵真空处理要求为真空度不大于67Pa，极限真空保持时间不少于8min；
⑶合理控制氩气压力及流量，保证真空视频监控下钢液无大沸腾现象；
⑷VD破真空后分析钢液化学成分，若铝未到达到工艺成分要求，则先喂入铝线，软吹时间不少于8min后，按照硼：0.0018％进行硼合金化，最后喂入硫线，搅拌40s后吊包浇铸。
5、连铸
⑴中包开浇前进行中包氩气吹扫，做好水口接缝密封工作；
⑵长水口2炉～3炉换一次；
⑶中间包过热度控制在30℃～35℃之间；
⑷大包进行留钢操作。
实施例3
1、采用转炉炼钢-LF精炼-VD真空冶炼-连铸工艺路线生产含硫含铝钢，熔炼成分为为碳：0.32％～0.34％，硅：0.20％～0.30％，锰：1.25％～1.32％，硫：0.015％～0.025％，磷不大于0.030％，铬：0.34％～0.39％，铝：0.010％～0.030％，硼：0.0010％～0.0018％，钛：0.020％～0.040％，氮不大于75×10-6；
成品检验：
碳：0.33％，硅：0.24％，锰：1.20％，硫：0.020％，磷：0.015％，铬：0.37％，铝：0.020％，硼：0.0013％，钛：0.025％，氮：50×10-6。
2、转炉炼钢
⑴转炉出钢量控制在50t～55t之间，出钢终点碳不小于0.07％，，出钢温度控制在1610℃±20℃；
⑵出钢采用硅铁和铝共同脱氧，出钢约10t左右时每吨钢加硅铁75kg，出钢30t左右时每吨钢再加38kg铝；
⑶出钢随钢流加入预熔型精炼渣200kg。
3、LF精炼炉
⑴进站补加石灰500kg；
⑵沉淀脱氧：LF依据首次分析成分，按目标值铝:0.030％进行一次补喂铝线，过程不再调整；
⑶扩散脱氧：采用电石扩散脱氧，在精炼过程分批次合计加入45kg；
⑷LF炉离站前按铝要求上限值0.030％，补喂铝线后弱吹氩时间不少于5min吊包转下工序；
⑸LF离站前要求硫不大于0.008％；
⑹LF离站取渣样，每浇次取2炉或2炉以上。
4、VD真空炉
⑴真空前喂入CaSi线0.8m/t，喂CaSi线后按钛要求上限0.040％进行钛合金化；
⑵真空处理要求为真空度不大于67Pa，极限真空保持时间不少于8min；
⑶合理控制氩气压力及流量，保证真空视频监控下钢液无大沸腾现象；
⑷VD破真空后分析钢液化学成分，若铝未到达到工艺成分要求，则先喂入铝线，软吹时间不少于8min后，按照硫成分上线0.025％喂入硫线，搅拌约50s后吊包浇铸。
5、连铸
⑴中包开浇前进行中包氩气吹扫，做好水口接缝密封工作；
⑵长水口2炉～3炉换一次；
⑶中间包过热度控制在30℃～35℃之间；
⑷大包进行留钢操作。
上述实施例中连铸生产时，连浇比由之前的3炉提高至7炉～8炉，极大的延长了连铸水口寿命，提高了连铸连浇比和降低冶炼生产成本。

Claims (2)

1.一种含硫含铝钢的冶炼方法，其特征在于，所述方法及步骤如下：
⑴电炉或转炉出钢要确保出钢温度1630℃±20℃，出钢中采用硅铁和铝共同脱氧，出钢末期加入预熔型精炼渣和石灰造高碱度渣；
⑵LF精炼过程石灰+预熔精炼渣造高碱度渣，用铝线进行沉淀脱氧，并且用电石扩散脱氧，LF炉离站前补喂铝线，之后弱吹氩时间不少于5min方可吊包转下工序；
⑶对LF精炼之后的钢水进行RH或VD真空处理，真空度不小于67Pa，保持时间不少于8min；真空前进行钙处理,钛合金化；破真空后若铝未到达到工艺成分要求，则先喂入铝线；
⑷连铸中包开浇前进行中包氩气吹扫，连铸中间包过热度控制在20℃～35℃之间，长水口2～3炉换一次,做好水口接缝密封工作，大包进行留钢操作。
2.根据权利要求1所述的一种含硫含铝钢的冶炼方法，其特征在于：所述步骤⑴中出钢中采用硅铁和铝共同脱氧，出钢前期约1/5左右加硅铁，硅铁加入量为1.2kg/t～1.4kg/t，出钢1/2以后再加铝锰铁，铝锰铁加入量为0.6kg/t～0.75kg/t；
所述的步骤(1)中出钢末期加入预熔型精炼渣和石灰造高碱度渣，预熔型精炼渣粒度15mm～45mm，CaO含量为45％～60％，SiO2含量不大于7％，Al2O3含量为25％～40％，TiO2含量不大于0.30％，MgO含量为3％～8％，Fe2O3含量不大于1.60％，H2O含量不大于0.5％，预熔型精炼渣加入量为3.05kg/t～4.5kg/t，石灰8kg/t～10kg/t，总渣量控制在600kg～850kg；
所述的步骤⑵中用铝线进行沉淀脱氧，依据首次分析成分，按工艺成分中铝目标值进行一次补喂铝线，过程不再调整；用电石扩散脱氧，按0.8kg/t～1.0kg/t分批次加入，LF炉离站前按照工艺成分中铝要求上限值+0.010％补喂铝线，LF离站前要求硫含量不大于0.008％；
所述的步骤⑶中钙处理喂入CaSi线3m/t，或喂入纯钙线0.8m/t，软吹保证真空视频监控下钢液无大沸腾现象，软吹时间不少于8min后，按照工艺成分进行调硫，搅拌30s～60s后吊包浇铸。
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