CN110982984A - 一种Al脱氧非钙处理钢的生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种Al脱氧非钙处理钢的生产工艺，采用初炼炉生产钢水，经LF精炼炉进行精炼，然后通过真空或不经过真空处理后软吹，到达连铸平台进行连铸，此过程不涉及单独的钢水钙处理操作。生产的钢种为Al脱氧钢，钢水Al含量≥0.01％且钢水Si含量≥0.1％，要求可以使用普通硅铁进行Si的合金化，同时硅铁合金不在初炼炉出钢过程中加入，要求普通硅铁合金在精炼过程加入，控制精炼过程精炼炉渣高碱度≥5，连铸过程控制Al₂O₃‑C质中间包浸入式水口耐材的脱碳深度，最终达到Al脱氧非钙处理钢生产的目的。采用本发明方法生产的Al脱氧钢在不进行钙处理的条件下能够实现稳定连浇炉数≥5炉。

Description

一种Al脱氧非钙处理钢的生产工艺

技术领域

本发明涉及一种Al脱氧非钙处理钢的生产工艺。

背景技术

Al脱氧钢由于在出钢过程加入铝块或铝锭进行脱氧，导致精炼初期钢水中会存在大量的Al₂O₃或高Al₂O₃类夹杂物。这部分高熔点夹杂物在后续精炼过程如果没有变性为低熔点钙铝酸盐，很可能导致连铸浸入式水口发生结瘤，影响生产顺行。因此大多数厂家在冶炼Al脱氧钢时需要进行钙处理，目的在于将Al₂O₃或高Al₂O₃类夹杂物经钙处理转变为低熔点钙铝酸盐。此过程虽可以解决浸入式水口结瘤的问题，但会导致钢中大尺寸的低熔点钙铝酸盐夹杂物数量增多，影响钢材产品的使用性能。Al脱氧钢非钙处理条件下如何保证可浇性，是目前亟待解决的难题。

经检索，关于Al脱氧钢非钙处理的专利或文章主要有以下几个方面：

1.专利《CN102433413A-一种转炉生产低氧钢的方法》、专利《CN103255259B-一种控制无钙处理条件下钢水可浇性的方法》、专利《CN104263882B-一种集装箱用钢在炼钢中的无钙净化处理的方法》、专利《CN108330389A-一种免钙处理镇静洁净钢生产工艺》、专利《CN109182639A-一种无钙处理工艺条件下提高420MPa高强汽车大梁钢洁净度的方法》、专利《CN109988972A-一种低碳含硫空调管用圆钢及其生产工》等，均是通过一些措施减少夹杂物的数量，来实现Al脱氧钢非钙处理的可行性，如提高出钢碳、精炼优化渣系、控制加铝、控制底吹氩等。

2.文章《高等级齿轮钢夹杂物控制技术研究》通过优化合金种类及加入方式、精炼渣成分、VD处理及中包保护浇注实现Al脱氧钢非钙处理达到6炉的目的；文章《无钙处理条件下轴承钢钢水可浇性技术的研究与应用》通过采用转炉高拉碳、LF快速造白渣、LF吹氩和通电智能控制、VD分阶段吹氩控制技术以及开发新的精炼渣实现了Al脱氧钢非钙处理达到38炉的目的。

本发明一种Al脱氧非钙处理钢的生产工艺方法，通过控制：①出钢过程加入Al块脱氧剂，不加含钙硅铁；②精炼过程加入普通硅铁，控制精炼渣碱度≥5；③连铸浸入式水口烘烤时间3h至5h，总脱碳深度≤1.5mm，实现Al脱氧非钙处理钢的生产。

发明内容

本发明的目的是研制开发一种Al脱氧非钙处理钢的生产工艺方法，在其它工艺条件不变的条件下，这种方法能够很好地减少Al脱氧钢非钙处理的结瘤行为，提高过钢量和产量。在无钙处理条件下也能保证钢水的可浇性，连铸过程拉浇平稳。

本发明提供了一种Al脱氧非钙处理钢的生产工艺方法，其通过控制：①出钢过程加入Al块脱氧剂，不加含钙硅铁的；②精炼过程加入普通硅铁，控制精炼渣碱度≥5；③连铸浸入式水口烘烤时间3h至5h，总脱碳深度≤1.5mm，实现Al脱氧非钙处理钢的生产。

所述普通硅铁中含有微量钙，Ca≥0.1％。

进一步优选，所述硅铁合金质量百分比成分要求为C：≤0.2％，P≤0.04％，S≤0.02％，Si≥72％，水份≤0.1％，Ca≥0.1％。

该控制方法包括下列要点：

①出钢过程加入Al块脱氧剂，不加含钙硅铁的。由于普通的硅铁合金中含有一定含量的金属钙，可以利用这一定含量的钙对钢水进行微钙处理。由于初炼炉出钢的钢水氧含量很高，如果在此过程加入普通硅铁合金会导致硅铁合金中的钙被氧化，而不能起到微钙处理的目的，因此需要在出钢过程加入铝块进行预脱氧，降低钢中的溶解氧含量。

②精炼过程加入普通硅铁，控制精炼渣碱度≥5。精炼过程加入普通硅铁，可以在出钢过程加入铝块降低钢中溶解氧含量的前提下，达到提高硅、钙收得率的目的，实现微钙处理。控制精炼渣碱度≥5的原因在于炉渣中过高的SiO₂会抑制炉渣对钢水的微钙处理，反应方程如下式(1)、(2)所示。当炉渣中SiO₂含量较高时(如＞10％)，会将Al还原进钢水的Ca氧化，重新进入炉渣中，减少了钢中夹杂物被炉渣钙处理的可能。

[Al]+(CaO)→[Ca]+Al₂O₃…………..(1)

[Ca]+(SiO₂)→[Si]+CaO……………..(2)

对气体要求一般，不需要经过真空处理也能达到预期效果。真空处理虽然更有利于去除高熔点夹杂物，但增生产成本。

③连铸浸入式水口烘烤时间3h至5h，总脱碳深度≤1.5mm。如下图1所示的连铸生产意图，由图1的连铸生产示意图可知，钢水从中间包全部要流经中间包浸入式水口才可以到达结晶器，最终经结晶器等冷却成为连铸坯。

由于钢水经过中间包浸入式水口时，浸入式水口壁面的粗糙程度会影响浸入式水口和钢液界面之间的边界层，即壁面越光滑，钢流经过壁面时速度影响越小；反之，如果浸入式水口壁面非常粗糙，则钢水经过浸入式水口壁面时，会导致钢水在近壁面侧的速度黏滞变大，从而更容易在壁面附近小速度的流动，钢中的高熔点夹杂物由于界面张力效应，更容易被壁面捕捉、烧结，最终形成堵塞层。

因此减少钢水中高熔点夹杂物同耐材的接触，便可减少浸入式水口堵塞；但所有钢水必须通过中间包浸入式水口才能进入结晶器，因此本发明通过控制浸入式水口脱碳来控制钢水在近水口壁面侧的边界层效应来减少浸入式水口堵塞的产生。

如图2所示的不同粗糙度情况下距离浸入式水口壁面不同距离处的速度分布示意图，由图可以看出，当壁面较光滑时，钢流在近壁面侧的速度梯度很大，很快便达到主流的速度；当壁面变得粗糙时，钢流在近壁面侧的速度梯度会变小，也就是钢流的速度在近壁面侧由于受壁面粗糙度的影响，导致钢水流动速度降低，黏滞较明显。如果耐材一旦发生了脱碳，则壁面变得非常粗糙，钢水在近壁面侧的速度较脱碳较浅的较光滑壁面而言将形成流动速度更慢的黏滞速度带，钢中的高熔点夹杂物由于和钢液的界面张力很大，会从钢液中推至耐材表面，从而被耐材捕捉、进而发生烧结，最终形成堵塞层。由以上分析可知当连铸中间包浸入式水口发生严重脱碳后，将大幅影响钢水和近壁侧的边界层，从而加剧浸入式水口的堵塞。

进一步，烘烤工艺为：

选择Al₂O₃-C质中间包浸入式水口，要求浸入式水口总烘烤时间3～5h，首先烘烤1～1.5h，要求在这1～1.5h内，中包浸入式水口温度保持在100℃；紧接着以30℃/min升温速率迅速升温至600℃～800℃，升温至600℃～800℃保温0.5～3h；保温后再升温至900℃，在900℃保温1h。

本发明通过烘烤制度控制连铸中间包浸入式水口脱碳深度，来减少浸入式水口堵塞的控制方法。通过控制中间包浸入式水口的烘烤时间、烘烤温度，使Al₂O₃-C质浸入式水口耐材的经过使用后脱碳深度≤1.5mm，来实现减少浸入式水口堵塞的目的。

附图说明

图1为连铸生产示意图；

图2为不同粗糙程度的浸入式水口，钢水在距壁面不同距离处的速度分布示意图；

图3为实施例1中精炼结束钢中夹杂物分布情况；

图4为实施例1中连铸拉浇曲线情况；

图5为实施例1中浸入式水口使用后的扫描电镜分析照片；

图6对比例1中精炼结束钢中夹杂物分布情况；

图7对比例1中连铸拉浇曲线情况；

图8对比例2中精炼结束钢中夹杂物分布情况；

图9对比例2中连铸拉浇曲线情况；

图10对比例3中精炼结束钢中夹杂物分布情况；

图11对比例3中连铸拉浇曲线情况；

图12对比例3中浸入式水口使用后的扫描电镜分析照片。

具体实施方式

采用130吨转炉、130吨精炼炉、50吨中包生产08钢。

实施例1:

成品钢按质量百分比成分为：C:0.04％、Si:0.19％、Mn:0.38％、S:0.002％、Al:0.013％。其余为铁。

顶底复吹转炉，采用常规吹炼方法，转炉终点温度控制在1627℃，终点C控制在0.03％，转炉出钢时先加130kg铝饼、400kg低碳锰铁，然后加入700kg/炉石灰、300kg/炉精炼渣料。

LF进站后对钢水进行升温，精炼过程炉渣采用40kg铝粒配合100kg电石进行脱氧，升温至1580℃进行钢水取样，取样后7min成分反馈到主控室，然后加入300kg硅铁。后期采用硅铁、低碳锰铁等合金将钢水控制至目标成分。

LF结束炉渣成分见表1(各成分单位：wt％)：

表1：

LF结束钢中夹杂物为液态或半固态CaO-MgO-Al₂O₃夹杂物，如图3。

精炼结束后软吹时间为25min。

连铸浸入式水口选用Al₂O₃-C质，浸入式水口总烘烤时间4h，首先烘烤1h，要求在这1h内，中包浸入式水口温度保持在100℃；紧接着以30℃/min升温速率迅速升温至800℃，升温至800℃保温约1.5h；保温后再升温至900℃，在900℃保温1h。全程保护浇铸。整个连铸过程拉浇曲线平稳，拉浇曲线如图4所示。使用后测量浸入式水口脱碳深度，约1.0mm，如图5所示。采用本发明方法生产的Al脱氧钢在不进行钙处理的条件下能够实现稳定连浇炉数≥5炉。

对比例1:

成品钢成分C:0.04％、Si:0.20％、Mn:0.37％、S:0.002％、Al:0.013％。

顶底复吹转炉，采用常规吹炼方法，转炉终点温度控制在1628℃，终点C控制在0.03％，转炉出钢时先加130kg铝饼、400kg硅铁、400kg低碳锰铁，然后加入700kg/炉石灰、300kg/炉精炼渣料。

LF进站后对钢水进行升温，精炼过程炉渣采用40kg铝粒配合100kg电石进行脱氧，升温至1580℃进行钢水取样，取样后7min成分反馈到主控室。精炼过程不补加硅铁(出钢过程一次性加入，满足成分要求)，精炼后期采用低碳锰铁等合金将钢水控制至目标成分。

LF结束炉渣成分见表2(各成分单位：wt％)：

表2：

LF结束钢中夹杂物为固态高Al₂O₃类夹杂物，如图6。

精炼结束后软吹时间为25min。

连铸浸入式水口选用Al₂O₃-C质，浸入式水口总烘烤时间4h，首先烘烤1h，要求在这1h内，中包浸入式水口温度保持在100℃；紧接着以30℃/min升温速率迅速升温至800℃，升温至800℃保温约1.5h；保温后再升温至900℃，在900℃保温1h。全程保护浇铸。整个连铸过程拉浇曲线波动，塞棒曲线上涨，拉浇曲线如图7所示。使用后测量浸入式水口脱碳深度，约1.1mm。

对比例2:

成品钢成分C:0.04％、Si:0.18％、Mn:0.38％、S:0.003％、Al:0.014％。

顶底复吹转炉，采用常规吹炼方法，转炉终点温度控制在1628℃，终点C控制在0.03％，转炉出钢时先加130kg铝饼、400kg低碳锰铁，然后加入700kg/炉石灰、300kg/炉精炼渣料同时加入200kg石英砂。

LF进站后对钢水进行升温，精炼过程炉渣采用40kg铝粒配合100kg电石进行脱氧，升温至1580℃进行钢水取样，取样后7min成分反馈到主控室。然后加入300kg硅铁。后期采用硅铁、低碳锰铁等合金将钢水控制至目标成分。

LF结束炉渣成分见表3(各成分单位：wt％)：

表3：

LF结束钢中夹杂物为固态高Al₂O₃类夹杂物，如图8。

精炼结束后软吹时间为25min。

连铸浸入式水口选用Al₂O₃-C质，浸入式水口总烘烤时间4h，首先烘烤1h，要求在这1h内，中包浸入式水口温度保持在100℃；紧接着以30℃/min升温速率迅速升温至800℃，升温至800℃保温约1.5h；保温后再升温至900℃，在900℃保温1h。全程保护浇铸。整个连铸过程拉浇曲线波动，塞棒曲线上涨，拉浇曲线如图9所示。使用后测量浸入式水口脱碳深度，约1.1mm。

对比例3:

成品钢成分C:0.04％、Si:0.18％、Mn:0.38％、S:0.003％、Al:0.014％。

顶底复吹转炉，采用常规吹炼方法，转炉终点温度控制在1628℃，终点C控制在0.03％，转炉出钢时先加130kg铝饼、400kg低碳锰铁，然后加入700kg/炉石灰、300kg/炉精炼渣料。

LF进站后对钢水进行升温，精炼过程炉渣采用40kg铝粒配合100kg电石进行脱氧，升温至1580℃进行钢水取样，取样后7min成分反馈到主控室。然后加入300kg硅铁。后期采用硅铁、低碳锰铁等合金将钢水控制至目标成分。

LF结束炉渣成分见表4(各成分单位：wt％):

表4：

LF结束钢中夹杂物为液态或半固态CaO-MgO-Al₂O₃夹杂物，如图10。

精炼结束后软吹时间为25min。

连铸浸入式水口选用Al₂O₃-C质，浸入式水口总烘烤时间8h，首先烘烤1h，要求在这1h内，中包浸入式水口温度保持在100℃；紧接着以30℃/min升温速率迅速升温至600℃，升温至600℃保温约6h；保温后再升温至900℃，在900℃保温1h。全程保护浇铸。整个连铸过程拉浇曲线出现一定波动，塞棒曲线上涨，拉浇曲线如图11所示。使用后测量浸入式水口脱碳深度，约2.6mm，如图12所示。

本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。以上所述仅为本发明的较好实施方式，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例作的修改，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种Al脱氧非钙处理钢的生产工艺，其特征在于，生产工艺路线为：初炼炉生产钢水，经LF精炼炉进行精炼，经过真空处理或不经过真空处理后进行软吹，到达连铸平台进行连铸，其过程不涉及单独的钢水钙处理操作。

2.根据权利要求1所述Al脱氧非钙处理钢的生产工艺，其特征在于：生产步骤包括：

(1)在初炼炉出钢过程加入铝块进行脱氧，然后在出钢过程根据成分加入合金进行合金化，在此过程不加入硅铁合金；

(2)LF精炼过程，取样后根据检测成分，将钢水控制至目标成分，其中加入普通硅铁合金，调整Si含量，控制精炼炉渣碱度≥5；

(3)连铸浸入式水口选用Al₂O₃-C质，控制浸入式水口耐材烘烤时间，要求使用后耐材内壁脱碳深度≤1.5mm；

(4)整个冶炼过程不单独进行钙处理操作。

3.根据权利要求2所述的Al脱氧非钙处理钢的生产工艺，其特征在于：步骤(2)中所述的普通硅铁合金指的是含有一定量Ca的硅铁合金，合金中Ca含量≥0.5％。

4.根据权利要求2所述的Al脱氧非钙处理钢的生产工艺，其特征在于：步骤(2)LF精炼中要求精炼炉渣的成分控制为CaO≥50％、SiO₂≤10％、23％≤Al₂O₃≤33％、MgO≤10％、TFe+MnO≤1.2％，其余为杂质元素。

5.根据权利要求2所述的Al脱氧非钙处理钢的生产工艺，其特征在于：步骤(2)LF精炼结束后软吹时间为25min。

6.根据权利要求2所述的Al脱氧非钙处理钢的生产工艺，其特征在于：步骤(3)中所述的Al₂O₃-C质耐材要求Al₂O₃≥50％、C≥1％。

7.根据权利要求2所述的Al脱氧非钙处理钢的生产工艺方法，其特征在于：步骤(3)所述浸入式水口的具体烘烤工艺为：要求浸入式水口总烘烤时间3h～5h，首先烘烤1～1.5h，要求在这1～1.5h内，中包浸入式水口温度保持在100℃；紧接着迅速升温至600℃～800℃，升温至600℃～800℃保温0.5～3h；保温后再升温至900℃，在900℃保温1h。

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