CN111112594B

CN111112594B - 一种低碳低合金钢浇注用塞棒及应用该塞棒的炼钢工艺

Info

Publication number: CN111112594B
Application number: CN202010121796.1A
Authority: CN
Inventors: 赵家七; 蔡小锋; 邹长东; 张连兵
Original assignee: Jiangsu Shagang Group Co Ltd; Jiangsu Shagang Iron and Steel Research Institute Co Ltd; Zhangjiagang Rongsheng Special Steel Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Shagang Group Co Ltd; Jiangsu Shagang Iron and Steel Research Institute Co Ltd; Zhangjiagang Rongsheng Special Steel Co Ltd
Priority date: 2020-02-26
Filing date: 2020-02-26
Publication date: 2021-09-10
Anticipated expiration: 2040-02-26
Also published as: CN111112594A

Abstract

本申请公开了一种低碳低合金钢浇注用塞棒及应用该塞棒的炼钢工艺，所述塞棒的头部化学成分按质量百分比计满足：MgO≥70％、Al₂O₃：5‑10％、SiO₂≤5％；SiC：3‑5％、C≤10％。本申请通过改进低碳低合金钢浇注过程所用的塞棒的头部成分及理化性能，结合优化钢水冶金过程脱氧合金化及造渣工艺，降低钢水氧化性，提高塞棒头抗钢水侵蚀能力，综合提高低碳低合金钢浇注时间，稳定浇注过程中包控流效果，提升铸坯质量。

Description

一种低碳低合金钢浇注用塞棒及应用该塞棒的炼钢工艺

技术领域

本申请涉及钢水炉外精炼脱硫技术领域，特别是涉及一种低碳低合金钢浇注用塞棒及应用该塞棒的低碳低合金钢工艺。

背景技术

现有技术中，SAE系列低碳低合金钢生产工艺流程为KR-BOF-LF-(VD)-CC，钢水冶炼及浇注现状如下：1)KR工位对铁水进行深脱硫处理，脱硫结束后扒除铁水脱硫渣。2)转炉处理过程脱碳、脱磷及控制温度，转炉出钢C含量在0.03-0.08％，[O]含量在0.035-0.085％，温度≥1630℃，转炉终点钢水氧含量高，转炉出钢过程均会存在少了的下渣，导致钢包内钢水、炉渣氧势均较高。3)转炉出钢根据目标钢种成分加合金、碳粉脱氧合金化，同时加入石灰、萤石造渣。4)LF精炼进站后通电升温，调整钢水及炉渣成分，根据炉渣状态一次性加入电石对炉渣进行扩散脱氧。5)VD处理过程为减轻钢水、炉渣对钢包耐材的侵蚀，真空度控制在2mbar左右，底吹流量30-50NL/min。6)VD处理结束运至连铸浇注。若选择不经VD处理，则LF精炼处理结束，进行软搅拌，然后运至连铸浇注。连铸过程中塞棒主要起到稳流、控流的作用，而塞棒头部由于钢水旋流冲刷严总，最容易被侵蚀。一般连铸控流所用的塞棒头有镁碳质、铝碳质，镁碳质中MgO含量在55％左右，C含量在20-25％；铝碳质中Al₂O₃含量在60％左右，C含量在20％左右；两种材质的塞棒头体积密度2.40-2.55g/cm³、显气孔率14-17％，耐压强度23-27MPa、抗折强度6-8MPa、热震次数>5次。

连铸工艺中塞棒的使用，可以降低事故率，提高铸坯质量。采用塞棒一方面可以使引流操作简单易控，开浇前中间包充满钢水，有利于夹杂物的上浮去除；另一方面，在浇注过程中可进行钢水流量调节，使得浇铸过程更加平稳。在停浇操作时，可降低旋涡产生的临界高度，提高钢水收得率。因此，塞棒的使用对提高钢材质量起着举足轻重的作用。

塞棒在使用的过程中，由于直接与钢水接触，工作条件恶劣，在浇注不同成分的钢水，需根据钢水成分特点，选择理化指标相对满足该类型钢水浇注要求的塞棒头进行连铸控流。否则若所选塞棒都材质不当，容易在钢水的高速冲刷、耐火材料与钢水组元反应以及钢水高温侵蚀等作用下，使得塞棒头蚀损太大，无法调节流量而报废，从而影响生产节奏，增加生产成本。塞棒头抗侵蚀能力的大小主要受其自身的理化指标所决定，一般高致密度、低气孔率塞棒头抗物理侵蚀能力较强。但在浇注低碳低合金钢时，由于钢水合金元素含量低，脱氧能力差，钢水总氧含量高，若塞棒头碳含量过高则会发生严重的脱碳反应，导致塞棒头化学侵蚀严重。此外，由于塞棒头一般为镁碳质或铝碳质，当钢水为硅锰脱氧时，则脱氧产生的SiO₂易与MgO、Al₂O₃反应，形成低熔点硅酸盐，造成塞棒头的化学侵蚀；若浇注铝镇静钢时，钙处理将钢水中[Ca]含量控制偏高，也对造成对塞棒头的化学侵蚀。因此，为了稳定塞棒头在浇注过程的使用效果，必须结合所浇注钢水特点，综合考虑塞棒头材质、组分及其他理化指标。

由于SAE系列钢种C、合金元素含量均较低，钢水脱氧效果不理想，该工艺流程冶炼的钢水T.O含量多在40-80ppm，连铸浇注过程塞棒头侵蚀非常严重，最少的中包浇注3炉左右，塞棒头侵蚀严重而无法控流，被迫停浇。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低碳低合金钢浇注用塞棒，以克服现有技术中的不足。

为实现上述目的一，本发明提供如下技术方案：一种低碳低合金钢浇注用塞棒，所述塞棒的头部化学成分按质量百分比计满足：MgO≥70％、Al₂O₃：5-10％、SiO₂≤5％；SiC：3-5％、C≤10％。

优选的，所述塞棒的头部满足以下条件：体积密度≥2.7g/cm³、显气孔率≤12％、耐压强度>30MPa、抗折强度>10MPa、热震次数>5次。

本发明的目的二在于提供一种应用于目的一中的塞棒的低碳低合金钢的冶炼工艺。

为实现上述目的二，本发明提供如下技术方案：一种应用低碳低合金钢浇注用塞棒的炼钢工艺，

步骤1：转炉冶炼，将铁水和废钢加入转炉冶炼，出钢时加入低碳硅铁、低碳锰、铬铁及碳粉进行脱氧合金化，同时，加入石灰、轻烧镁球和合成渣进行造渣，出钢结束后向钢包渣面加入电石；

步骤2：LF精炼，加入合金及造渣剂，控制最终钢水成分，精炼过程中少量多批次向钢包渣面加电石；

步骤3：VD真空处理，真空度小于100Pa，底吹流量为50-150NL/min；

步骤4：连铸浇注，将钢水浇注成连铸坯，浇注过程中，中间包采用塞棒进行控流。

优选的，所述步骤1中，转炉出钢过程中加入石灰3-5kg/t、轻烧镁球0.5-1.5kg/t和合成渣1-2kg/t；转炉出钢结束后向钢包渣面加入电石0.3-1.0kg/t；所述合成渣的化学成分按质量百分比计为：CaO：30-40％、Al₂O₃：15-25％、SiO₂：10-15％、CaF₂：5-10％、金属铝粉：20-30％，以及其它不可避免的杂质。

优选的，所述步骤1中，出钢过程中，钢包开底吹，底吹流量为800-1200NL/min；出钢结束后，在加入电石过程中钢包底吹流量为200-400NL/min。

优选的，所述步骤3中，VD过程在真空度小于100Pa下处理时间大于15min，VD破空后软搅拌时间大于5min。

优选的，所述制备方法生产的低碳低合金钢的钢水T.O含量≤35ppm。

本发明冶炼工艺的原理如下：

在冶炼低碳低合金钢时，由于钢水中碳、合金含量低，脱氧能力弱，导致钢水全氧含量高，较高含量的氧对含碳耐火材料而言更是致命的威胁，它会加速石墨等碳素的氧化，导致塞棒头与钢水接触表层脱碳，塞棒头表层变得疏松。此外，由于原工艺钢水中脱氧产物主要为SiO₂，残留在钢水中生成酸性夹杂物，通过塞棒头表层的脱碳层疏松空隙附着在塞棒头上，与塞棒头本身含有的MgO、Al₂O₃反应，生成了低熔点的Mg₂SiO₄、(Mg,Fe)₂SiO₄等硅酸盐，被钢水冲刷带走，加快塞棒头的蚀损，增加钢水的外来非金属夹杂物。此外，原先采用的塞棒气孔率高，致密度低，更有利于钢水中的氧、SiO₂夹杂等在塞棒头表面附着，进而与塞棒反应，造成塞棒化学侵蚀；耐压强度、抗折强度等指标低，在钢水冲刷作用下，易造成剥落。为了解决上述问题，本发明首先明确了所用塞棒头理化性能指标要求，提高塞棒塞棒抗钢水冲刷能力；其次，通过优化转炉出钢、LF精炼过程钢水及炉渣脱氧工艺，加强钢水炉渣脱氧，将钢水中夹杂物中SiO₂含量组分降低，提高CaO、MgO、Al₂O₃组分含量，使夹杂物变为SiO₂-CaO-MgO-Al₂O₃类复合夹杂，减弱SiO₂夹杂对塞棒头耐材的侵蚀；进一步利用VD真空处理使钢水中的C在真空下对钢水、炉渣脱氧，将钢水总氧含量降至较低的水平，同时也降低了塞棒头的C含量，进而减弱浇注过程C、O反应，减轻塞棒头的氧化侵蚀。因此，提高塞棒头质量、优化原低碳低合金钢冶炼工艺，对降低炼钢成本、增加塞棒使用时间以及提高产品质量具有重要的意义。

同现有技术相比，本发明的有益效果至少体现在以下几个方面：

(1)开发出新的组分及理化指标的塞棒头，可稳定应用于低碳低合金钢的浇注，显著提高了塞棒头使用寿命，连浇炉数由原来的5-10炉/中包，提高至16炉/中包左右；

(2)优化低碳低合金钢冶炼工艺，降低钢水总氧含量，提高了钢水洁净度。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例所提供一种低碳低合金钢浇注所用的塞棒头及应用该塞棒的炼钢工艺方法，所生产的低碳低合金钢化学成分以质量百分数计为：C＝0.03-0.25％、Si＝0.05-0.25％、Mn＝0.15-0.65％、Cr＝0.2-0.5％、P≤0.02％、S≤0.015％，其余为Fe和其它不可避免的杂质、在120t转炉车间冶炼，在浇注过程所选用本发明所设计的镁碳质塞棒，采用本发明工艺处理为例，对本项发明进行进一步说明。

实施例：

本项发明所提供的一种低碳低合金钢浇注所用的塞棒头及其应用工艺方法，在某钢厂的低碳低合金钢的生产线上进行生产，其工艺生产过程如下。

(1)转炉出钢时加入低碳硅铁、低碳锰、铬铁及碳粉进行脱氧合金化，同时加入石灰、轻烧镁球、合成渣造渣，转炉出钢结束向钢包渣面加入电石。加入量如下表1所示。合成渣成分如表2所示。底吹控制如表3所示。

表1转炉出钢原辅料加入情况

炉号	石灰，kg/t	轻烧镁球，kg/t	合成渣，kg/t	电石，kg/t
					a	5	0.5	2	1.0
b	4	1.1	1.4	0.3
					c	3	1.5	1	0.8

表2合成渣成分

炉号	CaO	SiO<sub>2</sub>，％	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>，％	CaF<sub>2</sub>，％	金属铝粉，％
						a	30	15	25	10	20
b	36	10	20	8	14
						c	40	14	15	5	30

表3转炉出钢过程钢包底吹控制

炉号	转炉出钢过程，NL/min	出钢结束加电石过程，NL/min
			a	1200	400
b	1000	200
			c	800	320

(2)转炉出钢钢水脱氧合金化及造渣完成后运至LF精炼，测温并取样化验，根据测温化验结果，通电升温，补加合金及合成渣，并将钢水温度及成分调整至目标成分，向钢包渣面加入电石次数和加入量如下表所示。

表4电石加入方式

(3)待LF精炼结束后，钢包运至VD精炼工位，VD进行真空处理，破空后进行软搅拌，各参数如表5所示。

表5 VD处理过程主要工艺参数

炉号	真空度，Pa	底吹流量，NL/min	高真空处理时间，min	软搅拌时间，min
					a	82	150	15	6
b	94	85	17	7
					c	100	50	18	5

(4)软搅拌结束后运至连铸浇注，连铸浇注过程中间包采用本发明所述的塞棒头进行控流。所述的塞棒头理化指标分别为：体积密度≥2.7g/cm³、显气孔率≤12％、耐压强度>30MPa、抗折强度>10MPa、热震次数>5次。塞棒棒头成分理化性能如表6、表7所示。

表6塞棒头成分，wt％

炉号	MgO	SiO<sub>2</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	SiC	C
						a	71	3	10	3	10
b	70	4	9	4	9
						c	72	5	5	5	8

表7塞棒棒头理化性能

炉号	体积密度，g/cm<sup>3</sup>	显气孔率，％	耐压强度，MPa	抗折强度，MPa	热震次数，次
						a	2.7	12	30	10	5
b	2.9	10	35	13	7
						c	2.8	10	34	12	8

(5)连铸过程该中包连浇炉数及中包抽检钢水样全氧含量如下表8所示。

表8钢水T.O及连浇炉数

炉号	T.O，ppm	连浇炉数，炉/中包
			a	35	16
b	25	18
			c	27	17

对比实施例：

(1)原工艺转炉出钢时加入低碳硅铁、低碳锰、铬铁及碳粉进行脱氧合金化，同时加入石灰、合成渣造渣，转炉出钢结束向钢包渣面加入电石。加入量如下表9所示。合成渣成分如表10所示。底吹控制如表11所示。

表9转炉出钢原辅料加入情况

炉号	石灰，kg/t	合成渣，kg/t	电石，kg/t
				a	6	2.2	1.0
b	7	2.0	0.7
				c	5	2.4	0.8

表10合成渣成分

炉号	CaO，％	SiO<sub>2</sub>，％	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>，％	CaF<sub>2</sub>，％	金属铝粉，％
						a	34	15	21	10	20
b	36	10	23	8	14
						c	40	14	15	9	30

表11转炉出钢过程钢包底吹控制

炉号	转炉出钢过程，NL/min	出钢结束加电石过程，NL/min
			a	1200	800
b	1000	800
			c	1100	800

(2)转炉出钢钢水脱氧合金化及造渣完成后运至LF精炼，测温并取样化验，根据测温化验结果，通电升温，补加合金及合成渣，并将钢水温度及成分调整至目标成分。精炼调渣过程向钢包渣面一次性加入电石2kg/t。

(3)待LF精炼结束后，钢包运至VD精炼工位，VD进行真空处理，破空后进行软搅拌，各参数如表12所示。

表12 VD处理过程主要工艺参数

(4)软搅拌结束后运至连铸浇注，连铸浇注过程中间包采用本发明所述的塞棒头进行控流。所用塞棒棒头成分及理化性能如表13、表14所示。

表13塞棒头成分，wt％

炉号	MgO	SiO<sub>2</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	SiC	C
						a	10	3	60	3	20
b	59	4	9	4	19
						c	58	5	5	5	22

表14塞棒棒头理化性能

炉号	体积密度，g/cm<sup>3</sup>	显气孔率，％	耐压强度，MPa	抗折强度，MPa	热震次数，次
						a	2.3	15	23	6	7
b	2.2	17	25	8	6
						c	2.4	13	27	8	5

表15钢水T.O及连浇炉数

炉号	T.O，ppm	连浇炉数，炉/中包
			a	40	10
b	57	7
			c	80	5

综上所述，根据表8和表15的对比可以发现，使用本发明的塞棒显著提高了塞棒头使用寿命，增加连浇炉数，同时应用本发明的炼钢工艺方法，钢水中的T.O含量也大大降低，提升钢水的洁净度。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims

1.一种应用低碳低合金钢浇注用塞棒的炼钢工艺，其特征在于：

步骤4：连铸浇注，将钢水浇注成连铸坯，浇注过程中，中间包采用塞棒进行控流；

所述步骤4中，所述塞棒的头部化学成分按质量百分比计满足：MgO≥70％、Al₂O₃：5-10％、SiO₂≤5％；SiC：3-5％、C≤10％；体积密度≥2.7g/cm³、显气孔率≤12％、耐压强度＞30MPa、抗折强度＞10MPa、热震次数＞5次；

所述步骤1中，转炉出钢过程中加入石灰3-5kg/t、轻烧镁球0.5-1.5kg/t和合成渣1-2kg/t；转炉出钢结束后向钢包渣面加入电石0.3-1.0kg/t；所述合成渣的化学成分按质量百分比计为：CaO：30-40％、Al₂O₃：15-25％、SiO₂：10-15％、CaF₂：5-10％、金属铝粉：20-30％，以及其它不可避免的杂质；

所述步骤3中，VD过程在真空度小于100Pa下处理时间大于15min，VD破空后软搅拌时间大于5min。

2.根据权利要求1所述的一种应用低碳低合金钢浇注用塞棒的炼钢工艺，其特征在于：所述步骤1中，出钢过程中，钢包开底吹，底吹流量为800-1200NL/min；出钢结束后，在加入电石过程中钢包底吹流量为200-400NL/min。

3.根据权利要求1所述的一种应用低碳低合金钢浇注用塞棒的炼钢工艺，其特征在于：所述炼钢工艺生产的低碳低合金钢的钢水T.O含量≤35ppm。