CN111321274B - 一种精炼过程钢水中铝的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种精炼过程钢水中铝的控制方法，其特征在于，所述方法包括，对钢水进行LF精炼和VD精炼；所述LF精炼包括造渣，控制所述造渣后的钢渣中FeO和MnO的含量，所述FeO的质量分数与所述MnO的质量分数之和为0.5～1.0％；所述LF精炼结束时，钢水中铝的质量分数为0.030～0.040％；所述VD精炼中，进行真空处理，在所述真空处理结束前1min时，向钢水中加入铝块。采用本发明，VD精炼过程铝损低，仅为0.16～0.20％，节约成本；VD炉结束Alt为0.025～0.40％范围的命中率高达91％，成分稳定控制。
Description
技术领域
本发明属于钢水精炼技术领域，特别涉及一种精炼过程钢水中铝的控制方法。
背景技术
钢水在传统的炼钢炉，比如转炉、电炉等炉外进行的冶炼，属于二次精炼，常常称为精炼。常用的精炼手段有LF炉精炼、VD炉精炼、RH精炼等。LF炉精炼是利用白渣进行精炼的，白渣在LF炉内具有很强的还原性，与氩气搅拌互相作用，可以降低钢中氧、硫及夹杂物含量。VD炉为真空脱气设备，可用于生产各种合金结构钢、优质碳钢和低合金高强度钢。其在钢水处理过程中，具有脱气、脱氧、自然脱碳及调整合金成分、去除夹杂物和净化钢水的冶金功能。真空处理时，钢包置于真空罐内，接通氩气，盖上真空盖抽真空处理。在真空条件下，具有很好的去气和脱氧的效果。
铝元素在钢中一般起脱氧和控制晶粒度的作用，对于先进行LF炉精炼，再进行VD炉精炼处理的钢水，成品铝含量要求为0.020～0.060％范围的钢种，在VD炉真空处理过程中，会根据成品中Al的要求进行成分调整，但是Al元素难以窄范围控制。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种VD炉精炼过程中铝的控制方法，以解决现有技术中VD炉真空处理Al元素难以窄范围控制的问题。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
本发明实施例提供了一种精炼过程钢水中铝的控制方法，所述方法包括，
对钢水进行LF精炼和VD精炼；
所述LF精炼包括造渣，控制所述造渣后的钢渣中FeO和MnO的含量，所述FeO的质量分数与所述MnO的质量分数之和为0.5～1.0％；所述LF精炼结束时，钢水中铝的质量分数为0.030～0.040％；
所述VD精炼中，进行真空处理，在所述真空处理结束前1min时，向钢水中加入铝块。
进一步地，所述钢渣的质量为4～6kg/每吨钢水。
进一步地，所述钢渣的碱度为6～8。
进一步地，所述LF精炼结束时，钢水中氧的百万分比浓度小于5ppm。
进一步地，所述真空处理总时间为15～20min，其中，真空压力为20～67Pa的深真空处理时间为8～12min。
进一步地，所述真空处理中，进行底吹氩气搅拌，在所述真空处理开始到所述真空处理结束前3min时的过程中，所述底吹氩气的流量为100～200Nl/min。
进一步地，从所述真空处理结束前3min时到所述真空处理结束时的过程中，所述底吹氩气的流量为40～60Nl/min。
进一步地，所述铝块的加入质量为0.15～0.4kg/t。
进一步地，所述真空处理后，向钢水内喂入钙线，所述钙线的加入质量为0.30～0.45kg/t。
进一步地，所述真空处理后，进行底吹氩气，所述底吹氩气的流量为30～50Nl/min。
本发明的有益效果至少包括：
本发明实施例提供了一种精炼过程钢水中铝的控制方法，所述方法包括，对钢水进行LF精炼和VD精炼；所述LF精炼包括造渣，控制所述造渣后的钢渣中FeO和MnO的含量，所述FeO的质量分数与所述MnO的质量分数之和为0.5～1.0％；所述LF精炼结束时，钢水中铝的质量分数为0.030～0.040％；所述VD精炼中，进行真空处理，在所述真空处理结束前1min时，向钢水中加入铝块。钢水中的Al与钢水中的氧之间存在平衡，VD精炼过程中，在真空与吹氩条件下，VD炉内搅拌剧烈，钢渣界面附近区域钢水与钢渣之间相互混合，钢渣中的氧会进入钢水，钢水中原有的氧与钢渣中释放到钢水中的氧会与钢中的Al发生氧化反应，由于无法预知钢渣中释放入钢水中的氧量，因此加入铝块的量也难以精准控制，VD炉出站时钢水中的铝也难以精准控制。FeO与MnO是LF终渣中的不稳定的氧化物，通过控制LF炉终渣中的FeO的质量分数与MnO的质量分数之和，进而减少渣释放入VD炉中的氧含量，从而精准控制铝块的加入量，以精准的窄范围控制VD炉出站钢水中的铝，成分控制稳定。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本发明实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
本发明实施例提供了一种精炼过程钢水中铝的控制方法，所述方法包括，
对钢水进行LF精炼和VD精炼；
所述LF精炼包括造渣，控制所述造渣后的钢渣中FeO和MnO的含量，所述FeO的质量分数与所述MnO的质量分数之和为0.5～1.0％；所述LF精炼结束时，钢水中铝的质量分数为0.030～0.040％；
所述VD精炼中，进行真空处理，在所述真空处理结束前1min时，向钢水中加入铝块。
钢水中的Al与钢水中的氧之间存在平衡，VD炉精炼过程中，在真空与吹氩条件下，VD炉内搅拌剧烈，钢渣界面附近区域钢水与钢渣之间相互混合，钢渣中的氧会进入钢水，钢水中原有的氧与钢渣中释放到钢水中的氧会与钢中的Al发生氧化反应，钢水与钢渣出现混合，取样中带有钢渣，钢水成分检测不准确，因此无法预知钢渣中释放入钢水中的氧量，所以加入铝块的量也难以精准控制，VD炉出站时钢水中的铝也难以精准控制。FeO与MnO是LF终渣中的不稳定的氧化物，通过控制LF炉终渣中的FeO的质量分数与MnO的质量分数之和，进而减少渣释放入VD炉中的氧含量，从而精准控制铝块的加入量，以精准的窄范围控制VD炉出站钢水中的铝；同时可以避免由于渣进入钢水中的氧过多，造成的铝损问题。
但FeO的质量分数与MnO的质量分数之和又不能过低，过低的情况下，渣的发泡性增加；FeO的质量分数与MnO的质量分数之和也不可过高，过高的情况下，导致渣－钢硫分配比下降，还会导致钢水氧含量与夹杂物量显著增加。在VD炉真空精炼中，底吹氩搅拌，在这样的条件下，VD炉内的钢水与渣的搅拌效果比在正常大气压下，同等强度的吹氩搅拌高出5倍以上，这很容易造成溢渣；而且这种情况下，导致VD出站铝难以窄范围控制的同时，增加铝损，不利于降低成本。
VD进站时，钢水中的铝的质量分数为0.030～0.040％，可以在铝损最小的基础上，准确控制VD出站时钢水中的铝含量。VD进站钢水中的铝含量过低，那么与之相平衡的钢水中的氧含量高，这样就会增加铝的加入量，来脱除过多的氧，同时钢水中的氧还要与钢水中的碳、锰和硅等元素发生氧化反应，使得钢水中的成分难以控制；VD进站钢水中的铝含量过高，VD真空冶炼结束时，钢水中的铝含量与VD进站钢水中铝质量分数为0.030～0.040％条件下的铝含量处于同一水平，相当于铝损增加，不利于降低成本。
在破真空前1min加入铝块，可以最大限度的提高收得率。现有技术中，多采用在破真空后加入铝制品调整铝含量，这种方法易精准的实现铝含量的窄范围控制，但是这种方法易造成钢液的二次氧化。本申请在破真空前加入纯铝制品，可以避免钢水的二次氧化问题，同时配合进站钢水铝含量、LF炉白渣和吹氩搅拌，还可以实现钢水中铝含量的精准窄范围控制。铝块的加入时间如果过早，会增加铝损；铝块的加入时间过晚，钢水中的铝溶解不均匀。
本申请中铝块含铝质量分数≥99.5％。
进一步地，所述钢渣的质量为4～6kg/每吨钢水。渣量过大，不利于提高VD的脱气效果，同时会增加溢渣几率；渣量过小，又影响脱硫效果。
进一步地，所述钢渣的碱度为6～8。
本申请碱度钢渣中CaO的质量分数与SiO2的质量分数的比值。在VD真空精炼中，高碱度的渣有利于脱除钢水中的硫。碱度过高，渣的粘度增加，流动性变差；碱度过低，脱硫效果差。
进一步地，所述LF精炼结束时，钢水中氧的百万分比浓度小于5ppm。
进一步地，所述真空处理总时间为15～20min，其中，真空压力为20～67Pa的深真空处理时间为8～12min。VD炉真空处理一是为了尽可能的去除钢液中氢气、氮气和少量的一氧化碳，二是可以均匀成分和温度。如果真空处理时间过长，会增加铝损，成本高。如果处理时间过短，导致脱气效果差。
进一步地，所述真空处理中，进行底吹氩气搅拌，在所述真空处理开始到所述真空处理结束前3min时的过程中，所述底吹氩气的流量为100～200Nl/min。在这段时间内，为了尽可能的脱除钢液中氢气、氮气和少量的一氧化碳，提供较大的底吹氩气流量。但是流量过大，会导致溢渣；流量过小，钢液内反应不完全，脱气效果差。
进一步地，从所述真空处理结束前3min时到所述真空处理结束时的过程中，所述底吹氩气的流量为40～60Nl/min。经过一段时间的真空处理，钢水中的气体基本已脱除干净，将底吹气体流量调低，使钢液搅拌效果变弱，避免破真空时出现钢液翻滚，导致二次氧化，使合金成分更均匀，夹杂物更易上浮。
进一步地，所述铝块的加入质量为0.15～0.4kg/t。
本申请中铝块含铝质量分数≥99.5％，对于使用钢砂铝等铝含量不同的铝制品，可按照铝的质量分数和本申请的加入质量进行核算。
进一步地，所述真空处理后，向钢水内喂入钙线，所述钙线的加入质量为0.30～0.45kg/t。喂入钙线，可以使钢中的夹杂物变性，成为熔点更低的复合夹杂物上浮至渣中去除，还可以避免氧化铝夹杂造成的水口堵塞问题。
进一步地，所述真空处理后，进行底吹氩气，所述底吹氩气的流量为30-50Nl/min。破真空后对VD炉进行软吹，可以促进钢水中的夹杂物上浮至渣中去除，使钢水中的成分更均匀。吹入氩气流量不可过大，否则容易将出现卷渣，吹气流量不可过小，否则无法使成分均匀。
本发明实施例提供了在“LF炉-VD炉”工艺路线下，采用控制LF炉终渣成分与VD炉进站铝含量和氧含量，同时配合VD炉底吹氩气和铝块加入量，在降低铝损的基础上，实现了VD炉出站铝含量的精轧窄范围控制，提高了钢水的洁净度。
下面将结合具体的实施例，对本发明的构思和技术方案做更详细的说明。
实施例1
冶炼钢种为Q345DH钢，采用“LF炉-VD炉”工艺路线生产，钢包容量为210t，VD出站铝要求0.02～0.060％％。LF炉造渣总渣量1000kg，终渣∑(FeO+MnO)为0.81％，碱度为6；VD炉进站钢水中铝含量为0.0323％，钢中自由氧含量为4ppm；VD炉真空精炼总时间18分钟，深真空23～67Pa保持10分钟；破空复压前3分钟，底吹氩气由130Nl/min调整为50Nl/min；破空复压前1分钟，加入42kg铝块；破空复压操作后，加入62kg钙线，同时软吹，软吹流量为35Nl/min，取结束钢水钢样进行分析，钢中铝含量为0.035％。
实施例2
冶炼钢种为E36钢，含铝钢，采用“LF炉-VD炉”工艺路线生产。钢包容量为210t，VD出站铝要求0.02～0.060％。LF炉造渣总渣量1100kg，终渣∑(FeO+MnO)为0.75％，碱度为8；VD炉进站钢水中铝含量为0.0305％，钢中自由氧含量为3ppm；VD炉真空精炼总时间18分钟，深真空(20～67Pa)保持11分钟；破空复压前3分钟，底吹氩气由180Nl/min调整为30Nl/min，加入40kg铝块后保持1分钟，破空复压操作；钙处理加入65kg钙线，同时软吹，软吹流量为40Nl/min，取结束钢水钢样进行分析，钢中铝含量为0.0332％，满足冶炼钢种铝含量要求。
实施例3
冶炼钢种为45Mn2V钢，采用“LF炉-VD炉”工艺路线生产。钢包容量为210t，VD出站铝要求0.02-0.060％。LF炉造渣总渣量1150kg，终渣∑(FeO+MnO)为0.91％，碱度为7；VD炉进站钢水中铝含量为0.0356％，钢中自由氧含量为2.8ppm；VD炉真空精炼总时间16分钟，深真空(20～67Pa)保持10分钟；破空复压前3分钟，底吹氩气由150Nl/min调整为50Nl/min，加入42kg铝块后保持1分钟，破空复压操作；钙处理加入50kg钙线，同时软吹，软吹流量为45Nl/min，取结束钢水钢样进行分析，钢中铝含量为0.0346％，满足冶炼钢种铝含量要求。
实施例4
冶炼钢种为45Mn2V钢，采用“LF炉-VD炉”工艺路线生产。钢包容量为210t，VD出站铝要求0.02-0.060％。LF炉造渣总渣量1150kg，终渣∑(FeO+MnO)为0.91％，碱度为8；VD炉进站钢水中铝含量为0.0356％，钢中自由氧含量为2.8ppm；VD炉真空精炼总时间16分钟，深真空(20～67Pa)保持10分钟；破空复压前3分钟，底吹氩气由150Nl/min调整为50Nl/min，加入42kg铝块后保持1分钟，破空复压操作；钙处理加入50kg钙线，同时软吹，软吹流量为45Nl/min，取结束钢水钢样进行分析，钢中铝含量为0.0346％，满足冶炼钢种铝含量要求。
实施例5
冶炼钢种为E36钢，含铝钢，采用“LF炉-VD炉”工艺路线生产。钢包容量为210t，VD出站铝要求0.02～0.060％。LF炉造渣总渣量1200kg，终渣∑(FeO+MnO)为0.6％，碱度为6；VD炉进站钢水中铝含量为0.0382％，钢中自由氧含量为3ppm；VD炉真空精炼总时间18分钟，深真空(20～67Pa)保持11分钟；破空复压前3分钟，底吹氩气由180Nl/min调整为30Nl/min，加入40kg铝块后保持1分钟，破空复压操作；钙处理加入65kg钙线，同时软吹，软吹流量为40Nl/min，取结束钢水钢样进行分析，钢中铝含量为0.0372％，满足冶炼钢种铝含量要求。
对比例1到对比例3
含铝钢，采用“LF炉-VD炉”工艺路线生产。钢包容量为210t，VD出站铝要求0.02～0.060％。铝块的加入时间、加入质量，VD进站铝及VD冶炼结束铝如表1所示。
对比例4
含铝钢，采用“LF炉-VD炉”工艺路线生产。钢包容量为210t，VD出站铝要求0.02～0.060％。VD进站铝含量0.080％，VD冶炼结束铝含量0.033％，VD精炼过程不加入铝块。如表1所示。
实施例1到实施例5、对比例1到对比例4，根据铝块加入质量，以及VD进站和出站的铝含量计算铝损，如表1所示。并对采用本发明实施例、对比例1到对比例4的方法，进行统计，每种方法的统计炉次超过20炉，得出VD炉结束时，Alt为0.025～0.40％范围的命中率，结果如表1所示。
表1
根据表1中的数据，可知本申请提供的方法，铝损低，为0.16～0.20％，VD炉结束Alt为0.025～0.40％范围的命中率高达91％。
最后，还需要说明的是，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。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (5)
1.一种精炼过程钢水中铝的控制方法，其特征在于，所述方法包括，
对钢水进行LF精炼和VD精炼；
所述LF精炼包括造渣，控制所述造渣后的钢渣中FeO和MnO的含量，所述FeO的质量分数与所述MnO的质量分数之和为0.5~1.0%；所述LF精炼结束时，钢水中铝的质量分数为0.030~0.040%；所述钢渣的质量为4~6kg/每吨钢水；所述LF精炼结束时，钢水中氧的百万分比浓度小于5ppm；
所述VD精炼中，进行真空处理，在所述真空处理结束前1min时，向钢水中加入铝块；
所述真空处理中，进行底吹氩气搅拌，在所述真空处理开始到所述真空处理结束前3min时的过程中，所述底吹氩气的流量为100~200Nl/min；从所述真空处理结束前3min时到所述真空处理结束时的过程中，所述底吹氩气的流量为40~60Nl/min；所述铝块的加入质量为0.15~0.4kg/t。
2.在根据权利要求1所述的一种精炼过程钢水中铝的控制方法，其特征在于，所述钢渣的碱度为6~8。
3.根据权利要求1所述的一种精炼过程钢水中铝的控制方法，其特征在于，所述真空处理总时间为15~20min，其中，真空压力为20~67Pa的深真空处理时间为8~12min。
4.根据权利要求1所述的一种精炼过程钢水中铝的控制方法，其特征在于，所述真空处理后，向钢水内喂入钙线，所述钙线的加入质量为0.30~0.45kg/t。
5.根据权利要求1所述的一种精炼过程钢水中铝的控制方法，其特征在于，所述真空处理后，进行底吹氩气，所述底吹氩气的流量为30~50Nl/min。
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