CN111500919B - 高洁净度高钛低碳钢的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高洁净度高钛低碳钢的生产方法，属于钢铁冶金技术领域。本发明所要解决的技术问题是钛含量较高时钢质变差，洁净度低，最终生产出的产品品质低。本发明提供高洁净度高钛低碳钢的生产方法，按照转炉‑RH‑吹氩‑板坯连铸工艺流程生产，转炉终点控制，转炉出钢、RH分步对钢水进行脱氧合金化，转炉出钢过程向钢包内加入高钛低碳钢精炼渣造渣并控制钢包渣成分，浇注过程采用保护渣，以质量分数计钢中钛含量0.15‑0.8％。本发明可实现高钛低碳钢的顺利浇注，且钢包渣、中包覆盖剂以及保护渣等辅料具有良好的吸收非金属夹杂物的能力，且在吸收大量夹杂物后性能仍能保持稳定，钢水洁净度较高，浇注出的铸坯品质好。

Description

高洁净度高钛低碳钢的生产方法
技术领域
本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及高洁净度高钛低碳钢的生产方法。
背景技术
钛在钢中是一种良好的脱氧去气剂和固定氮、碳的有效元素。钛在钢中的应用主要以微合金化方式为主，在钢中加入一定量的钛(0.01％～0.03％)可实现细化钢的组织、提高钢的强度、改善钢的塑性和冲击韧性等作用。随着钢中钛含量的提高，产品韧性、加工性能以及耐磨性均大幅度提升，尤其是当钢中Ti≥0.15％时，可获得大量微米级(1～5μm)的TiC(≥80％)和少量的TiN，其产品耐磨性是钛微合金化钢的10倍以上，产品使用寿命显著延长。
由于钛在炼钢和浇铸温度下是非常活泼的金属元素，除了极易被氧化外，还容易与空气和钢水中的氮反应，高钛含量下极易在钢水中形成TiN，常造成水口结瘤堵塞、结晶器形成结鱼冷钢引起漏钢和坯材严重缺陷。因此，目前高钛含量的钢一般采用模注形式生产，从而限制了其产品的应用领域，同时也很难实现规模化和低成本生产。另外，在精炼-连铸过程中，钢中的钛等合金元素易被渣中的SiO2、MnO、Al2O3等氧化物以及钢水和空气中的氧氧化烧损，生成大量的含钛夹杂物导致钢水洁净度降低，冶金渣料性能恶化，无法获得品质良好的铸坯。
发明内容
本发明解决的技术问题是钛含量较高时钢质变差，洁净度低，最终生产出的产品品质低。
本发明解决上述问题的技术方案是提供高洁净度高钛低碳钢的生产方法，步骤包括按照转炉-RH-吹氩-板坯连铸工艺流程生产，转炉终点控制，转炉出钢、RH分步对钢水进行脱氧合金化，转炉出钢过程向钢包内加入含有TiO2的高钛低碳钢精炼渣造渣并控制钢包渣成分，浇注过程采用高TiO2含量的保护渣，以质量分数计钢中钛含量0.15-0.8％，碳含量0.10～0.25％。
其中，精炼渣的成分为(CaO+BaO+SrO)：40-60％，MgO：3-10％，SiO2：0.1-10％，Al2O3：20-40％，F-：1-5％，TiO2：5-30％。此处(CaO+BaO+SrO)表示含有CaO、BaO、SrO中的至少一种。
其中，保护渣的成分为TiO2：5％～20％，(CaO+BaO)：35％～50％，SiO2：9％～13％，Al2O3：20％-28％，(NaF+B2O3)：10％-25％，Li2O：3％～8％，C：5％～10％；粘度0.1～0.3Pa·S，熔点900～1100℃。此处(CaO+BaO)表示含有CaO、BaO中的至少一种，(NaF+B2O3)表示含有NaF、B2O3中的至少一种。
其中，转炉出钢4/5时向钢包内加入高钛低碳钢精炼渣2-7kg/吨钢。
其中，出钢后钢包渣成分(CaO+BaO+SrO)/(SiO2+Al2O3)比值控制在1.3-2.6，熔点1220-1350℃。
其中，连铸从开浇至拉速稳定期间，结晶器液面需采用氩气保护，流量5-30L/min，浇注全程采用保护渣。
其中，转炉入炉[S]≤0.008％；转炉出钢温度1670℃～1690℃、终点碳≥0.05％；出钢过程进行在线吹氩，出钢时间≥4分钟，下渣厚度控制目标≤80mm，钢包净空高度按300mm～500mm控制；出钢结束后对钢包进行吹氩，吹氩流量为50-200NL/min，吹氩时间5-15min。
其中，转炉出钢1/4-2/3时加入含锰合金和含铝合金将钢中锰、铝、碳控制在成分；RH处理开始时，一次性加入含钛合金将钢中钛控制在成品成分，确保加入合金后的真空循环时间≥15分钟；RH处理结束对钢水进行吹氩精炼，吹氩流量为50-200NL/min，吹氩时间20-40min，保持渣面微微波动，且未吹开。
其中，含钛合金为40TiFe、70TiFe、80TiFe或者纯钛中的一种或者几种。
其中，中包开浇时加入覆盖剂，覆盖剂成分为(CaO+BaO+MgO+SrO)：25-50％，Al2O3：10-25％，TiO2：20-50％，Na2O：5-15％，F-：1-5％；覆盖剂加入量为500-700kg，浇注过程根据覆盖情况再加入覆盖剂10-30kg/炉。此处(CaO+BaO+MgO+SrO)表示含有CaO、BaO、MgO、SrO中的至少一种。
其中，连铸过程中间包钢水过热度控制在25℃～50℃；二冷采用凝固终点区域强冷的二冷制度，同时适当提高冷却强度，比水量为0.65kg/t钢～0.80kg/t钢；其中凝固终点7段～8段区域冷却强度50～60L/(min·m2)。
本发明的有益效果：
本发明可降低精炼-连铸过程钢中钛的烧损，稳定钢中各合金元素含量，降低精炼-连铸过程的钢渣反应，稳定渣系性能，浇注出的铸坯表面无裂纹，内部质量良好，且实现了大于120分钟的连续浇注；
本发明可实现高钛低碳钢的顺利浇注，且钢包渣、中包覆盖剂以及保护渣等辅料具有良好的吸收非金属夹杂物的能力，且在吸收大量夹杂物后性能仍能保持稳定，钢水洁净度较高，浇注出的铸坯品质好，轧材评级结果为，B、C类夹杂物均≤1.0级，D类夹杂物均≤0.5级。
具体实施方式
本发明提供高洁净度高钛低碳钢的生产方法，步骤包括按照转炉-RH-吹氩-板坯连铸工艺流程生产，转炉终点控制，转炉出钢、RH分步对钢水进行脱氧合金化，转炉出钢过程向钢包内加入高钛低碳钢精炼渣造渣并控制钢包渣成分，浇注过程采用保护渣，以质量分数计钢中钛含量0.15-0.8％。
其中，精炼渣的成分为(CaO+BaO+SrO)：40-60％，MgO：3-10％，SiO2：0.1-10％，Al2O3：20-40％，F-：1-5％，TiO2：5-30％。
其中，保护渣的成分为TiO2：5％～20％，(CaO+BaO)：35％～50％，SiO2：9％～13％，Al2O3：20％-28％，(NaF+B2O3)：10％-25％，Li2O：3％～8％，C：5％～10％；保护渣的粘度0.1～0.3Pa·S，熔点900～1100℃。
其中，转炉出钢4/5时向钢包内加入高钛低碳钢精炼渣2-7kg/吨钢。
其中，钢包渣成分(CaO+BaO+SrO)/(SiO2+Al2O3)比值控制在1.3-2.6，熔点1220-1350℃。
其中，连铸从开浇至拉速稳定期间，结晶器液面需采用氩气保护，流量5-30L/min，浇注全程采用保护渣。
其中，转炉入炉[S]≤0.008％；转炉出钢温度1670℃～1690℃、终点碳≥0.05％；出钢过程进行在线吹氩，出钢时间≥4分钟，下渣厚度控制目标≤80mm，钢包净空高度按300mm～500mm控制；出钢结束后对钢包进行吹氩，吹氩流量为50-200NL/min，吹氩时间5-15min。
其中，转炉出钢1/4-2/3时加入含锰合金和含铝合金将钢中锰、铝、碳控制在成品成分；RH处理开始时，一次性加入含钛合金将钢中钛控制在成品成分，确保加入合金后的真空循环时间≥15分钟；RH处理结束对钢水进行吹氩精炼，吹氩流量为50-200NL/min，吹氩时间20-40min，保持渣面微微波动，且未吹开。
其中，钛合金为40TiFe、70TiFe、80TiFe或者纯钛中的一种或者几种。
其中，含锰合金为锰铁和/或金属锰；含铝合金为铝铁、铝丸、铝线中的一种或者几种。
其中，中包开浇时加入覆盖剂，覆盖剂成分为(CaO+BaO+MgO+SrO)：25-50％，Al2O3：10-25％，TiO2：20-50％，Na2O：5-15％，F-：1-5％；覆盖剂加入量为500-700kg，浇注过程根据覆盖情况每次再加入覆盖剂10-30kg/炉。
其中，连铸过程中间包钢水过热度控制在25℃～50℃；二冷采用凝固终点区域强冷的二冷制度，同时适当提高冷却强度，比水量为0.65kg/t钢～0.80kg/t钢；其中凝固终点7段～8段区域冷却强度50～60L/(min·m2)。
其中，本发明高洁净度高钛低碳钢的生产方法尤其适用于钢中钛含量0.15-0.8％，0.10～0.25％。
以下通过实施例和对比例对本发明作进一步的解释和说明。
实施例中，钢的成分以质量百分数计按如下进行控C 0.10～0.25％，Ti 0.15～0.8％，Si≤0.40％，Mn 0.7～1.4％，Als 0.02～0.08％，P≤0.015％，S≤0.01％。
实施例1
转炉入炉[S]0.008％，转炉出钢温度1670℃、终点碳0.05％，出钢过程在线吹氩，出钢时间5.2分钟，下渣厚度50mm，钢包净空高度按350mm，出钢4/5开始向钢包内加入高钛低碳钢精炼渣3.2kg/吨钢，出钢结束后对钢包进行吹氩，吹氩流量为80NL/min，吹氩时间6min，加入的高钛低碳钢精炼渣成分为(CaO+BaO+SrO)：50％，MgO：6％，SiO2：3％，Al2O3：25％，F-：2％，TiO2：12％
转炉出钢1/4时开始分别加入高碳锰铁和铝铁对钢中锰、铝等元素进行合金化，并将其控制在成品成分，RH处理开始，一次性加入40TiFe，将钢中钛控制在成品成分，加入合金后的真空循环时间20分钟；
RH处理结束对钢水进行吹氩精炼，吹氩流量为100NL/min，吹氩时间25min，保持渣面微微波动，且未吹开；
中包开浇时加入覆盖剂550kg，浇注过程根据覆盖情况每次再加入覆盖剂25kg/炉。
从开浇至拉速稳定期间，结晶器液面需采用氩气保护，流量5L/min，浇注全程采用高钛低碳钢专用保护渣，保护渣成分及性能为：TiO2：5％，(CaO+BaO)：46％，SiO2：9％，Al2O3：20％，(NaF+B2O3)：10％，Li2O：3％，C：5％，1300℃粘度0.28Pa·S，熔点1080℃；
连铸钢水浇注温度稳定，连铸过程中间包钢水过热度35～38℃之间，二冷比水量为0.65kg/t钢，其中凝固终点7段～8段区域冷却强度50L/(min·m2)，从而保证铸坯在凝固后期加速凝固，减少凝固过程中液析TiN的产生。
钢水连浇125分钟，铸坯表面无横向和纵向裂纹，内部无疏松和裂纹。轧材夹杂物评级结果为：B类0级，C类0.5级，D类0.5级。
实施例2
转炉入炉[S]0.004％，转炉出钢温度1690℃、终点碳0.08％，出钢过程在线吹氩，出钢时间6.3分钟，下渣厚度80mm，钢包净空高度按500mm，出钢4/5开始向钢包内加入高钛低碳钢精炼渣7kg/吨钢，出钢结束后对钢包进行吹氩，吹氩流量为200NL/min，吹氩时间10min，加入的高钛低碳钢精炼渣成分为，(CaO+BaO+SrO)：42％，MgO：5％，SiO2：5％，Al2O3：20％，F-：3％，TiO2：22％；
转炉出钢2/3时开始分别加入低碳锰铁和铝丸对钢中锰、铝等元素进行合金化，并将其控制在成品成分；RH处理2分钟后，一次性加入80TiFe，将钢中钛控制在成品成分，加入合金后的真空循环时间15分钟；
RH处理结束对钢水进行吹氩精炼，吹氩流量为60NL/min，吹氩时间40min，保持渣面微微波动，且未吹开；
中包开浇时加入覆盖剂700kg，浇注过程根据覆盖情况再加入覆盖剂10kg/炉；
从开浇至拉速稳定期间，结晶器液面需采用氩气保护，流量28L/min，浇注全程采用高钛低碳钢专用保护渣，保护渣成分及性能为：TiO2：14％，(CaO+BaO)：30％，SiO2：10％，Al2O3：22％，(NaF+B2O3)：12％，Li2O：4％，C：6％，1300℃粘度0.13Pa·S，熔点920℃；
连铸钢水浇注温度稳定，连铸过程中间包钢水过热度30～35℃之间；二冷比水量为0.80kg/t钢；其中凝固终点7段～8段区域冷却强度60L/(min·m2)，从而保证铸坯在凝固后期加速凝固，减少凝固过程中液析TiN的产生。
钢水连浇125分钟，铸坯表面无横向和纵向裂纹，内部无疏松和裂纹。轧材夹杂物评级结果为：B类1.0级，C类0.5级，D类0级。
对比例
采用“转炉-LF-RH-连铸”，转炉入炉[S]0.005％；转炉出钢温度：1690℃、终点碳0.07％；出钢过程：在线吹氩，出钢时间6.1分钟，下渣厚度80mm，钢包净空高度按500mm。
转炉出钢4/5时开始分别加入低碳锰铁和铝丸对钢中锰、铝等元素进行合金化，并将其控制在成品成分；LF加入增碳剂、含钛合金将钢中碳、钛调整到成品成分控制中线；RH处理25分钟进行去夹杂和脱气。
在LF精炼开始加入常规精炼渣1kg/吨钢，并对钢水进行加热，加热5min后再次加入精炼渣3kg/吨钢后对钢水进行加热13min。加入精炼渣主要成分为：CaO：55％，SiO2：6％，Al2O3：28％，F-：5％。
中间包采用常规铝酸钙系覆盖剂，加入量为开浇加入500kg，后续加入为10-30kg/炉。
结晶器采用现有常规低碳钢保护渣，成分为公知的。
钢水连浇30分钟后，连铸断浇且浇注后的铸坯表面有明显的横向和纵向裂纹，内部有1.0级的疏松和裂纹。轧材夹杂物评级结果为：B类1.5级，C类1.5级，D类1.0级。

Claims (8)

1.高洁净度高钛低碳钢的生产方法，其特征在于包括如下步骤：按照转炉-RH-吹氩-板坯连铸工艺流程生产，转炉终点控制，转炉出钢、RH分步对钢水进行脱氧合金化，转炉出钢过程向钢包内加入含有TiO2的高钛低碳钢精炼渣造渣并控制钢包渣成分，浇注过程采用高TiO2含量的保护渣，以质量分数计钢中钛含量0.15-0.8％，碳含量0.10～0.25％；
以质量分数计，所述保护渣的成分包括TiO2：5％～20％，(CaO+BaO)：35％～50％，SiO2：9％～13％，Al2O3：20％-28％，(NaF+B2O3)：10％-25％，Li2O：3％～8％，C：5％～10％以及不可避免的杂质；1300℃下粘度0.1～0.3Pa·S，熔点900～1100℃；
以质量分数计，所述精炼渣的成分包括(CaO+BaO+SrO)：40-60％，MgO：3-10％，SiO2：0.1-10％，Al2O3：20-40％，F-：1-5％，TiO2：5-30％以及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的高洁净度高钛低碳钢的生产方法，其特征在于：转炉出钢4/5时向钢包内加入高钛低碳钢精炼渣2-7kg/吨钢。
3.根据权利要求1或2所述的高洁净度高钛低碳钢的生产方法，其特征在于：出钢后钢包渣成分(CaO+BaO+SrO)/(SiO2+Al2O3)比值控制在1.3-2.6，熔点1220-1350℃。
4.根据权利要求1所述的高洁净度高钛低碳钢的生产方法，其特征在于：所述连铸从开浇至拉速稳定期间，结晶器液面需采用氩气保护，流量5-30L/min，浇注全程采用保护渣。
5.根据权利要求1所述的高洁净度高钛低碳钢的生产方法，其特征在于：转炉入炉[S]≤0.008％；转炉出钢温度1670℃～1690℃、终点碳≥0.05％；出钢过程进行在线吹氩，出钢时间≥4分钟，下渣厚度控制目标≤80mm，钢包净空高度按300mm～500mm控制；出钢结束后对钢包进行吹氩，吹氩流量为50-200NL/min，吹氩时间5-15min。
6.根据权利要求1所述的高洁净度高钛低碳钢的生产方法，其特征在于：脱氧合金化具体为转炉出钢1/4-2/3时加入含锰合金和含铝合金将钢中锰、铝、碳控制在成品成分；RH处理开始时，一次性加入含钛合金将钢中钛控制在成品成分，确保加入合金后的真空循环时间≥15分钟；RH处理结束对钢水进行吹氩精炼，吹氩流量为50-200NL/min，吹氩时间20-40min，保持渣面微微波动，且未吹开。
7.根据权利要求1所述的高洁净度高钛低碳钢的生产方法，其特征在于：中包开浇时加入覆盖剂，覆盖剂成分包括(CaO+BaO+MgO+SrO)：25-50％，Al2O3：10-25％，TiO2：20-50％，Na2O：5-15％，F-：1-5％以及不可避免的杂质；覆盖剂加入量为500-700kg，浇注过程根据覆盖情况再加入覆盖剂10-30kg/炉。
8.根据权利要求1所述的高洁净度高钛低碳钢的生产方法，其特征在于：连铸过程中间包钢水过热度控制在25℃～40℃；二冷采用凝固终点区域强冷的二冷制度，同时适当提高冷却强度，比水量为0.65kg/t钢～0.80kg/t钢；其中凝固终点7段～8段区域冷却强度50～60L/(min·m2)。
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