CN111560557A

CN111560557A - 一种无取向硅钢控钛、降钛的工艺

Info

Publication number: CN111560557A
Application number: CN202010471365.8A
Authority: CN
Inventors: 康伟; 廖相魏; 尚德礼; 常桂华; 康磊; 吕春风; 李德军; 张维维; 张仁波
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2020-05-29
Filing date: 2020-05-29
Publication date: 2020-08-21

Abstract

本发明一种无取向硅钢控钛、降钛的工艺，铁水控钛环节：选取低钛铁水进行硅钢冶炼，铁水中Ti≤0.02wt％；转炉冶炼环节：出钢时[O]:0.05wt％～0.07wt％，控制转炉下渣，使精炼顶渣中TiO₂≤0.3wt％；RH钢包进站后，吨钢加入精炼渣改质剂2kg～4kg，RH合金化结束后，切换提升气体为CO₂，真空度2kpa～5kpa，处理时间10min～15min。本发明能够去除无取向硅钢钢液中的钛，最终实现低牌号无取向硅钢钢材中钛含量小于0.001wt％的目标，保证无取向硅钢产品质量。本发明操作简单，可实施性强；增加成本较少，降钛效果显著；为低钛钢铁产品的冶炼提供一个基础技术平台。

Description

一种无取向硅钢控钛、降钛的工艺

技术领域

本发明涉及钢铁冶金领域，尤其涉及一种无取向硅钢控钛、降钛的工艺。

背景技术

钢液中的钛能与氮结合形成TiN夹杂，TiN夹杂对于很多钢种而言，是一种有害夹杂，例如TiN夹杂对无取向硅钢的磁性能有重要性能，主要表现在抑制晶粒长大、促使晶格畸变，阻碍磁畴转动和畴壁移动，是劣化无取向硅钢电磁性能的有害夹杂物，各大无取向硅钢生产厂都对钢中的Ti和N含量进行了严格控制；帘线钢冶炼时会产生变形能力差的脆性TiN夹杂，如果对于其不加以控制，会造成后续拉拔和捻股过程中断丝，因此，国际著名的帘线钢生产商贝尔卡特建立了钛夹杂罚分体系，钛夹杂数量越多、尺寸越多罚分越严重，达到一定分数的盘条会降级使用或退货处理；TiN夹杂对钢的疲劳寿命特别有害，轴承钢中Ti含量从40×10^-6降低到10×10^-6以下，能使寿命提高约2倍，目前，高端轴承钢对Ti含量的要求越来越严，从钢厂客户提出的要求看，部分客户要求Ti含量控制15×10^-6以下。

科研工作者针对这种情况,也进行了相关研究,文献《高碳钢转炉冶炼过程脱钛理论计算及应用》详细论述了转炉冶炼过程中钛的氧化行为，最终得出转炉前期是钢中钛的有利阶段，并采取了转炉双渣法冶炼，取得转炉出钢后钢液中Ti含量小于10×10^-6的水平；专利文件：轴承钢纳米脱钛剂的制取方法(公开号：CN1603032A)、轴承钢纳米脱钛剂在钢液中的分散方法(公开号：CN1721556A)、轴承钢纳米脱钛剂在钢液中的加入方法(公开号：CN1721557A)，论述了一种向钢液中加入纳米铁合金材料脱钛剂的方法，具体包括制备纳米脱钛剂、包芯线制备、分散及加入工艺等；专利文件：一种用于钢液脱夹杂的钢液净化剂(公开号：CN107130084A)，论述一种以金属铝、石灰粉、碳化硅粉、二氧化钛和生物质为主要组元的净化剂，通过促进钢液含钛夹杂物上浮的方法来达到降低钢液钛含量的目的；以上这些方法都从某一方面实现了钢液中钛含量的降低，但炼钢是个长流程工序，如果不全面控制钛含量，会在后续的冶炼工序回钛，例如精炼过程中，渣中的钛会与钢液中铝发生以下反应：

导致钢液增钛，最终产品不合，因此，有必要提出一种全流程降钛、控钛的工艺技术方法。

一般无取向硅钢冶炼工艺路线为：铁水预处理脱硫→转炉冶炼→RH精炼→上铸机浇铸，根据实际生产情况分析，几个工艺环节应该得到控制，首先是控制铁水含钛量，选取低钛含量铁水进行冶炼无取向硅钢；转炉由于有较高的氧势，具备良好的脱钛条件，出转炉时钢水是含钛的最低值阶段，控制下渣，避免渣中氧化钛引起钢液回钛；而在精炼阶段，由于加入了大量含钛合金，难以避免钢液增钛，这时钢液的钛含量基本为最终值阶段，也是增钛最多的环节，目前，基本上以选用含钛少的合金、控制渣回钛为主要手段。

发明内容

本发明的目的是提供一种无取向硅钢控钛、降钛的工艺，能够去除无取向硅钢钢液中的钛，最终实现低牌号无取向硅钢钢材中钛含量小于0.001wt％的目标，保证无取向硅钢产品质量。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种无取向硅钢控钛、降钛的工艺，冶炼路线为：铁水预处理→转炉→RH精炼→连铸，采用了全流程降钛、控钛方法，最终实现低钛钢铁产品含量要求，使钢材中钛含量达到小于0.001wt％的目标，具体通过以下步骤实现：

1)铁水控钛环节：选取低钛铁水进行硅钢冶炼，要求铁水中Ti≤0.02wt％；

2)转炉冶炼环节：出钢时[O]:0.05wt％～0.07wt％，控制转炉下渣，使精炼顶渣中TiO₂≤0.3wt％；

3)RH钢包进站后，吨钢加入精炼渣改质剂2kg～4kg，RH合金化结束后，切换提升气体为CO₂，真空度2kpa～5kpa，处理时间10min～15min；

4)将处理后钢液上铸机进行浇铸。

所述精炼渣改质剂包括如下重量份数的原料：氧化钙50～70份、萤石10～20份、氧化铈5～10份、氧化铝10～20份。

不同于常规方法，本发明提供了一种减少渣中氧化钛活度，把氧化钛固定在渣中，利用弱氧剂主动去氧化去除钢液中钛的方法，具体原理如下：(1)在RH精炼阶段加入精炼渣改质剂，在炼钢温度下，精炼渣改质剂中CeO₂能与氧化钛生成稳定的化合物，这种化合物不被铝还原，另外精炼渣改质剂中CeO₂固体粉末密度(7.2g/cm³)与钢水接近，远大于钢渣密度，处于钢渣最低层，有效隔绝了钢渣中自由氧化钛与钢液中铝的接触，减少渣中回钛；(2)利用弱氧化剂CO₂作为RH精炼提升气体，有选择性的去氧化钢液中的钛，主动降低合金增钛的影响，硅铁合金作为主要合金元素，对增钛影响最大，如果直接吹氧或加入氧化物，虽然能在一定程度上降低钢液中的钛，但会带来硅含量的损失，造成难以精确控制成分和成本的增加，而弱氧化剂CO₂在炼钢温度下会优先与钛反应，减少了硅的损失，实现了成本和成分的控制，理论计算如下：

i.2CO₂+[Si]＝2CO+SiO₂(s) △G＝-252950+44.79T；

ii.2CO₂+[Ti]＝2CO+TiO₂(s) △G＝-385562+85.86T；

注：△G为标准状态下化学反应吉布斯自由能，单位(J/mol)

代入炼钢温度1873K，△G分别为-169058.33、-224746.22，可见炼钢温度下，ii式吉布斯自由能△G负值较大，反应以CO₂氧化钢液中的钛为主。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一种无取向硅钢控钛、降钛的工艺，能够去除无取向硅钢钢液中的钛，最终实现低牌号无取向硅钢钢材中钛含量小于0.001wt％的目标，保证无取向硅钢产品质量。本发明操作简单，可实施性强；增加成本较少，降钛效果显著；为低钛钢铁产品的冶炼提供一个基础技术平台。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的实施方式作进一步说明。

实施例1：

将本发明提供的工艺应用到无取向硅钢的冶炼上，钢种成分见表1，冶炼工艺流程：铁水预处理→转炉→RH精炼→连铸，钢包内钢水重量约为200吨，具体步骤如下：

表1无取向硅钢钢种成分要求(质量百分含量％)

1)铁水进站后，根据要求选取低钛铁水，经过预处理脱硫后铁水成分如表2所示：

表2预处理前后铁水成分(质量百分含量％)

2)根据要求转炉冶炼控制出钢氧含量及下渣量，出钢时钢水[O]:0.06wt％、渣中TiO₂： 0.27wt％；

3)RH进站后，加入750kg精炼渣改质剂(氧化钙500公斤、萤石100公斤、氧化铈 50公斤、氧化铝100公斤)，RH合金化结束后，切换提升气体为CO₂，真空度4kpa，处理时间12min，各个阶段取样进行化学成分检验和钢渣分析，结果如表3所示：

表3 RH钢样化学成分检验结果(质量百分含量％)

	对应关系	C	Si	Mn	P	S	Ti	Als
									1	进站	0.047	<0.01	0.065	0.047	0.0025	0.0012	0.42
2	磷铁3分钟后	0.024	<0.01	0.059	0.066	0.0027	0.0016	0.22
									3	硅铁3分钟后	0.0038	0.67	0.056	0.069	0.0030	0.0015	0.23
4	出站	0.0035	0.65	0.34	0.071	0.0026	0.0009	0.25

从表3可以看出RH合金加入后，明显使钢液增钛，但出站时因为CO₂的选择氧化和精炼渣的固定TiO₂，钢液中的钛保持在成分控制范围内，验证了本发明方法控钛的可行性和有效性。

表4 RH钢渣检验结果(质量百分含量％)

	对应关系	CaO	SiO<sub>2</sub>	MgO	TiO<sub>2</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
							1	进站	44.19	14.34	7.92	0.27	13.71
2	磷铁3分钟后	47.32	11.50	7.37	0.47	10.76
							3	硅铁3分钟后	43.38	15.07	9.07	0.54	13.05
4	出站	38.01	17.95	8.68	0.65	15.73

从表4精炼渣的化学成分变化可以看出，渣中TiO₂逐渐增多，没有回钛发生。

表5中包样、铸坯样钢水成分(质量百分含量％)

由本实施例可以看出，经过上述冶炼过程后，无取向硅钢铸坯中Ti＜0.001wt％(质量百分含量)，能够满足钢种成分要求。

实施例2：

将本发明提供的工艺应用到无取向硅钢的冶炼上，钢种成分见表6，冶炼工艺流程：铁水预处理→转炉→RH精炼→连铸，钢包内钢水重量约为200吨，具体步骤如下：

表6无取向硅钢钢种成分要求(质量百分含量％)

1)铁水进站后，根据要求选取低钛铁水，经过预处理脱硫后铁水成分如表7所示：

表7预处理前后铁水成分(质量百分含量％)

2)根据要求转炉冶炼控制出钢氧含量及下渣量，出钢时钢水[O]:0.05wt％、渣中TiO₂： 0.24wt％；

3)RH进站后，加入750kg精炼渣改质剂(氧化钙500公斤、萤石100公斤、氧化铈 50公斤、氧化铝100公斤)，RH合金化结束后，切换提升气体为CO₂，真空度4kpa，处理时间12min，各个阶段取样进行化学成分检验和钢渣分析，结果如表8所示：

表8 RH钢样化学成分检验结果(质量百分含量％)

	对应关系	C	Si	Mn	P	S	Ti	Als
									1	进站	0.048	<0.01	0.062	0.0214	0.0018	0.0005	0.19
2	磷铁3分钟后	0.037	<0.01	0.0546	0.0844	0.0019	0.0014	0.34
									3	硅铁3分钟后	0.0039	0.42	0.0578	0.0863	0.0024	0.0018	0.24
4	出站	0.0028	0.43	0.359	0.090	0.0025	0.0009	0.23

从表8可以看出RH合金加入后，明显使钢液增钛，但出站时因为CO₂的选择氧化和精炼渣的固定TiO₂，钢液中的钛保持在成分控制范围内，验证了本发明方法控钛的可行性和有效性。

表9 RH钢渣检验结果(质量百分含量％)

	对应关系	CaO	SiO<sub>2</sub>	MgO	TiO<sub>2</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
							1	进站	42.19	10.34	6.95	0.54	13.71
2	磷铁3分钟后	45.32	12.50	7.34	0.56	10.76
							3	硅铁3分钟后	44.38	13.07	8.09	0.58	13.05
4	出站	40.01	18.95	9.68	0.65	15.73

从表9精炼渣的化学成分变化可以看出，渣中TiO₂逐渐增多，没有回钛发生。

表10中包样、铸坯样钢水成分(质量百分含量％)

Claims

1.一种无取向硅钢控钛、降钛的工艺，冶炼路线为：铁水预处理→转炉→RH精炼→连铸，其特征在于，采用了全流程降钛、控钛方法，具体通过以下步骤实现：

4)将处理后钢液上铸机进行浇铸。

2.根据权利要求1所述的一种无取向硅钢控钛、降钛的工艺，其特征在于，所述精炼渣改质剂包括如下重量份数的原料：氧化钙50～70份、萤石10～20份、氧化铈5～10份、氧化铝10～20份。