CN111926137B - 一种采用高磷高砷高硫铁水生产船板的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种采用高磷高砷高硫铁水生产船板的制备方法，包括：（1）将高P高S高As铁水与低S低As铁水混合降低钢水中S、As含量；（2）KR脱硫、脱砷，扒除高S高As渣；（3）转炉第一渣冶炼，加入低As废钢，进一步降As，脱磷；（4）转炉第二渣吹炼脱磷，留渣出钢；（5）转炉出钢过程合金化、脱氧；（6）氩站吹氩，喂铝线脱氧；（7）LF精炼深脱硫、脱砷、脱氧，调合金成分；（8）采用电磁搅拌和轻压下、恒拉速、低过热度浇铸、减轻P、S、As等元素的聚集与偏析；（9）轧钢时控制铸坯加热速率、均热时间等参数，消除P、S、As等元素对钢板性能的影响；本发明实现了以高P高S高As的铁水生产合格的低温船板钢，实现船板钢的低成本制造。

Description

一种采用高磷高砷高硫铁水生产船板的制备方法
技术领域
本发明涉及钢铁材料技术领域，特别是一种采用高磷高砷高硫铁水生产船板的制备方法。
背景技术
在船板钢的冶炼生产过程中，由于铁矿石的来源产地不一样，铁水成分会出现较大的变化，并影响到后续的冶炼控制和成品性能，特别是有害元素P、S以及As。通常的冶炼控制手段仅对铁水P含量≤0.13％、铁水S含量≤0.05％有效，对含量更高的“三高”有害元素,如高P(≥0.15％)、高S(0.05～0.08％)、高As(0.03～0.1％)的铁水,效果不显或者说只能达到部分目的，最终致使钢板成分不达标、性能不合格。船板钢对P、S含量有严格的控制要求，较高的As会对船板的质量与低温冲击性能产生较大的影响。
经检索：
中国专利CN201210226434.4公开了一种高磷铁水脱磷工艺。其中，将铁水装入具有复吹功能的转炉内，添加废钢、石灰、矿石和脱磷剂，顶吹氧气以及底吹氮气，其特征在于铁水磷高，磷达到0.20～0.30％；脱磷剂使用量达到20～25kg/t时，结束时炉渣碱度(CaO/SiO2)要求不小于2.5；废钢加入量15～18％，处理后半钢温度为1320～1350℃，预处理时间为12～18min。该发明仅适用于高P铁水，而且采用的半钢冶炼方法一般用于转炉提钒炼钢或高碳钢的冶炼，限制了其应用范围，不适用于船板钢的脱P冶炼控制。
中国专利CN201811155336.X公开了一种转炉冶炼高锰高硫高磷铁水(Mn1.20～1.90wt％，S0.070～0.090wt％，P0.120～0.200wt％，Si0.20～0.40wt％)提碳保锰的制备方法，该方法通过采取留渣操作、冶炼前期加入少量锰球团、少渣冶炼、冶炼过程恒压变枪操作、转炉一倒最低枪位压枪操作、出钢全程渣洗等工艺并集成创新，优化了冶炼反应动力学和热力学条件，获得了良好的化渣脱磷、脱硫效果，避免了冶炼过程钢水及炉渣喷溅，显著提高了渣中(MnO)分配浓度，促进了冶炼中期渣中(MnO)的还原，降低了冶炼后期钢水中Mn的再次氧化，最终显著提高了终点钢水残Mn含量(0.40～0.60wt％)，减少了脱氧合金化过程中锰系合金加入量，大幅降低了炼钢合金消耗及合金化成本，促进了冶炼技术经济指标的改善，提高了产品市场竞争力。该发明以提C保Mn为目的来提高残Mn含量，不是降低P、S含量的最佳方案，而且无法应对高As铁水。
由上可见，目前国内外还没有一种能妥善处理含有高磷高硫高砷铁水，并利用该铁水生产船板的现有技术，因此，研发上述铁水的冶炼方法，并利用该铁水生产力学性能符合船板要求的钢板，具有十分重要的意义。
发明内容
本发明就是本发明的目的在于提供一种采用高磷高砷高硫铁水生产船板的制备方法，本发明针对高P高S高As的铁水，通过有效地冶炼控制手段降低钢中P、S、As等有害元素含量在合理范围内，并通过后续工艺控制消除其潜在影响，从而满足船板钢使用性能的要求。
本发明的一种采用高磷高砷高硫铁水生产船板的制备方法，包括下述步骤：
(1)将高P高S高As铁水注入铁水罐中，注入量约100t，再注入低S低As铁水30～40t，使铁水S含量降至0.04～0.07％，As含量降至0.03～0.075％，铁水温度要求≥1320℃；将重量百分比含量为P≥0.15％、S：0.05～0.08％、As：0.035～0.1％；
(2)在KR脱硫站对铁水进行预处理，根据进站前铁水S、As含量分2～3批加入以CaO、CaF2为主的脱硫脱砷剂，停顿间隔时间10～15S，加入量按每加入80kg脱硫脱砷剂降低S含量0.002％、As含量0.001％计算，使S含量降到0.015％以下，As含量降到0.05％以下，并扒除高S高As渣；所述脱硫脱砷剂中CaO：CaF2的质量比为12：1，残余SiO2含量≤5％；随着As含量的降低，脱As难度会增大，因此降到0.03～0.05％即可；
(3)转炉留渣冶炼，加入约35t低As废钢，兑入经过预处理的铁水，铁水兑入转炉前温度≥1250℃，此时As含量可降低10～20％；点火50～60s后加入第一批活性石灰12～15kg/t，同时加入轻烧白云石10～15kg/t化渣，吹炼150s后加入第二批活性石灰6～9kg/t，并实行恒压变枪操作，加入10～20kg/t矿石降温，吹炼300-360S后提枪倒炉，倒出富P炉渣60～80％；
(4)转炉倒渣后，再次下枪吹炼并分两次加入6～9kg/t活性石灰，吹炼过程中加入萤石以及其他渣料化渣，吹炼终点前2分钟完成所有渣料的加入，转炉终点C0.06～0.10％，终点P≤0.013％，终点渣二元碱度2.5～3.5；脱磷剂配比为活性石灰：轻烧白云石＝3：1；
(5)出钢过程中加入硅锰、锰铁及其它合金进行合金化，加入300kg钢芯铝脱氧，并采用滑板挡渣出钢，出钢后钢水罐内渣厚≤100mm，出钢时间≥4min，出钢温度1620～1660℃；
(6)进Ar站吹Ar，喂铝线脱氧，同时P≤0.015％，S≤0.015％，As≤0.042％；
(7)钢包入LF炉吹Ar、加热，送电3～5min后，视渣况分2～3批加入适量活性石灰和萤石造渣，造渣剂配比为活性石灰：萤石＝5：1，造渣剂总加入量为10～14kg/t，要求大渣量，并强搅拌45s左右降As去S；萤石根据加入石灰化渣后的渣况适当加入，调整渣的流动性；同时在化渣过程中分批加入铝粒、电石、硅钙粉等脱氧剂进行扩散脱氧，钢水游离氧含量≤5ppm，尽快造还原性白渣，白渣保持时间≥18min；脱氧剂配比为铝粒：电石：钙铁＝3：3：1，脱氧剂总加入量为1.0～2.0kg/t；炉渣成分控制目标为R：3.0～6.0、Al2O3：25％～35％、FeO+MnO≤1.5％；加入合金调整成分至目标范围，Als含量控制为0.025～0.040％，同时有害元素控制为P≤0.022％，S≤0.008％，As≤0.03％；升温化渣后喂Al线400～500m，冶炼中期根据钢中实际Als含量增补Al线；
(8)浇铸过程中要求采用电磁搅拌和轻压下、恒拉速、低过热度(过热度10～25℃)浇铸，电磁搅拌强度300～450A，减轻P、S、As等有害元素的聚集与偏析；板坯切割后要求堆垛缓冷72小时以上，达到改善偏析和扩散脱气的目的；中包有害元素P≤0.025％，S≤0.010％，As≤0.03％；
(9)轧钢时铸坯加热速率10～12min/cm，均热时间≥40min，出炉温度1180±20℃，促进P、S、As等有害元素的扩散与弥散分布，同时通过大压下及控温轧制，消除P、S、As等有害元素对钢板性能的影响。
本发明工艺原理说明如下：
(1)P是钢中有害元素，磷可以改善钢水的流动性，并明显加大固、液两相区，使钢水在凝固过程中产生严重的一次偏析，使固态下易偏析的γ固溶体区变窄。磷在钢的凝固过程中偏析于晶粒之间，形成高磷脆性层，降低钢的塑性和韧性，使钢易于产生脆性裂纹，低温下尤其明显。而具体到综合性能中，磷还降低钢的焊接性能，同时易引发氢致裂纹和盈利腐蚀裂纹。在转炉冶炼前期的低温、高碱度、高氧化铁、大渣量条件下有利于P的去除，而高富P渣的倒出及二次造渣脱P，也为P含量的进一步降低创造动力学条件，并减少钢水后期冶炼回P。船板钢P含量要求控制在0.025％以下。
(2)S是钢中有害元素，在钢的凝固过程中易产生热裂，也易出现偏析。轧制钢板后也会因为硫化物的偏析而降低钢的伸长率及冲击性能。铁水预处理时高效脱硫剂的使用及搅拌扒渣处理可以大幅度降低S含量。转炉冶炼后期的高温、高碱度、大渣量条件可以适度降低钢水中的S含量。LF炉精炼通过加热与造还原性白渣来满足脱硫的条件。
(3)As在钢水冶炼过程中很难去除，以夹杂物的形式存在于钢中，特别是钢中As含量过高会引起钢板热加工表面裂纹、增加钢的脆性、降低钢材的冲击性能和塑性等，从而使钢板性能受到影响，产品质量下降。As的活性度小于氧，在As的去除过程中必须减少钢中氧浓度，降低钢中的氧化性，才能有利于钢水中脱As反应的进行，因此只能在铁水预处理过程以及脱氧充分的LF精炼过程进行脱As，而且是LF精炼过程中必须始终保持一定量的Als含量，降低钢水游离氧含量，以保证渣的还原性和钢水脱氧充分。在铁水预处理前在高As铁水中混合一定量的低As铁水，以及冶炼过程中加入低As废钢，均能极大地促进钢水As含量的下降，同时降低脱As难度与成本。As含量控制在0.030％以下对低温船板钢性能影响较小。
本发明的有益效果在于：
(1)本方案可实现以低成本的高P高S高As的铁水生产合格的低温船板钢，实现船板钢的低成本制造。
(2)本方案所属技术在提高炼钢环节技术水平的同时，也为其它品种钢的研发生产提供坚实冶金过程和效果保障。
具体实施方式
为了更好地解释本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行进一步的说明，下述实施例仅仅是示例性的说明本发明的技术方案，并不以任何形式限制本发明。
下表1是本发明各实施例钢及对比例的铁水混合时的工艺参数取值列表(wt％)；
下表2是本发明各实施例及对比例的KR铁水预处理时的工艺参数取值列表；
下表3是本发明各实施例及对比例转炉冶炼时的工艺参数取值列表(wt％)；
下表4是本发明各实施例及对比例LF精炼炉精炼时的工艺参数取值列表；
下表5是本发明各实施例及对比例连铸工艺时的工艺参数取值列表；
下表6是本发明各实施例及对比例制得的成品钢板的主要力学性能测试结果列表。
本发明各实施例的一种采用高磷高砷高硫铁水生产船板的制备方法，包括下述步骤：
(1)将高P高S高As铁水注入铁水罐中，注入量约100t，再注入低S低As铁水30～40t，使铁水S含量降至0.04～0.07％，As含量降至0.03～0.075％，铁水温度要求≥1320℃；将重量百分比含量为P≥0.15％、S：0.05～0.08％、As：0.035～0.1％；
(2)在KR脱硫站对铁水进行预处理，根据进站前铁水S、As含量分2～3批加入以CaO、CaF2为主的脱硫脱砷剂，停顿间隔时间10～15S，加入量按每加入80kg脱硫脱砷剂降低S含量0.002％、As含量0.001％计算，使S含量降到0.015％以下，As含量降到0.05％以下，并扒除高S高As渣；所述脱硫脱砷剂中CaO：CaF2的质量比为12：1，残余SiO2含量≤5％；随着As含量的降低，脱As难度会增大，因此降到0.03～0.05％即可；
(3)转炉留渣冶炼，加入约35t低As废钢，兑入经过预处理的铁水，铁水兑入转炉前温度≥1250℃，此时As含量可降低10～20％；点火50～60s后加入第一批活性石灰12～15kg/t，同时加入轻烧白云石10～15kg/t化渣，吹炼150s后加入第二批活性石灰6～9kg/t，并实行恒压变枪操作，加入10～20kg/t矿石降温，吹炼300-360S后提枪倒炉，倒出富P炉渣60～80％；
(4)转炉倒渣后，再次下枪吹炼并分两次加入6～9kg/t活性石灰，吹炼过程中加入萤石以及其他渣料化渣，吹炼终点前2分钟完成所有渣料的加入，转炉终点C0.06～0.10％，终点P≤0.013％，终点渣二元碱度2.5～3.5；脱磷剂配比为活性石灰：轻烧白云石＝3：1；
(5)出钢过程中加入硅锰、锰铁及其它合金进行合金化，加入300kg钢芯铝脱氧，并采用滑板挡渣出钢，出钢后钢水罐内渣厚≤100mm，出钢时间≥4min，出钢温度1620～1660℃；
(6)进Ar站吹Ar，喂铝线脱氧，同时P≤0.015％，S≤0.015％，As≤0.042％；
(7)钢包入LF炉吹Ar、加热，送电3～5min后，视渣况分2～3批加入适量活性石灰和萤石造渣，造渣剂配比为活性石灰：萤石＝5：1，造渣剂总加入量为10～14kg/t，要求大渣量，并强搅拌45s左右降As去S；萤石根据加入石灰化渣后的渣况适当加入，调整渣的流动性；同时在化渣过程中分批加入铝粒、电石、硅钙粉等脱氧剂进行扩散脱氧，钢水游离氧含量≤5ppm，尽快造还原性白渣，白渣保持时间≥18min；脱氧剂配比为铝粒：电石：钙铁＝3：3：1，脱氧剂总加入量为1.0～2.0kg/t；炉渣成分控制目标为R：3.0～6.0、Al2O3：25％～35％、FeO+MnO≤1.5％；加入合金调整成分至目标范围，Als含量控制为0.025～0.040％，同时有害元素控制为P≤0.022％，S≤0.008％，As≤0.03％；升温化渣后喂Al线400～500m，冶炼中期根据钢中实际Als含量增补Al线；
(8)浇铸过程中要求采用电磁搅拌和轻压下、恒拉速、低过热度(过热度10～25℃)浇铸，电磁搅拌强度300～450A，减轻P、S、As等有害元素的聚集与偏析；板坯切割后要求堆垛缓冷72小时以上，达到改善偏析和扩散脱气的目的；中包有害元素P≤0.025％，S≤0.010％，As≤0.03％；
(9)轧钢时铸坯加热速率10～12min/cm，均热时间≥40min，出炉温度1180±20℃，促进P、S、As等有害元素的扩散与弥散分布，同时通过大压下及控温轧制，消除P、S、As等有害元素对钢板性能的影响。
本发明的对比例以常规的脱P和脱S工艺进行生产，采用的脱硫剂、脱磷剂、造渣剂均为普通石灰，辅以萤石化渣，脱氧剂为铝，转炉单渣脱磷。
表1铁水混合时的工艺参数(wt％)
Figure BDA0002628740260000071
(2)KR铁水预处理
Figure BDA0002628740260000072
(3)转炉吹炼(wt％)
Figure BDA0002628740260000081
(4)LF炉精炼
Figure BDA0002628740260000082
(5)连铸
Figure BDA0002628740260000083
(6)性能
Figure BDA0002628740260000084
从以上表中可以看出，按本发明生产工艺要求采用高P高S高As铁水生产的船板钢，有害元素P、S、As成分均有明显下降，且控制在不影响钢板性能的范围，钢板伸长率30％以上，-20℃冲击功在150J以上，具有较好的低温韧性。而未按本发明生产工艺要求时，对高P高S高As铁水而言，对比钢的有害元素的脱除效果不好，仍处于较高的水平，其钢板伸长率和-20℃冲击功均很低，钢板韧性较差。

Claims (4)

1.一种采用高磷高砷高硫铁水生产船板的制备方法，其特征在于包括下述步骤：
（1）将高P高S高As铁水注入铁水罐中，注入量约100t，再注入低S低As铁水30～40t，使铁水S含量降至0.04～0.07%，As含量降至0.03～0.075%，铁水温度要求≥1320℃；
（2）在KR脱硫站对铁水进行预处理，根据进站前铁水S、As含量分2～3批加入以CaO、CaF2为主的脱硫脱砷剂，停顿间隔时间10～15S，加入量按每加入80kg脱硫脱砷剂降低S含量0.002%、As含量0.001%计算，使S含量降到0.015%以下，As含量降到0.05%以下，并扒除高S高As渣；
（3）转炉留渣冶炼，加入约35t低As废钢，兑入经过预处理的铁水，铁水兑入转炉前温度≥1250℃，此时As含量降低10～20%；点火50～60s后加入第一批活性石灰12～15kg/t，同时加入轻烧白云石10～15kg/t化渣，吹炼150s后加入第二批活性石灰6～9kg/t，并实行恒压变枪操作，加入10～20kg/t矿石降温，吹炼300-360S后提枪倒炉，倒出富P炉渣60～80%；
（4）转炉倒渣后，再次下枪吹炼并分两次加入6～9kg/t活性石灰，吹炼过程中加入萤石以及其他渣料化渣，吹炼终点前2分钟完成所有渣料的加入，转炉终点C：0.06～0.10%，终点P≤0.013%，终点渣二元碱度2.5～3.5；脱磷剂配比为活性石灰：轻烧白云石=3：1；
（5）出钢过程中加入硅锰、锰铁及其它合金进行合金化，加入300kg钢芯铝脱氧，并采用滑板挡渣出钢，出钢后钢水罐内渣厚≤100mm，出钢时间≥4min，出钢温度1620～1660℃；
（6）进Ar站吹Ar，喂铝线脱氧，同时P≤0.015%，S≤0.015%，As≤0.042%；
（7）钢包入LF炉吹Ar、加热，送电3～5min后，视渣况分2～3批加入适量活性石灰和萤石造渣，造渣剂配比为活性石灰：萤石=5：1，造渣剂总加入量为10～14kg/t，要求大渣量，并强搅拌45s左右降As去S；萤石根据加入石灰化渣后的渣况适当加入，调整渣的流动性；同时在化渣过程中分批加入铝粒、电石、硅钙粉脱氧剂进行扩散脱氧，钢水游离氧含量≤5ppm，尽快造还原性白渣，白渣保持时间≥18min；脱氧剂配比为铝粒：电石：钙铁=3：3：1，脱氧剂总加入量为1.0～2.0kg/t；炉渣成分控制目标为R：3.0～6.0、Al2O3：25%～35%、FeO+MnO≤1.5%；加入合金调整成分至目标范围，Als含量控制为0.025～0.040%，同时有害元素控制为P≤0.022%，S≤0.008%，As≤0.03%；升温化渣后喂Al线400～500m，冶炼中期根据钢中实际Als含量增补Al线；
（8）浇铸过程中要求采用电磁搅拌和轻压下、恒拉速、低过热度浇铸，电磁搅拌强度300～450A，减轻P、S、As有害元素的聚集与偏析；板坯切割后要求堆垛缓冷72小时以上，达到改善偏析和扩散脱气的目的；中包有害元素P≤0.025%，S≤0.010%，As≤0.03%；
（9）轧钢时铸坯加热速率10～12min/cm，均热时间≥40min，出炉温度1180±20℃，促进P、S、As有害元素的扩散与弥散分布，同时通过大压下及控温轧制，消除P、S、As有害元素对钢板性能的影响。
2.根据权利要求1所述的一种采用高磷高砷高硫铁水生产船板的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述高P高S高As铁水中P、S、As的重量百分比含量为P≥0.15%、S：0.05～0.08%、As：0.035～0.1%；步骤（1）所述的低S低As铁水中S、As的重量百分比含量为S≤0.018%、As≤0.005%。
3.根据权利要求1所述的一种采用高磷高砷高硫铁水生产船板的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述脱硫脱砷剂中CaO：CaF2的质量比为12：1，残余SiO2含量≤5%；步骤（2）中随着As含量的降低，脱As难度会增大，As含量降至0.03～0.05%即停止加脱硫脱砷剂。
4.根据权利要求1所述的一种采用高磷高砷高硫铁水生产船板的制备方法，其特征在于：步骤（8）中低过热度浇铸时的过热度为10～25℃。
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