CN111996336B - 一种高效、低成本冶炼低硫钢的精炼方法 - Google Patents

一种高效、低成本冶炼低硫钢的精炼方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高效、低成本冶炼低硫钢的精炼方法,属于冶炼低硫钢的技术领域。低硫钢的脱硫过程主要在钢包精中,利用研发的新型含锰脱硫合成渣进行钢包精炼可以达到高效脱硫、锰矿直接合金化等目的。具体的工艺方法为:在电炉或转炉出钢过程中在精炼钢包的底部预加入脱硫合成渣,精炼过程开始后,升温加热加铝脱氧,然后加入剩余脱合成渣和SiC颗粒,最后加入锰合金微调合计成分。本精炼方法缩短了精炼时间3~5min钟,钢水终点硫含量[s]≤30ppm,节省了10~40%的硅锰合金料,是一种高效、低成本的低硫钢生产方法。

Description

一种高效、低成本冶炼低硫钢的精炼方法
技术领域
本发明涉及一种高效、低成本冶炼低硫钢的精炼方法,属于冶炼低硫钢的技术领域。
背景技术
低硫钢因其良好的加工、力学和抗腐蚀性能,广泛的应用于油气管线、海洋工业和压力容器等领域。硫≤50ppm、锰0.03~0.06%的无缝钢管抗H2S腐蚀钢是典型的低硫钢种。低硫钢对钢中的硫元素控制严格,同时锰作为钢中不可缺少的合金元素,冶炼中锰系合金的加入也是必须的。随着国家的产业升级,对低硫钢等特钢产品的需求与日俱增,因此开发一种高效、低成本的低硫钢精炼方法有意义重大。
目前抗H2S腐蚀钢的冶炼工艺路线为:EAF→LF→VD,其中主要的脱硫过程集中在LF炉工艺中。传统的冶炼过程为,出钢后在钢包表面加入精炼渣和石灰、然后就是脱氧、渣量补加和合金化等工艺过程。此工艺过程虽然能够满足低硫钢的生产要求,但是存在渣料熔化困难、精炼周期长和合金消耗大等问题。基于这些问题,本发明设计了一种新型脱硫合成渣,并配套相关冶炼工艺,实现了低硫钢种的高效、低成本精炼。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效、低成本冶炼低硫钢的精炼方法。本发明在大量节约硅锰合金的同时,实现在25min内得到[s]≤30ppm的产品。
本发明一种高效、低成本冶炼低硫钢的精炼方法,按1吨钢水配取40kg脱硫合成渣的比例配取脱硫合成渣;先将部分脱硫合成渣A加入到精炼钢包的底部并随钢包一起烘烤;然后将电炉钢水加入钢包中,进行精炼;精炼时,先进行脱氧合金化处理;然后再补入剩余的脱硫合成渣B继续进行精炼;最后经调质处理;得到产品;其中A与B的质量比为20~50:80~50;所述脱硫合成渣以质量百分比计,包括下述组分:
精炼渣60~80%,优选为65~75%、进一步优先为65~70%;
锰矿20~40%,,优选为20~30%、进一步优先为20~25%;
无烟煤0~5%,,优选为2~5%、进一步优先为3~5%;
石灰5~15%,优选为5~10%、进一步优先为7~10%。
作为更进一步的优选方案;所述脱硫合成渣以质量百分比计,由下述组分组成:精炼渣65%,锰矿25%无烟煤5%,石灰5%。
本发明一种高效、低成本冶炼低硫钢的精炼方法,A与B的质量比为2.5~3.5:6.5~7.5、进一步优先为3:7。
本发明一种高效、低成本冶炼低硫钢的精炼方法,整个精炼过程的温度控制在1600±30℃。
本发明一种高效、低成本冶炼低硫钢的精炼方法,向精炼钢包内加入部分脱硫合成渣A,并随钢包一起烘烤;电炉钢水加入钢包中,钢包进入精炼工位,钢包精炼炉开始升温精炼,底吹强度0.006Nm3/t·min,目标温度1600℃,加入铝和硅锰进行脱氧合金化,冶炼5min后加入脱硫合成渣B和SiC,底吹强度调整为0.010Nm3/t·min,冶炼15min后取钢样并测温;最后根据钢样的结果调整合金成分,最后再次加入硅锰合金,并将底吹强度调整为0.008Nm3/t·min,冶炼5min;得到[s]≤30ppm的产品。
本发明一种高效、低成本冶炼低硫钢的精炼方法,整个精炼工序耗时为25min。
本发明一种高效、低成本冶炼低硫钢的精炼方法,当采用50t LF精炼钢包冶炼低硫钢时;在电炉出钢前,向精炼钢包内加入600kg脱硫合成渣,并随钢包一起烘烤;电炉钢水加入钢包中,钢包进入精炼工位,LF开始升温精炼,底吹强度0.006Nm3/t·min,目标温度1600℃,加入40kg铝、100kg硅锰进行脱氧合金化,冶炼5min后加入脱硫合成渣1400kg、SiC100kg,底吹强度调整为0.01Nm3/t·min,冶炼15min后加入硅锰合金80kg,底吹强度调整为0.008Nm3/t·min,冶炼5min得到[s]≤30ppm的产品。
本发明使用新型含锰脱硫合成渣,配合加料、温度和底吹等工艺控制手段在精炼钢包内冶炼低硫钢;本方法缩短了精炼时间3~5min钟,钢水终点硫含量[s]≤30ppm,钢中锰元素达标,节省了10~40%的硅锰合金料,是一种高效、低成本的低硫钢生产方法。
锰矿或锰渣中TMn≥40%。(本发明中TMn≥40%是指锰矿中锰元素的总含量大于等于40wt%)
本发明一种高效、低成本冶炼低硫钢的精炼方法,各组成原料的配比为精炼渣60~80%,锰矿20~40%,无烟煤5~10%,石灰10~20%,原料经过破碎、磨粉和干燥后,压制成球团、方块等无定型状。
本发明一种高效、低成本冶炼低硫钢的精炼方法,脱硫合成渣合金化后,钢包精炼末期,取样检测钢中锰元素成分,适量补加硅锰合金。
本发明一种高效、低成本冶炼低硫钢的精炼方法,同样适用于其他低硫钢的钢包精炼。
本发明的提供一种高效、低成本冶炼低硫钢的精炼方法。即开发一种新型含锰脱硫合成渣,配合工艺操作来实现低硫钢的高效、低成本冶炼。脱硫合成渣的分两批次加入,一是在精炼钢包的底部加入20~50%的脱硫合成渣,剩余脱硫合成精炼脱氧后全部加入。精炼的过程开始后,升温加热至1600℃,同时加入铝粒和硅锰合金进行脱氧合金化,此时冶炼前期底吹控制在0.006Nm3/t·min;然后加入剩余合成渣料和少量SiC颗粒,精炼进入中期底吹控制在0.01Nm3/t·min;最后加入硅锰合金进行成分微调,精炼后期底吹控制在0.008Nm3/t·min。本方法本精炼方法缩短了精炼时间3~5min钟,钢水终点硫含量[s]≤30ppm钢中锰元素达标,节省了10~40%的硅锰合金料,是一种高效、低成本的低硫钢生产方法。在精炼前期中,主要任务是钢水脱氧和快速化渣,精炼中期为脱硫和锰矿合金化过程,精炼的后期着重于成分和温度的调整。
原理及优势
发明原理:
高效原理:钢包中的脱硫效率主要取决钢渣液面的脱硫反应,本发明有以下几点可以保证快速化渣和钢渣反应:1.脱硫渣预铺钢包底部,钢水倒入后,有助于渣料熔化和脱硫;2.新型脱硫剂中含有适量的锰矿或锰渣,锰矿或锰渣的主要成分为低熔点锰氧化物,整个脱硫渣的熔点明显低于普通精炼渣;3.温度和底吹工艺的配合。
低成本原理:利用锰矿或锰渣进行直接合金化,可以部分替代硅锰合金的使用,锰矿价格非常低廉,同时脱硫合成渣中还配加了无烟煤作为还原剂促进氧化锰在的还原,后期还有锰元素的检测和合金的补加。
本发明钢包中的脱硫效率主要取决钢渣液面的脱硫反应,本脱硫渣熔点低化渣快,渣钢界面的动力学条件好,同时配合适当的工艺参数和工艺流程使渣钢界面的反应达到快速充分完成的目的。
本发明的优势:
1.新型脱硫合成渣熔点低,化渣成渣快,可以改善渣钢间反应动力学条件,缩短冶炼时间、提高脱硫效率、节省冶炼的电耗。
2.新型脱硫合成渣可以进行锰矿直接合金化,减少了锰系合金的消耗,节约了精炼成本。
具体实施方式
在50t LF精炼钢包中对低硫钢的精炼方法进行实践。设计的低硫钢的成分为:C0.020-0.40%;Mn 0.30~0.60%;Si 0.10-0.30%;P≤0.020%,S≤0.0050%。脱硫合成渣、铝、SiC、锰系合金等对低硫钢进行冶炼,其中脱硫合成渣中精炼渣的成分如表1所示。
表1新型脱硫合成渣中精炼渣的成分/%
CaO SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> MnO FeO
30.29 9.84 56.52 1.34 2.01
实施例1
该实施例中,脱硫合成渣的组成为:精炼渣65%,锰矿25%无烟煤5%,石灰5%。
该实施针对50t LF精炼钢包冶炼低硫钢的方法。在电炉出钢前,向精炼钢包内加入600kg脱硫合成渣,并随钢包一起烘烤;电炉出钢时取钢样1并测温,电炉钢水加入钢包中,钢包进入精炼工位,开始精炼前取钢样2并测温;LF开始升温精炼,底吹强度0.006Nm3/t·min,目标温度1600℃,加入40kg铝、100kg硅锰进行脱氧合金化,冶炼5min后取钢样3并测温;然后加入脱硫合成渣1400kg、SiC100kg,底吹强度0调整为0.010Nm3/t·min,冶炼15min后取钢样4并测温;最后根据钢样4的结果调整合金成分,加入硅锰合金80kg,底吹强度调整为0.008Nm3/t·min,冶炼5min后取样5并测温。整个精炼工序耗时25min,节省硅锰合金80kg,具体的测温取样结果见表2。
表2测温取样结果/%
样号 温度/℃ C Mn Si P S
1 1636 0.22 0.18 0.09 0.008 0.0266
2 1571 0.21 0.20 0.08 0.013 0.0242
3 1604 0.24 0.36 0.18 0.014 0.0153
4 1605 0.28 0.47 0.22 0.016 0.0026
5 1600 0.27 0.49 0.23 0.016 0.0028
实施例2
该实施例中,脱硫合成渣的组成为:精炼渣65%,锰矿25%无烟煤5%,石灰5%。
该实施针对50t LF精炼钢包冶炼低硫钢的方法。在电炉出钢前,向精炼钢包内加入800kg脱硫合成渣,并随钢包一起烘烤;电炉出钢时取钢样1并测温,电炉钢水加入钢包中,钢包进入精炼工位,开始精炼前取钢样2并测温;LF开始升温精炼,底吹强度0.006Nm3/t·min,目标温度1600℃,加入40kg铝、100kg硅锰进行脱氧合金化,冶炼5min后取钢样3并测温;然后加入脱硫合成渣1200kg、SiC100kg,底吹强度调整为0.010Nm3/t·min,冶炼16min后取钢样4并测温,最后根据钢样4的结果调整合金成分,加入硅锰合金80kg,底吹强度调整为0.008Nm3/t·min,冶炼5min后取样5并测温。整个精炼工序耗时26min,节省硅锰合金80kg,具体的测温取样结果见表3。
表3测温取样结果/%
样号 温度/℃ C Mn Si P S
1 1630 0.19 0.17 0.07 0.010 0.0281
2 1560 0.23 0.18 0.08 0.011 0.0273
3 1610 0.24 0.35 0.14 0.015 0.0145
4 1611 0.29 0.43 0.24 0.014 0.0027
5 1605 0.27 0.42 0.23 0.015 0.0030
实施例3
该实施例中,脱硫合成渣的组成为:精炼渣65%,锰矿25%无烟煤5%,石灰5%。
该实施针对50t LF精炼钢包冶炼低硫钢的方法。在电炉出钢前,向精炼钢包内加入1000kg脱硫合成渣,并随钢包一起烘烤;电炉出钢时取钢样1并测温,电炉钢水加入钢包中,钢包进入精炼工位,开始精炼前取钢样2并测温;LF开始升温精炼,底吹强度0.006Nm3/t·min,目标温度1600℃,加入40kg铝、100kg硅锰进行脱氧合金化,冶炼5min后取钢样3并测温;然后加入脱硫合成渣1200kg、SiC100kg,底吹强度调整为0.010Nm3/t·min,冶炼17min后取钢样4并测温,最后根据钢样4的结果调整合金成分,加入硅锰合金80kg,底吹强度调整为0.008Nm3/t·min,冶炼5min后取样5并测温。整个精炼工序耗时27min,节省硅锰合金80kg,具体的测温取样结果见表4。
表4测温取样结果/%
样号 温度/℃ C Mn Si P S
1 1635 0.20 0.14 0.09 0.009 0.0268
2 1551 0.26 0.20 0.11 0.015 0.0183
3 1601 0.27 0.37 0.18 0.017 0.0175
4 1616 0.31 0.48 0.23 0.018 0.0032
5 1617 0.27 0.47 0.25 0.017 0.0033
对比例1
该实施针对50t LF炉传统冶炼低硫钢的方法。在电炉出钢后取钢样1并测温;钢水倒入钢包后加入精炼渣1000kg、石灰200kg覆盖在钢液表面;LF进站后升温加热到1600℃,整个精炼期间底吹强度均为0.008Nm3/t·min,冶炼5min后取钢样2并测温;然后加入25kg铝、150kg硅锰进行脱氧合金化,冶炼10min后,取钢样3并测温;再后加入再后加入精炼渣600kg、15kg铝、90kg硅锰,冶炼10min后取钢样4并测温;最后精炼渣400kg、电石100kg、10kg铝、60kg硅锰,冶炼5min后取钢样5并测温,LF钢包精炼完成,具体测温取样结果见表5。
表5测温取样结果/%
样号 温度/℃ C Mn Si P S
1 1627 0.27 0.16 0.08 0.009 0.0284
2 1580 0.21 0.14 0.11 0.012 0.0201
3 1612 0.22 0.35 0.17 0.011 0.0087
4 1623 0.21 0.46 0.18 0.010 0.0043
5 1616 0.26 0.49 0.19 0.014 0.0044

Claims (6)

1.一种高效、低成本冶炼低硫钢的精炼方法,其特征在于:按1吨钢水配取40kg脱硫合成渣的比例配取脱硫合成渣;向精炼钢包内加入部分脱硫合成渣A,并随钢包一起烘烤;电炉钢水加入钢包中,钢包进入精炼工位,钢包精炼炉开始升温精炼,底吹强度0.006 Nm3/t·min,目标温度1600℃,加入铝和硅锰进行脱氧合金化,冶炼5min后加入脱硫合成渣B和SiC,底吹强度调整为0.010 Nm3/t·min,冶炼15min后取钢样并测温;最后根据钢样的结果调整合金成分,最后再次加入硅锰合金,并将底吹强度调整为0.008 Nm3/t·min,冶炼5min;得到[s]≤30ppm的产品;
其中A与B的质量比为2.5~3.5:6.5~7.5;所述脱硫合成渣以质量百分比计,包括下述组分:
精炼渣65~75%;
锰矿20~30%;
无烟煤2~5%;
石灰5~10%;
所述精炼渣以质量百分比计由下述组分组成:CaO 30.29%、SiO2 9.84%、Al2O3 56.52%、MnO1.34%、FeO 2.01%。
2.根据权利要求1所述的一种高效、低成本冶炼低硫钢的精炼方法,其特征在于:A与B的质量比为3:7。
3.根据权利要求1所述的一种高效、低成本冶炼低硫钢的精炼方法,其特征在于:整个精炼过程的温度控制在1600±30℃。
4.根据权利要求1所述的一种高效、低成本冶炼低硫钢的精炼方法,其特征在于:所述脱硫合成渣以质量百分比计,包括下述组分:
精炼渣65~70%;
锰矿20~25%;
无烟煤3~5%;
石灰7~10%。
5.根据权利要求4所述的一种高效、低成本冶炼低硫钢的精炼方法,其特征在于:所述脱硫合成渣以质量百分比计,由下述组分组成:精炼渣65%,锰矿25% 无烟煤5%,石灰5%。
6.根据权利要求1所述的一种高效、低成本冶炼低硫钢的精炼方法,其特征在于:当采用50t LF精炼钢包冶炼低硫钢时;在电炉出钢前,向精炼钢包内加入600kg脱硫合成渣,并随钢包一起烘烤;电炉钢水加入钢包中,钢包进入精炼工位, LF开始升温精炼,底吹强度0.006 Nm3/t·min,目标温度1600℃,加入40kg铝、100kg硅锰进行脱氧合金化,冶炼5min后加入脱硫合成渣1400kg、SiC100kg,底吹强度调整为0.01Nm3/t·min,冶炼15min后加入硅锰合金80kg,底吹强度调整为0.008 Nm3/t·min,冶炼5min得到[s]≤30ppm的产品。
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