CN112126737A - 一种低硫合金钢水的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低硫合金钢水的生产方法，主要解决现有技术中低硫合金钢水生产成本高的技术问题。本发明的技术方案为：一种低硫合金钢水的生产方法，包括以下步骤：铁水预处理脱硫、转炉留渣冶炼，RH炉钢水处理。本发明方法实现了无LF炉工艺的低硫合金钢的生产，转炉终点温度较低，转炉炉衬侵蚀小，成品中硫重量百分含量和磷重量百分含量可分别稳定控制在0.004％以下和0.018％以下，生产成本可降低47元/吨钢以上。

Description

一种低硫合金钢水的生产方法

技术领域

本发明涉及一种钢水的生产方法，特别涉及一种低硫合金钢水的生产方法，具体而言，涉及的钢中w[S]为0.004％～0.006％、w[P]≤0.02％、w[Mn]为0.7％～1.2％、合金元素重量百分含量之和≤1.4％，属于钢的冶炼及连续铸造技术领域。

背景技术

生产钢水化学成分中w[S]为0.004％～0.006％、w[P]≤0.02％、w[Mn]为0.7％～1.2％、合金元素重量百分含量之和≤1.4％的低硫合金钢时，由于转炉终点钢水硫重量百分含量难以满足要求、转炉吹炼结束至连铸浇铸期间的钢水温度损失大，通常采用铁水预处理→转炉→LF炉→RH炉→连铸的工艺流程，随着电极价格快速上涨，LF炉处理成本显著增加。

由于钢水在LF炉升温、脱硫，增加了生产周期，不利于生产节奏加快，同时渣中SiO₂被还原，造成钢水中硅重量百分含量增加，对于成品硅上限重量百分含量较低的钢种易导致成分超标。

申请公布号为CN106566908A的中国专利申请文件公开了一种转炉冶炼低硫钢的生产方法，采用KR脱硫、使用硫≤0.01％的优质废钢、“洗炉+留渣+双渣”转炉的冶炼工艺、控制终渣碱度3.5～4.0和终点温度1600～1640℃，实现了转炉终点硫重量百分含量≤0.005％，但该工艺不是针对低硫合金钢，满足不了RH单重精炼生产。

申请公布号为CN105803148A的中国专利申请文件公开了一种低硫钢的冶炼方法，采用转炉→KR→RH炉→连铸的工艺流程，解决了转炉钢水增硫的问题，实现了成品硫重量百分含量≤0.001％，但该工艺终点温度高(1690～1710℃)，影响炉衬安全，更为重要的是物流难以组织，不通过大规模技改钢水无法到达KR，也无法从KR到达RH炉。

申请公布号为CN107201421A的中国专利申请文件公开了一种超低硫钢水的生产方法，通过铁水脱硫装置的脱硫工艺和转炉的脱硫工艺的匹配，实现了转炉出钢钢水化学成分中w[S]≤0.004％，但该工艺不是针对低硫合金钢，未对整个工艺流程进行控制温度，且对铁水温度有较高要求。

申请公布号为CN104328245A的的中国专利申请文件公开了一种不经LF炉精炼生产S≤0.002％合金钢的方法，通过控制脱硫后铁水中硫重量百分含量≤0.001％、两次扒渣、转炉双渣冶炼、RH炉脱硫等，实现了不经LF炉精炼生产硫含量≤0.002％的合金钢，但该工艺采用两次扒渣和RH炉脱硫，生产成本高，且未给出钢水温度控制要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种低硫合金钢水的生产方法，主要解决现有技术中低硫合金钢水生产成本高的技术问题，实现低硫合金钢水冶炼，本发明所述的低硫合金钢中w[S]为0.004～0.006％、w[P]≤0.02％、w[Mn]为0.7～1.2％、合金元素重量百分含量之和≤1.4％。

本发明采用的技术方案是，一种低硫合金钢水的生产方法，包括以下步骤：

1)对铁水包内铁水进行预脱硫，采用镁基复合喷吹对铁水包内铁水进行脱硫预处理，镁粉喷吹结束后喷吹石灰粉，石灰粉加入重量0.48kg/吨铁～0.72kg/吨铁；石灰粉喷吹结束后，单独喷吹氮气进行后搅拌，控制氮气流量为0.1～0.5Nm³/min，后搅拌喷吹时间2～5min；氮气喷吹结束后，取样检测脱硫终点铁水中硫重量百分含量，扒除漂浮在铁水表面的铁水渣；检测到脱硫终点铁水中w[S]≤0.003％时，结束铁水预脱硫；

2)将铁水和废钢兑入转炉中，采用顶底复吹转炉冶炼钢水，投入金属主料的原料组成的重量百分比为，铁水为83～92％，废钢采用轻型废钢，轻型废钢中w[S]≤0.015％；

3)转炉冶炼过程控制，采用留渣冶炼工艺，留渣量为上炉渣量的70～100％，造渣辅料为冶金生石灰、轻烧白云石和铁矿石，冶金生石灰中w[S]≤0.03％，轻烧白云石中w[S]≤0.035％，铁矿石中w[S]≤0.02％；氧枪枪位依次为次低枪位→基准枪位→高枪位→低枪位，吹炼过程分为五个阶段，

第一阶段为吹炼开始至吹氧量为冶炼炉次总供氧量质量百分比的5～7％，氧枪枪位控制为次较低枪位，供氧强度为1.6～2.2Nm³/(t·min)，加入冶金生石灰总质量的35～50％以及轻烧白云石总质量的40～50％；

第二阶段为第一阶段结束至吹氧量为冶炼炉次总供氧量质量百分比的15～18％，氧枪枪位控制为基准枪位，供氧强度为3.0～3.3Nm³/(t·min)，加入冶金生石灰总质量的20～35％；

第三阶段为第二阶段结束至吹氧量为冶炼炉次总供氧量质量百分比的25～50％，氧枪枪位控制为基准枪位，供氧强度为3.4～3.6Nm³/(t·min)，加入冶金生石灰总质量的20～30％以及轻烧白云石总质量的20～30％；

第四阶段为第三阶段结束至吹氧量为冶炼炉次总供氧量质量百分比的90～97％，氧枪枪位控制为高枪位，供氧强度为3.4～3.6Nm³/(t·min)，加入铁矿石总质量的65～80％以及轻烧白云石总质量的20～30％；

第五阶段为第四阶段结束至吹炼结束，氧枪枪位控制为低枪位，供氧强度为3.4～3.6Nm³/(t·min)，加入铁矿石总质量的20～35％；

转炉氧枪基准枪位为H₀+H₀*(0.12～0.18)，H₀为转炉内钢水面高度，单位为cm；高枪位为基准枪位～(基准枪位+50)，单位为cm；次低枪位为(基准枪位-20)～(基准枪位-10)，单位为cm；低枪位为(基准枪位-30)～(基准枪位-20)，单位为cm；

4)转炉冶炼终点的控制，取样检测转炉吹炼终点钢水中w[C]和钢水温度，检测到转炉吹炼终点钢水中w[C]为0.03～0.045％、转炉吹炼终点钢水温度1660～1685℃时转炉吹炼结束，吹炼结束后进行转炉底吹氩气搅拌钢水，底吹氩气1～4min后出钢，底吹氩气强度为0.06～0.08Nm³/(t·min)，转炉冶炼终点炉渣的二元碱度为3.2～4.5，转炉冶炼终点炉渣中MgO质量百分含量为6.0～8.5％；

5)转炉出钢，出钢过程钢包底吹全程氩气，氩气强度为0.002～0.0047Nm³/(t·min)，当转炉出钢的钢水量达钢水总量的5～10％时，向钢包中加入冶金生石灰和钢包渣改性剂；当转炉出钢的钢水量达钢水总量的50～67％时，向钢包中同时加入铝铁合金和锰铁合金，控制钢水中w[Al]为0.020～0.035％,w[Mn]为成品钢中锰目标重量百分含量的45～55％，接着向钢包中加入钢包渣改性促进剂，钢包渣改性促进剂的加入量为0.5～0.8kg/t钢；

6)将钢包内钢水运至RH炉进行钢水处理，将钢水合金成分调整至目标成分，进入RH炉的钢水温度为1610～1640℃，RH炉处理终点钢水温度为1580～1610℃、RH炉处理终点钢水中w[Mn]为0.7～1.2％，合金元素重量百分含量之和≤1.4％，w[S]为0.004～0.006％。

进一步，本发明步骤5)中，所述冶金生石灰的加入量为1.3～1.6kg/t钢，冶金生石灰化学成分的重量百分比为CaO90～98％，SiO₂2～5％，S≤0.03％，烧损和其它成分之和≤5％。

步骤5)中，所述钢包渣改性剂的加入量为0.5～0.9kg/t钢，钢包渣改性剂化学成分的重量百分比为：CaO60％～72％，Al₂O₃6％～13％，CaF₂6％～10％，Al3.5％～7％，MgO2～8％。

铝铁合金化学成分的重量百分比为：Al55～60％，Mn10～15％，Ca2～5％，Si≤0.4％，S≤0.04％。

中碳锰铁化学成分的重量百分比为：Mn75～82％，Si≤2.5％，C≤2％，P≤0.4％，S≤0.04％。

钢包渣改性促进剂化学成分的重量百分比为：CaO23～30％，Al₂O₃22～30％，Al24～30％，MgO3～8％，CaF₂2～6％。

本发明工艺控制参数确定的理由如下：

本发明从减少进入转炉的硫重量和提高钢水中硫的脱除能力两方面来实现硫的控制。

减少进入转炉的硫重量方面，在镁粉喷吹结束后提高了石灰粉喷吹量，这可以增加铁水渣的二元碱度，提高铁水渣对脱硫产物的吸附能力，防止渣中硫重新返回至铁水中，从而避免脱硫结束后铁水中硫重量百分含量增加，又可以降低脱硫产物在铁水渣中的重量百分含量，扒渣结束后在铁水表面渣量相同的情况下，减少了铁水渣中硫的重量；在石灰粉喷吹结束后，增加了向铁水中单独喷吹氮气进行弱搅拌的环节，在氮气泡上浮过程中，可以带走铁水中部分的脱硫产物，使其进入较高碱度的铁水渣中，降低脱硫产物在铁水中的残留量；确定了合理的脱硫终点硫含量，在成本没有大幅增加的情况下，减少了铁水中的硫重量和铁水表面高硫铁水渣的残留。上述技术方案减轻了转炉脱硫负担，实现了转炉终点钢水硫重量百分含量≤0.005％。

提高钢水中硫的脱除能力方面，通过增加转炉出钢过程中钢水铝重量百分含量和优化钢包渣改性，大幅降低了钢水及渣中的氧含量，出钢过程中，钢渣与钢水充分混合搅拌，促进了(CaO)+[S]＝(CaS)+[O]脱硫反应的进行，钢水硫重量百分含量进一步降低，从而稳定实现了出钢结束后钢包内钢水硫重量百分含量≤0.004％。

本发明转炉采用大留渣量冶炼工艺，吹炼开始后上炉留下的终点渣可快速形成初期渣，在较低枪位操作的作用下，一方面加快了氧化反应速度，实现快速升温，另一方面加强了熔池搅拌，加入的生石灰和轻烧白云石与初期渣充分混合，从而快速熔化，形成较高碱度炉渣，为脱磷提供较好的热力学条件；同时将轻烧白云石分三批在吹炼初期、吹炼中期、吹炼后期加入，使渣中MgO重量百分含量逐步提高，与渣中MgO饱和溶度的变化相符，解决了吹炼前期因渣中MgO过饱和度过高所导致的炉渣流动性不足、脱磷动力学条件差的问题，从而促进了脱磷反应进行，提高脱磷率；在转炉最后一个吹炼阶段，碳氧反应减弱，加入铁矿石，可进一步提高渣氧化性，促进脱磷反应；吹炼结束后，熔池中氧势较高，此时采用较大流量的转炉底吹氩搅拌，可以促进渣金反应进行，进一步降低钢水中磷重量百分含量。上述技术方案解决了低石灰消耗、较高出钢温度条件下的脱磷难题，为转炉底吹氩气1～4min后出钢奠定了基础，实现了成品中磷重量百分含量≤0.018％。

本发明采用逐步增加氧气流量的方式，避免了大留渣量冶炼时，因转炉热量增加、成渣速度快、炉渣较为活跃、碳氧反应过于激烈而导致的喷溅，保证了转炉吹炼过程平稳。

本发明通过控制合金加入时机，合理分配合金在转炉和RH炉两个工序的加入量，解决了大合金量熔化问题，实现了钢水中合金成分的稳定控制。

本发明相比现有技术具有如下积极效果：1、本发明方法实现了铁水预处理→转炉→RH炉→连铸工艺流程下低硫合金钢的生产，成品钢中硫重量百分含量和磷重量百分含量可分别稳定控制在0.004％以下和0.018％以下。2、本发明方法转炉终点温度相对较低，减轻了对转炉炉衬的侵蚀，同时取消了LF炉工序，可降低生产成本47元/吨钢以上。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

本发明实施例1-4中，转炉为250t顶底复吹转炉，生产的低硫合金钢牌号为SAPH440，技术方案包括：铁水预处理；转炉冶炼；在精炼炉对钢水进行处理。工艺控制参数如表1-6所示。

表1本发明实施例金属料配比及铁水脱硫参数

表2本发明实施例转炉供氧参数

表2本发明实施例转炉供氧参数

表3本发明实施例转炉造渣及底吹参数

表4本发明实施例转炉出钢辅料及合金、钢包参数

表5本发明实施例转炉冶炼终点指标

表6本发明实施例RH炉钢水处理控制参数

本发明实施例1～4，转炉出钢钢水化学成分中转炉出钢钢水化学成分中w[S]分别为0.0028％、0.0033％、0.0037％和0.0031％；转炉钢水炼成率为100％，转炉出钢钢水化学成分中w[S]≤0.0040％，满足了低硫钢成分控制要求，满足了低硫钢中硫的控制要求，取消了LF炉脱硫升温工序，降低低硫合金钢的生产成本47元/吨钢以上。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种低硫合金钢水的生产方法，其特征是，包括以下步骤：

1)对铁水包内铁水进行预脱硫，采用镁基复合喷吹对铁水包内铁水进行脱硫预处理，镁粉喷吹结束后喷吹石灰粉，石灰粉加入重量0.48～0.72kg/吨铁；石灰粉喷吹结束后，单独喷吹氮气进行后搅拌，控制氮气流量为0.1～0.5Nm³/min，后搅拌喷吹时间2～5min；氮气喷吹结束后，取样检测脱硫终点铁水中硫重量百分含量，扒除漂浮在铁水表面的铁水渣；检测到脱硫终点铁水中w[S]≤0.003％时，结束铁水预脱硫；

2)将铁水和废钢兑入转炉中，采用顶底复吹转炉冶炼钢水，投入金属主料的原料组成的重量百分比为，铁水为83～92％，废钢采用轻型废钢，轻型废钢中w[S]≤0.015％；

3)转炉冶炼过程控制，采用留渣冶炼工艺，留渣量为上炉渣量的70～100％，造渣辅料为冶金生石灰、轻烧白云石和铁矿石，冶金生石灰中w[S]≤0.03％，轻烧白云石中w[S]≤0.035％，铁矿石中w[S]≤0.02％；氧枪枪位依次为较低枪位→基准枪位→高枪位→低枪位，氧枪基准枪位为H₀+H₀*(0.12～0.18)，H₀为转炉内钢水面高度，单位为cm；高枪位为基准枪位～(基准枪位+50)，单位为cm；较低枪位为(基准枪位-20)～(基准枪位-10)，单位为cm；低枪位为(基准枪位-30)～(基准枪位-20)，单位为cm；吹炼过程分为五个阶段，

第一阶段为吹炼开始至吹氧量为冶炼炉次总供氧量质量百分比的5～7％，氧枪枪位控制为较低枪位，供氧强度为1.6～2.2Nm³/(t·min)，加入冶金生石灰总质量的35～50％以及轻烧白云石总质量的40～50％；

第二阶段为第一阶段结束至吹氧量为冶炼炉次总供氧量质量百分比的15～18％，氧枪枪位控制为基准枪位，供氧强度为3.0～3.3Nm³/(t·min)，加入冶金生石灰总质量的20～35％；

第三阶段为第二阶段结束至吹氧量为冶炼炉次总供氧量质量百分比的25～50％，氧枪枪位控制为基准枪位，供氧强度为3.4～3.6Nm³/(t·min)，加入冶金生石灰总质量的20～30％以及轻烧白云石总质量的20～30％；

第四阶段为第三阶段结束至吹氧量为冶炼炉次总供氧量质量百分比的90～97％，氧枪枪位控制为高枪位，供氧强度为3.4～3.6Nm³/(t·min)，加入铁矿石总质量的65～80％以及轻烧白云石总质量的20～30％；

第五阶段为第四阶段结束至吹炼结束，氧枪枪位控制为较低枪位，供氧强度为3.4～3.6Nm³/(t·min)，加入铁矿石总质量的20～35％；

4)转炉冶炼终点的控制，取样检测转炉吹炼终点钢水中w[C]和钢水温度，检测到转炉吹炼终点钢水中w[C]为0.03～0.045％、转炉吹炼终点钢水温度1660～1685℃时转炉吹炼结束，吹炼结束后进行转炉底吹氩气搅拌钢水，底吹氩气1～4min后出钢，底吹氩气强度为0.06～0.08Nm³/(t·min)，转炉冶炼终点炉渣的二元碱度为3.2～4.5，转炉冶炼终点炉渣中MgO质量百分含量为6.0～8.5％；

5)转炉出钢，出钢过程钢包底吹全程氩气，氩气强度为0.002～0.0047Nm³/(t·min)，当转炉出钢的钢水量达钢水总量的5～10％时，向钢包中加入冶金生石灰和钢包渣改性剂；当转炉出钢的钢水量达钢水总量的50～67％时，向钢包中同时加入铝铁合金和锰铁合金，控制钢水中w[Al]为0.020～0.035％,w[Mn]为成品钢中锰目标重量百分含量的45～55％，接着向钢包中加入钢包渣改性促进剂，钢包渣改性促进剂的加入量为0.5～0.8kg/t钢；

6)将钢包内钢水运至RH炉进行钢水处理，将钢水合金成分调整至目标成分，进入RH炉的钢水温度为1610～1640℃，RH炉处理终点钢水温度为1580～1610℃、RH炉处理终点钢水中w[Mn]为0.7～1.2％，合金元素重量百分含量之和≤1.4％，w[S]为0.004～0.006％。

2.如权利要求1所述的一种低硫合金钢水的生产方法，其特征是，步骤5)中，所述冶金生石灰的加入量为1.3～1.6kg/t钢，冶金生石灰化学成分的重量百分比为CaO 90～98％，SiO₂ 2～5％，S≤0.03％，烧损和其它成分之和≤5％。

3.如权利要求1所述的一种低硫合金钢水的生产方法，其特征是，步骤5)中，所述钢包渣改性剂的加入量为0.5～0.9kg/t钢，钢包渣改性剂化学成分的重量百分比为：CaO 60～72％，Al₂O₃6～13％，CaF₂ 6～10％，Al 3.5～7％，MgO 2～8％。

4.如权利要求1所述的一种低硫合金钢水的生产方法，其特征是，步骤5)中，钢包渣改性促进剂化学成分的重量百分比为：CaO 23～30％，Al₂O₃ 22～30％，Al 24～30％，MgO 3～8％，CaF₂2～6％。

5.如权利要求1所述的一种低硫合金钢水的生产方法，其特征是，步骤5)中，铝铁合金化学成分的重量百分比为：Al 55～60％，Mn 10～15％，Ca 2～5％，Si≤0.4％，S≤0.04％。

6.如权利要求1所述的一种低硫合金钢水的生产方法，其特征是，步骤5)中，中碳锰铁化学成分的重量百分比为：Mn 75～82％，Si≤2.5％，C≤2％，P≤0.4％，S≤0.04％。