CN112322994A - 一种通过中厚板合金边角料生产低成本q355b中厚板的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于炼钢‑轧钢技术领域，具体涉及到一种通过中厚板合金边角料生产低成本Q355B中厚板的方法。具体涉及中厚板边角料经过简单分类后，选用钢厂自产的合金含量与Q355B成分相近钢板剪切废料，采用感应电炉熔化，不经转炉氧吹炼工序，保留废钢中大部分合金元素，减少大量合金加入，同时也大幅度减少脱氧剂、石灰等冶炼辅料的使用，生产低成本Q355B中厚板的方法。
Description
技术领域
本发明属于属于炼钢-轧钢技术领域，具体涉及到一种通过中厚板合金边角料生产低成本Q355B中厚板的方法。
背景技术
中厚板一般是四切交货，一般实际成材率只有90-94％，生产制造环节不可避免地产生6-10％比例的优质板边、板头等废钢。对于采用高炉-转炉流程生产的中大型中厚板钢铁制造企业，每年都产生几十万吨的优质边角料废钢；这些废钢一般只能进入转炉或者电弧炉回收利用，经过吹氧冶炼熔化后利用，这种废钢回收工艺仅仅回收废钢中的Fe元素，Si、Mn、Cr、Mo等合金元素一般烧损殆尽，这种废钢回收利用途径，存在较明显的合金资源浪费问题。
发明内容
本发明的目的提供一种通过中厚板合金边角料生产低成本Q355B中厚板的方法，通过将钢厂自产的合金含量与Q355B成分相近的钢板剪切废料，不经转炉氧吹炼工序，而是将钢厂自产的合金含量与Q355B成分相近钢板剪切废料为原料采用感应电炉达到减少合金氧化，最大限度将废钢中的合金作为资源化最大利用。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种通过中厚板合金边角料生产低成本Q355B中厚板的方法，包括以下步骤：收集合金边角料、感应电炉冶炼、LF炉精炼、VD真空炉精炼、连铸、加热、轧制、矫直、钢板堆冷、精整及质检入库，具体为：
1)收集合金边角料：中厚板合金边角料与Q355B成分相近，在收集过程中，对合金边角料进行切割，并对各项合金元素的百分比含量有如下控制范围：
C:0.05-0.25％,Si:0.10-0.40％,Mn:0.30-2.00％,P:0.010-0.030％,S:0.001-0.020％,Cr、Mo、Ni≤0.5％,Nb、V、Ti≤0.1％,Zn≤0.01％,其余残余元素含量不得大于0.1％,对收集过程中的C＞0.25％的高碳钢，Cr、Mo＞0.5％的合金钢分拣不用；
通过简单分拣即可，分拣成本低。
2)感应电炉冶炼分为三步：
a冶炼生产前，先向炉内通入氩气，排净炉内空气，然后加入占炉内体积5％的破碎轻薄料铺底保护炉衬，轻薄料中的氧化铁料百分比含量为1％以下，接通电源开始冶炼，冶炼过程中不断通过加料小车向炉内加入优质废钢；
轻薄废钢的合金含量低、单重小，在冶炼前期加入，可保护炉衬；厚板的合金含量高，在后期加入，有利于废钢中的合金回收；一般氧化铁料经过磁铁反复装运，位于废钢跺位的底层，底层1米以下废钢禁止在该冶炼工艺过程中加入；尽可能少加含氧化铁料是为了合金在熔炼过程中尽可能少地发生氧化烧损现象。
b冶炼半炉钢水时，取样化验成分，后半炉根据前半炉化验成分适当调整废钢配比；冶炼过程中若化验成分Si＜0.1％时，按照0.2-1kg/t加入硅铁或者铝粒进行脱氧处理，确保冶炼过程中控制氧含量控制在100ppm以下，防止板边中的合金进一步烧损；感应电炉满炉时再次取样化验成分，化验成分用于精炼及后续合金配比；
c冶炼满炉后，在炉面加入20-50kg萤石及20-40kg保温覆盖剂，促进表面钢渣层熔化，钢水升温至1600-1620℃进行倒渣操作，将钢渣排净；然后根据化验成分及冶炼钢种，在炉内配加合金并熔化，合金加入量按照设计冶炼成分进行控制；合金配比后升温至1650-1670℃出钢；
3)LF精炼环节：根据钢渣颜色情况，加入适量的石灰(100-500kg/炉)、化渣剂(20-100kg/炉)、电石(0-60kg/炉)、铝线(10-60kg/炉)等辅料进行造渣脱硫处理，直到产生白色的泡沫渣，确保钢渣碱度及脱硫效果；LF精炼过程执行软吹氩工艺，促进夹杂物上浮，精炼时间控制在20-50分钟，防止精炼时间过长造成增碳；同时对冶炼成分进行微调，精准配比化学成分，确保冶炼成分符合设计标准。因熔化的钢水合金含量较高，实际加入合金很少，精炼吨钢电耗25-35KW.h/t,低于正常状态下的转炉LF精炼电耗；
4)VD真空炉精炼：在生产特优级钢及保探伤特厚板时，钢水需经过VD炉进行除氢工序；
5)浇注连铸：步骤4)得到的钢水上连铸机进行浇注，中包浇注温度按照1530-1545℃控制，之后进行连铸；冶炼出来的钢坯经需经过钢坯裂纹检验；
6)钢坯加热：第一次加热温度为≤950℃；第二次加热温度为1220-1250℃；均热段加热温度1200-1220℃,加热时间按照10-12min/cm进行控制；
7)钢坯轧制：钢坯出钢温度大于1200℃，出钢后经高压除磷处理后，送至轧机进行轧制，轧制过程采用两阶段轧制工艺，晾钢厚度控制在成品厚度的2-2.5倍，粗轧轧制温度大于960℃，精轧阶段开轧温度控制830-860℃，终轧温度780-810℃，轧制后ACC控冷，控冷返红温度控制在640-670℃；
8)矫直、钢板堆冷、精整及质检入库：轧制钢板经矫直后输送至冷床，在钢板温度不低于200℃情况下，将钢板调运至缓冷坑进行堆冷，堆冷12-24小时后拆跺、精整、质检、入库。
进一步地，步骤2)中，对于较小的50吨感应炉而言，需倒入100吨钢包，出钢过程采取两个感应电炉钢水合并出钢至一个钢包中，出钢过程全程吹氩处理，一炉钢水出完钢以后，在钢包内按照10kg/t加入石灰，然后出钢第二炉钢水，石灰在第二包钢水出钢冲刷过程中逐步熔化，出钢过程随钢流加入50-100kg铝粒；若采用更大的感应炉100吨，则在感应炉出钢一半时，在钢包内按照10kg/t加入石灰，在后半炉钢水出钢过程中石灰逐步熔化，同时出钢随钢流加入50-100kg铝粒，出钢完毕在钢包吹氩3分钟后在表面加入保温覆盖剂，采用行车调运到LF精炼进一步处理。
步骤2)中使用的感应电炉是40-60吨的大型中频感应精炼炉，感应输出电压在1500V以上，吨钢冶炼电耗在490-560KW.H/t；炉衬采用SiO2材质的酸性炉衬筑炉，炉衬材质可确保间断生产，耐材成本也较低。边角料废钢在谷电期间进行熔化生产，可大幅度降低动力成本，提高经济效益。
步骤1)中的边角料废钢切割标准如下：板边长度按照≤1200mm进行控制，板头长宽尺寸按照≤1000×500mm，厚度＞60mm钢板，切割废钢单重按照≤300kg/块控制；能够采用剪切的边角料采取剪切分段，其余采用火切分段；废钢中必须控制火切渣及氧化铁皮总量不超过0.5％。
本发明中使用的感应电炉采用感应加热技术，没有电极耗损，冶炼钢水不增碳，熔化过程也无需吹氧，合金元素大部分得到保留，合金收得率达到80-90％。熔化的钢水出钢合包后的最终化学成分受废钢质量影响，在不添加合金的情况下，电炉出钢合包的成品百分比含量范围如下：
C:0.15-0.19％，Si:0.1-0.2％，Mn:0.60-1.0％，P:0.01-0.02％，S:0.005-0.01％，Cr、Mo、Ni≤0.2％，Zn≤0.01％，各项杂质元素均可控。
采用本发明所述工艺，与转炉回收废钢相比，平均多回收0.15％Si，0.50-0.60％Mn元素，节省的合金价值在50-80元/吨；同时金属收得率可达到99.5％以上，远高于转炉利用废钢的92-94％金属收得率。
本发明不经吹氧炼工序，将钢厂自产的合金含量与Q355B成分相近钢板剪切废料为原料采用感应电炉—LF精炼—连铸—轧制生产优质低合金Q355B中厚板的制造工艺方法，边角料废钢中合金Mn、Cr、Ni、Mo元素的合金回收率达到80-90％；与转炉回收废钢相比，合金、脱氧剂、冶炼辅料的吨钢使用量均降低50％以上，整体制造成本比转炉利用废钢降低100-150元/吨，生产钢板质量良好，具有较高的节能减排及降本效益。
本发明所述低成本的Q355B钢种成品设计成分控制标准如下：
C:0.18-0.22％；Si:0.15-0.35％；Mn:0.70-1.20％；Ti:0.020-0.060％；P≤0.025％；S≤0.008％；Cr+Mo+Ni:0.1-0.3％；Zn≤0.01％；Ceq≤0.43％。该成分符合最新修订国家标准GB/T1591-2018《低合金高强度结构钢》标准要求，采用“高碳低锰微钛”的成分设计，提高成品C含量的上限，降低Mn含量，适当添加Ti元素提高强度，钢水残余的Cr+Ni+Mo元素含量每增加0.1％，可减少0.1％Mn元素加入，不仅确保碳当量符合国家标准要求，而且充分利用残余元素降低合金加入，实现降本。
采用本发明所述工艺生产的钢水，因采用优质边角料废钢资源，P、S含量远低于转炉，钢水氧化性也较低，精炼过程中石灰、脱氧剂、电耗均大幅度下降。与转炉利用废钢相比，采用该工艺吨钢冶炼辅料用量由转炉的60-70kg/吨降至10-20kg/吨，脱氧剂铝线用量由原来的300kg/炉降至150kg/炉，冶炼辅料及脱氧剂用量均下降50％以上；同时合金加入量大幅度减少，冶炼30mm以下Q355B钢种，硅锰合金用量由转炉的900-1000kg/炉降低至该工艺的200-300kg/炉；30-60mmQ355B钢种由原来的1400-1500kg/炉降低至700-800kg/炉，平均每炉可节省硅锰合金600-800kg，合金降本作用明显。
采用本发明所述的制造工艺生产的钢板，经性能、外检、探伤检验后，各项性能均符合国家标准要求；虽然采用高碳成分，因Mn含量较低，实际碳当量较低，焊接性能较好。Mn含量降低后，连铸低倍偏析改善明显，轧制钢板探伤及Z向性能较好。
本发明所述制造工艺解决中厚板厂产生的边角料废钢进入转炉回收利用合金烧损严重的问题。采用该工艺金属收得率提高5％以上，回收废钢的合金价值在50-80元/吨，冶炼用石灰等辅料及脱氧剂用量下降50％以上，吨钢综合降本比转炉利用废钢降低100-150元/吨，是一种低碳环保的废钢高效利用工艺，具有较高的经济价值。
本发明所述工艺生产的Q355B中厚板，按照最新制定Q355B国家标准要求，设计新的成分标准，采用“高碳低锰微钛”的成分设计，充分回收利用边角料废钢中合金元素，大幅度减少合金元素的加入，不仅降低生产成本，而且确保生产的钢板的质量。
具体实施方式
某钢厂自产中厚板边角料废钢合金含量较高,废钢平均Si含量为0.25％，Mn含量达到1.1％，采用本发明所述制造工艺生产时，在电炉环节不添加合金情况下，感应电炉出钢合包化学成分，C含量达到0.15-0.18％，Si含量在0.10-0.20％，Mn含量在0.60-0.90％，平均Mn含量回收达到0.75％，Cr含量在0.10-0.15％，金属收得率达到99.5％以上；生产30mm以下Q355B钢种时，采用新设计成分后，100吨钢水总计加入硅锰合金200-300kg/炉，铝粒用量100-150kg/炉，电石0-40kg/炉，碳粉基本不用加入，石灰等冶炼辅料用量10-20kg/吨。
主要工艺控制过程要点：
1、边角料废钢切割成1.2m以下尺寸，火切渣及氧化铁皮控制在废钢总量的0.5％以内。
2、采用50吨感应炉，感应电炉冶炼前炉内吹入氩气，废钢配比按照5％破碎料+95％的钢板边进行配比，冶炼过程不断用加料小车加入废钢。
3、冶炼过程及时化验成分，根据Si含量判断钢水氧含量。冶炼过程保持Si含量在0.10％以上，当Si含量＜0.1％时，按照0.2-1kg/t加入硅铁或者铝粒进行脱氧处理，确保冶炼过程中氧含量控制在100ppm以下。
4、感应炉中的废钢熔化完毕后，加入20-50kg萤石化渣，升温至1600-1620℃后倒渣，倒渣后渣层厚度控制在5cm以下；然后在炉内加入适量的硅锰合金配比化学成分，升温至1650-1670℃出钢至钢包。一炉钢水出完钢后，向钢包中加入1000kg石灰，然后倒入第二炉钢水，钢水倒入过程中全程吹氩，石灰在出钢钢水的冲击下逐步熔化，出钢过程同步加入0.5-1kg/吨的铝粒进行脱氧处理。
5、钢水出钢完毕后加入保温覆盖剂，30分钟内调运至LF精炼炉，调运至LF精炼炉钢水温度控制在1540-1580℃。在LF精炼加入石灰、铝线、电石等辅料进一步脱氧、脱硫，精炼过程不断软吹氩气，促进夹杂物上浮，精炼末期根据钢水化验成分，精确配比成品成分，精炼时间控制在50分钟以内。
6、精炼结束调运连铸浇注，要求保探伤的厚板，精炼结束的钢水需调运至VD炉进一步处理后，方可上连铸浇注。
7、铸坯经加热、轧制、堆冷、精整获得成品钢板。
实施例1
某钢厂自产中厚板边角料废钢合金含量较高,废钢平均Si含量为0.25％，Mn含量达到1.0％，这些优质废钢均进入转炉回收利用，经转炉吹氧熔化后，金属收得率只有92％左右，转炉出钢后C含量在0.06-0.08％，Si＜0.01％，Mn＜0.20％，Cr＜0.05％，大部分合金元素烧损殆尽，实际只利用废钢中的Fe元素。冶炼30mm以下Q355B钢种时，100吨钢水转炉出钢和LF精炼总计加入硅锰合金900-1000kg/炉，电石100-160kg/炉，铝粒200-300kg/炉,碳粉40-100kg/炉，石灰及白云石等辅料吨钢用量在60-70kg/吨(含转炉辅料)。
与原有工艺相比，合金、辅料、脱氧剂的加入量降低50％以上，经测算，采用此工艺与转炉利用废钢相比，吨钢综合成本降低达到100-150元/吨，经济效益显著。
实施例2
某钢厂自产中厚板边角料废钢合金含量较高,废钢平均Si含量为0.25％，Mn含量达到1.0％，这些优质废钢采用常规感应电炉冶炼工艺，与市场杂乱废钢混合使用后，因杂质元素含量高，必须经过吹氧冶炼或者氧化铁皮脱碳后才能生产质量合格的钢水。脱碳后C含量在0.06-0.12％，Si＜0.01％，Mn＜0.30％，Cr＜0.1％，大部分合金元素烧损殆尽。冶炼30mm以下Q355B钢种时，100吨电炉钢水出钢和LF精炼总计加入硅锰合金600-9000kg/炉，电石80-100kg/炉，铝粒200-300kg/炉,碳粉20-60kg/炉，石灰及白云石等辅料吨钢用量在30-40kg/吨。
与原有工艺相比，本发明回收利用0.40％以上Mn元素及0.10％以上Si元素，同时冶炼过程脱氧剂、石灰等辅料用量大幅度下降，冶炼合金、辅料降本达到60-80元/吨。冶炼30mm以下Q355B钢种时，采用本发明所述工艺，因残余合金元素高，基本不用添加合金，吨钢综合成本降低达到60-80元/吨，经济效益显著。
Claims (4)
1.一种通过中厚板合金边角料生产低成本Q355B中厚板的方法，其特征在于包括以下步骤：收集合金边角料、感应电炉冶炼、LF炉精炼、VD真空炉精炼、连铸、加热、轧制、矫直、钢板堆冷、精整及质检入库，具体为：
1)收集合金边角料：中厚板合金边角料与Q355B成分相近，在收集过程中，对合金边角料进行切割，并对各项合金元素的百分比含量有如下控制范围：
C:0.05-0.25％,Si:0.10-0.40％,Mn:0.30-2.00％,P:0.010-0.030％,S:0.001-0.020％,Cr、Mo、Ni≤0.5％,Nb、V、Ti≤0.1％,Zn≤0.01％,其余残余元素含量不得大于0.1％,对收集过程中的C＞0.25％的高碳钢，Cr、Mo＞0.5％的合金钢分拣不用；
2)感应电炉冶炼分为三步：
a冶炼生产前，先向炉内通入氩气，排净炉内空气，然后加入占炉内体积5％的破碎轻薄料铺底保护炉衬，轻薄料中的氧化铁料百分比含量为1％以下，接通电源开始冶炼，冶炼过程中不断通过加料小车向炉内加入优质废钢；
轻薄废钢的合金含量低、单重小，在冶炼前期加入，可保护炉衬；厚板的合金含量高，在后期加入，有利于废钢中的合金回收；一般氧化铁料经过磁铁反复装运，位于废钢跺位的底层，底层1米以下废钢禁止在该冶炼工艺过程中加入；尽可能少加含氧化铁料是为了合金在熔炼过程中尽可能少地发生氧化烧损现象。
b冶炼半炉钢水时，取样化验成分，后半炉根据前半炉化验成分适当调整废钢配比；冶炼过程中若化验成分Si＜0.1％时，按照0.2-1kg/t加入硅铁或者铝粒进行脱氧处理，确保冶炼过程中控制氧含量控制在100ppm以下，防止板边中的合金进一步烧损；感应电炉满炉时再次取样化验成分，化验成分用于精炼及后续合金配比；
c冶炼满炉后，在炉面加入20-50kg萤石及20-40kg保温覆盖剂，促进表面钢渣层熔化，钢水升温至1600-1620℃进行倒渣操作，将钢渣排净；然后根据化验成分及冶炼钢种，在炉内配加合金并熔化，合金加入量按照设计冶炼成分进行控制；合金配比后升温至1650-1670℃出钢；
3)LF精炼环节：根据钢渣颜色情况，加入适量的石灰(100-500kg/炉)、化渣剂(20-100kg/炉)、电石(0-60kg/炉)、铝线(10-60kg/炉)等辅料进行造渣脱硫处理，直到产生白色的泡沫渣，确保钢渣碱度及脱硫效果；LF精炼过程执行软吹氩工艺，促进夹杂物上浮，精炼时间控制在20-50分钟，防止精炼时间过长造成增碳；同时对冶炼成分进行微调，精准配比化学成分，确保冶炼成分符合设计标准。因熔化的钢水合金含量较高，实际加入合金很少，精炼吨钢电耗25-35KW.h/t,低于正常状态下的转炉LF精炼电耗；
4)VD真空炉精炼：在生产特优级钢及保探伤特厚板时，钢水需经过VD炉进行除氢工序；
5)浇注连铸：步骤4)得到的钢水上连铸机进行浇注，中包浇注温度按照1530-1545℃控制，之后进行连铸；冶炼出来的钢坯经需经过钢坯裂纹检验；
6)钢坯加热：第一次加热温度为≤950℃；第二次加热温度为1220-1250℃；均热段加热温度1200-1220℃,加热时间按照10-12min/cm进行控制；
7)钢坯轧制：钢坯出钢温度大于1200℃，出钢后经高压除磷处理后，送至轧机进行轧制，轧制过程采用两阶段轧制工艺，晾钢厚度控制在成品厚度的2-2.5倍，粗轧轧制温度大于960℃，精轧阶段开轧温度控制830-860℃，终轧温度780-810℃，轧制后ACC控冷，控冷返红温度控制在640-670℃；
8)矫直、钢板堆冷、精整及质检入库：轧制钢板经矫直后输送至冷床，在钢板温度不低于200℃情况下，将钢板调运至缓冷坑进行堆冷，堆冷12-24小时后拆跺、精整、质检、入库。
2.根据权利要求1所述的通过中厚板合金边角料生产低成本Q355B中厚板的方法，其特征在于：步骤2)中，对于较小的50吨感应炉而言，需倒入100吨钢包，出钢过程采取两个感应电炉钢水合并出钢至一个钢包中，出钢过程全程吹氩处理，一炉钢水出完钢以后，在钢包内按照10kg/t加入石灰，然后出钢第二炉钢水，石灰在第二包钢水出钢冲刷过程中逐步熔化，出钢过程随钢流加入50-100kg铝粒；若采用更大的感应炉100吨，则在感应炉出钢一半时，在钢包内按照10kg/t加入石灰，在后半炉钢水出钢过程中石灰逐步熔化，同时出钢随钢流加入50-100kg铝粒，出钢完毕在钢包吹氩3分钟后在表面加入保温覆盖剂，采用行车调运到LF精炼进一步处理。
3.根据权利要求1所述的通过中厚板合金边角料生产低成本Q355B中厚板的方法，其特征在于：步骤2)中使用的感应电炉是40-60吨的大型中频感应精炼炉，感应输出电压在1500V以上，吨钢冶炼电耗在490-560KW.H/t；炉衬采用SiO2材质的酸性炉衬筑炉，炉衬材质可确保间断生产，耐材成本也较低。边角料废钢在谷电期间进行熔化生产，可大幅度降低动力成本，提高经济效益。
4.根据权利要求1所述的通过中厚板合金边角料生产低成本Q355B中厚板的方法，其特征在于：步骤1)中的边角料废钢切割标准如下：板边长度按照≤1200mm进行控制，板头长宽尺寸按照≤1000×500mm，厚度＞60mm钢板，切割废钢单重按照≤300kg/块控制；能够采用剪切的边角料采取剪切分段，其余采用火切分段；废钢中必须控制火切渣及氧化铁皮总量不超过0.5％。
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