CN112626312A - 一种降低RH单联工艺低碳铝镇静钢Al2O3夹杂的方法 - Google Patents
一种降低RH单联工艺低碳铝镇静钢Al2O3夹杂的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种采用RH单联工艺降低低碳铝镇静钢Al2O3夹杂的炼钢方法，采用RH单联工艺的工艺路线为：KR铁水预处理→转炉→RH→连铸的工艺路线，省去了LE工序；工艺步骤为：1)优化转炉吹炼工艺和出钢工艺；2)降低转炉终点钢水碳氧积和氧含量以及转炉出钢下渣量；3)优化钢包顶渣改质工艺；4)优化RH处理工艺；优化连铸浇铸工艺。本发明降低钢渣中的氧含量，减少Al2O3夹杂的生成量；生成的Al2O3尽可能从钢中去除；避免高夹杂含量的钢水形成铸坯。
Description
技术领域
本发明属于冶金炼钢技术领域，具体涉及一种降低RH单联工艺低碳铝镇静钢Al2O3夹杂的方法。
背景技术
DC01、SPHD等低碳铝镇静钢，碳含量范围为0.01％～0.03％，其主要用于汽车、家电等产品结构件的制作，需要具有良好的冲压和折弯性能，对夹杂要求较为严格，炼钢生产的工艺路线为“铁水KR预处理→转炉→RH→连铸”。采用现有控制工艺，钢中Al2O3夹杂物含量较多，不仅影响了铸机的稳定浇铸，而且也影响了钢材的加工性能。
DC01、SPHD等低碳铝镇静钢一般是在RH先完成脱碳，然后再加入铝质脱氧剂以脱除钢中残氧和完成合金化。在脱氧的过程中生成Al2O3夹杂，如果钢中残存较多的Al2O3将存在以下危害：1、堵塞铸机水口。在铸机浇铸过程中Al2O3夹杂将粘附在水口上，造成水口堵塞。若水口粘附较多的Al2O3，导致铸机不能正常浇铸时，必须进行换水口操作，将使铸机拉速产生波动，易造成铸坯卷渣，使铸坯夹杂增多，进而影响钢材的质量。2、影响钢材的性能。钢中存在较多的Al2O3夹杂，将使钢的塑性、韧性降低，也是钢材在加工过程中产生裂纹的根源。因此，为了提高铸机浇铸的稳定性和钢材的加工性能，需要降低该类钢种的Al2O3夹杂含量。
申请号为201810305245.3的《一种低夹杂洁净钢的生产方法》通过添加Nb、Ti等微合金元素，控制析出物中Nb∶Ti∶Mo原子比为4∶1∶0.2来去除夹杂，需要加入铌、钛、钼合金；申请号为201611137740.5的《一种超低碳钢中夹杂物的控制方法》，主要通过向钢包中加入石灰造渣、加入低碳低硅复合脱氧剂对钢包渣进行改质去除钢中的夹杂；申请号为201610605174.X的《控制气阀钢夹杂物的冶炼方法》，主要采用AOD冶炼炉中的调渣剂调渣、在精炼炉内的改质剂调渣以及钙处理的方法去除夹杂。以上专利所述的方法需要加入额外的物质，比如合金、石灰、钙线等，且都需要经过LF炉处理，不仅增加了炼钢成本，而且也增加了钢中的有害元素氮的含量。因此研究采用RH单联工艺如何降低钢中夹杂很有必要。本发明提供了一种采用RH单联工艺降低低碳铝镇静钢Al2O3夹杂的方法，采用该方法后铸机更换水口的频次由每3炉一换提高至7炉一换，钢材的加工冲裂率由2.1％降低到0.3％。
发明内容
本发明的目的在于提供一种降低RH单联工艺低碳铝镇静钢Al2O3夹杂的方法，降低钢渣中的氧含量，减少Al2O3夹杂的生成量；生成的Al2O3尽可能从钢中去除；避免高夹杂含量的钢水形成铸坯。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种采用RH单联工艺降低低碳铝镇静钢Al2O3夹杂的炼钢方法，采用RH单联工艺的工艺路线为：KR铁水预处理→转炉→RH→连铸的工艺路线，省去了LE工序；
工艺步骤为：
1)优化转炉吹炼工艺和出钢工艺：
a在吹炼结束前2分钟和1分钟分别将转炉底吹强度由0.02m3/(t·min)提高至0.03m3/(t·min)和0.04m3/(t·min)；
b在转炉吹炼的拉碳阶段，将拉碳枪位较常规工艺降低50mm，供氧强度由常规工艺的3.0m3/(t·min)提高至3.5m3/(t·min)；
c出钢过程中采用滑板前、后双挡渣工艺；
2)降低转炉终点钢水碳氧积和氧含量以及转炉出钢下渣量：
a转炉钢水碳氧积由常规工艺的0.0030％降低到0.0025％；
b转炉终点钢水氧含量控制在0.055％以下；
c转炉下渣量控制在4kg/吨钢以内；
3)优化钢包顶渣改质工艺：
在RH处理前和处理后加入适量的指定成分的改质剂，改质剂成分和加入量分别如下：
a改质剂成分:质量百分比Al≥40.0％、CaO≥22.0％、Al2O3≥15.0％、SiO2≤5.0％、Fe2O3≤1.5％、MgO≤5.0％、MnO≤3.0％、H2O≤5.0％；
bRH处理前改质剂加入量：
Q＝500×m×a[O]
式中：Q——吨钢改质剂加入量，kg/吨钢；
m——吨钢下渣量，kg/吨钢；
a[O]——钢水氧含量，％。
cRH处理后改质剂加入量
式中：Q——改质剂加入量，kg/吨钢；
K——加入系数，取值范围为7～10，钢水温度高取上限，温度低取下限；
102——Al2O3的相对分子量；
48——Al2O3中氧的相对原子量和；
1000——吨和kg换算进率；
a[O]——RH脱碳结束后钢水氧含量，％；
4)优化RH处理工艺：
a采用自然深脱碳工艺，将钢水碳含量控制在0.005％以下后再对钢水进行终脱氧操作；
b钢水到RH温度不低于1640℃；
5)优化连铸浇铸工艺：
铸机在浇铸过程中实行钢包留钢操作。
进一步，所述步骤3)中将RH处理前钢包顶渣中TFe含量控制在8.0％以下、RH处理后钢包顶渣的TFe含量控制在2.0％以下。
进一步，步骤4)中RH终脱氧前钢水残氧含量由0.025～0.030％降低至0.009％～0.015％。
进一步，步骤5)中浇铸后期钢包剩余钢水约5吨左右时，关闭钢包水口滑板，避免夹杂含量较高的钢包上部钢水注入中包。
进一步，步骤5)铸机更换水口的频次由每3炉一换提高至7炉一换，钢材的加工冲裂率由2.1％降低到0.3％。
本发明具有以下有益效果：一种降低RH单联工艺低碳铝镇静钢Al2O3夹杂的方法，1、降低钢渣中的氧含量，减少Al2O3夹杂的生成量；2、生成的Al2O3尽可能从钢中去除；3、避免高夹杂含量的钢水形成铸坯。通过优化转炉吹炼工艺，降低了转炉终点钢水碳氧积，实现了该类钢种终点钢水低碳低氧控制，降低了钢水氧含量。通过优化钢包顶渣改质工艺，降低了顶渣的氧化性，不仅避免了顶渣对钢水的污染，而且还具有较强的吸附夹杂的能力。通过优化RH处理工艺，降低了RH终脱氧前钢水氧含量，从而减少了Al2O3脱氧产物的生成量。通过优化浇铸工艺，采用钢包留钢操作，避免了钢包上部夹杂含量高的钢水形成铸坯。
具体实施方式
一种采用RH单联工艺降低低碳铝镇静钢Al2O3夹杂的炼钢方法，采用RH单联工艺的工艺路线为：KR铁水预处理→转炉→RH→连铸的工艺路线，省去了LE工序；
工艺步骤为：
1)优化转炉吹炼工艺和出钢工艺：
a在吹炼结束前2分钟和1分钟分别将转炉底吹强度由0.02m3/(t·min)提高至0.03m3/(t·min)和0.04m3/(t·min)；
b在转炉吹炼的拉碳阶段，将拉碳枪位较常规工艺降低50mm，供氧强度由常规工艺的3.0m3/(t·min)提高至3.5m3/(t·min)；
c出钢过程中采用滑板前、后双挡渣工艺；
2)降低转炉终点钢水碳氧积和氧含量以及转炉出钢下渣量：
a转炉钢水碳氧积由常规工艺的0.0030％降低到0.0025％；
b转炉终点钢水氧含量控制在0.055％以下；
c转炉下渣量控制在4kg/吨钢以内；
3)优化钢包顶渣改质工艺：
在RH处理前和处理后加入适量的指定成分的改质剂，改质剂成分和加入量分别如下：
a改质剂成分:质量百分比Al≥40.0％、CaO≥22.0％、Al2O3≥15.0％、SiO2≤5.0％、Fe2O3≤1.5％、MgO≤5.0％、MnO≤3.0％、H2O≤5.0％；
bRH处理前改质剂加入量：
Q＝500×m×a[O]
式中：Q——吨钢改质剂加入量，kg/吨钢；
m——吨钢下渣量，kg/吨钢；
a[O]——钢水氧含量，％。
cRH处理后改质剂加入量
式中：Q——改质剂加入量，kg/吨钢；
K——加入系数，取值范围为7～10，钢水温度高取上限，温度低取下限；
102——Al2O3的相对分子量；
48——Al2O3中氧的相对原子量和；
1000——吨和kg换算进率；
a[O]——RH脱碳结束后钢水氧含量，％；
4)优化RH处理工艺：
a采用自然深脱碳工艺，将钢水碳含量控制在0.005％以下后再对钢水进行终脱氧操作；
b钢水到RH温度不低于1640℃；
5)优化连铸浇铸工艺：
铸机在浇铸过程中实行钢包留钢操作。
所述步骤3)中将RH处理前钢包顶渣中TFe含量控制在8.0％以下、RH处理后钢包顶渣的TFe含量控制在2.0％以下。
步骤4)中RH终脱氧前钢水残氧含量由0.025～0.030％降低至0.009％～0.015％。
步骤5)中浇铸后期钢包剩余钢水约5吨左右时，关闭钢包水口滑板，避免夹杂含量较高的钢包上部钢水注入中包。
步骤5)铸机更换水口的频次由每3炉一换提高至7炉一换，钢材的加工冲裂率由2.1％降低到0.3％。
1、降低转炉终点钢水碳氧积
根据反应平衡的原理，随着钢中碳含量的降低其氧含量会增高，在一定条件下，其积为一定值，即[％C]·[％O]＝m。终点钢水碳氧积低有利于减少脱氧过程中形成的夹杂物。该类钢种需将转炉终点碳含量控制在较低水平，在转炉吹炼的末期，由于钢水碳含量低，钢中碳氧反应不充分，常规工艺操作下转炉终点钢水中的[％C]·[％O]一般为0.0030％左右。强化熔池搅拌，能够促进钢—渣界面反应的作用，使钢中碳氧反应趋于平衡，是降低钢中碳氧积的有效途径。为了降低转炉终点钢水碳氧积，需采取措施加强对钢水的搅拌，为碳氧反应创造良好的动力学条件。
(1)增加转炉拉碳阶段的底吹流量
增加底吹流量有利于增强对钢水的搅拌，为碳、氧反应创造良好的动力学条件，促进反应的进行。在吹炼结束前2分钟和1分钟分别将底吹强度由0.02m3/(t·min)提高至0.03m3/(t·min)和0.04m3/(t·min)。
(2)降低拉碳枪位和提高供氧强度
降低拉碳枪位和提高供氧强度同样能够增加对熔池的搅拌，促进碳氧反应的进行。在转炉吹炼的拉碳阶段，将拉碳枪位较常规工艺降低50mm，供氧强度由常规工艺的3.0m3/(t·min)提高至3.5m3/(t·min)。
通过以上操作，转炉终点钢水的碳氧积由0.0030％降低到0.0025％。
2、控制合适的终点钢水氧含量
在满足脱碳条件的前提下，尽量降低转炉终点钢水氧含量，能够最大限度的减少铝质脱氧剂的加入量，进而减少脱氧产物生成的夹杂量。冶炼该类钢种时，转炉终点氧含量以不超过0.055％为宜。
3、减少转炉下渣量
转炉渣中含有15％～22％的TFe，具有较强的氧化性，炉渣流入钢包会导致钢水与炉渣发生反应，氧化钢中的合金元素，生成夹杂污染钢水。另外在对炉渣改质过程中，加入的铝质改质剂与渣中TFe反应也会生成Al2O3夹杂，残留在渣中，降低了钢包渣吸附夹杂的能力。出钢过程中采用滑板前、后双挡渣工艺，既可防止出钢前期炉渣流入钢包，又可减少出钢后期流入钢包的炉渣量。采用该挡渣工艺后，转炉下渣量控制在了4kg/吨钢以内。
4、RH处理前改质剂加入量
高氧化性渣在超低碳钢冶炼过程中将严重恶化钢水洁净度，为了减轻流入钢包的转炉渣对钢水的污染，出钢后向钢包内加入适量的改质剂。若出钢后加入过量的改质剂，易造成钢液中氧含量过低，影响RH脱碳过程；而少量的改质剂，将得不到较理想的改质效果，影响钢包渣去除夹杂的能力。根据生产经验，合理的改质剂吨钢加入量为：
Q＝500×m×a[O]
式中：Q——吨钢改质剂加入量，kg/吨钢；
m——吨钢下渣量，kg/吨钢；
a[O]——钢水氧含量，％。
按上述改质剂加入量，能够将钢包顶渣的TFe含量降低到8.0％以下，减轻了在RH处理过程中钢包顶渣对钢水的污染。
5、改质剂成分
成分合适的改质剂，不仅能够起到良好的改质效果，而且具有良好的保温作用。改质剂成分如下：
表1改质剂成分(质量分数)
6、RH处理工艺。
采用自然深脱碳工艺，即RH在处理该类钢种时，严禁吹氧操作，并将碳控制在较低水平。现有生产工艺是将碳脱到0.015％左右时即加入铝粒进行终脱氧，虽然钢中碳含量符合标准要求，但此时钢中残余氧含量仍为0.025％～0.030％，用铝粒脱氧后将生成较多的Al2O3夹杂。为了降低RH脱碳后钢水残氧含量，在生产该钢种时，本发明采用深脱碳工艺，即将钢中的碳控制在0.005％以下，以尽可能地用碳脱除钢中的氧，钢中残氧含量能够降低至0.009％～0.015％。
7、RH处理后改质剂加入量
在一定温度下，氧在熔渣和钢液间服从分配定律LO＝a(FeO)/w([O])，钢包顶渣是钢水发生二次氧化的重要氧源，钢包顶渣的氧化性对已经深脱氧钢水的洁净度有直接影响，因此RH处理后需加入改质剂对钢包顶渣进行改质。其加入量为：
式中：Q——改质剂加入量，kg/吨钢；
K——加入系数，取值范围为7～10，钢水温度高取上限，温度低取下限；
102——Al2O3的相对分子量；
48——Al2O3中氧的相对原子量和；
1000——吨和kg的换算进率；
a[O]——RH脱碳结束后钢水氧含量，％。
按上述工艺改质后，钢包顶渣的TFe含量控制在了2.0％以下，具备了较好的夹杂吸附能力。
8、RH钢水到站温度
因本发明采用自然深脱碳工艺，不能通过吹氧对钢水进行热补偿，且在脱碳完毕，钢中残氧含量较低，导致铝脱氧阶段放出的热量的有限，对钢水的升温效果不明显，因此，为了确保RH处理后有合适的温度，在生产该类钢种时，RH到站温度不得低于1640℃。
9、镇静时间
为了使钢中生成的Al2O3夹杂有充分的上浮时间，RH处理后需要对钢水镇静20分钟以上。
10、留钢浇铸
在钢水镇静过程中大部分夹杂被钢包渣吸附，仍有部分夹杂未能完全上浮而聚集在钢水上部，
因此相对于其他钢包其他部位的钢水，钢包上部的钢水夹杂含量较高。为了避免该部分钢水流入中包进而形成高夹杂含量的铸坯，实行大包留钢工艺浇铸，即在浇铸该类钢种时，留5吨左右的钢水在大包内。
Claims (5)
1.一种采用RH单联工艺降低低碳铝镇静钢Al2O3夹杂的炼钢方法，其特征在于，采用RH单联工艺的工艺路线为：KR铁水预处理→转炉→RH→连铸的工艺路线，省去了LE工序；
工艺步骤为：
1)优化转炉吹炼工艺和出钢工艺：
a在吹炼结束前2分钟和1分钟分别将转炉底吹强度由0.02m3/(t·min)提高至0.03m3/(t·min)和0.04m3/(t·min)；
b在转炉吹炼的拉碳阶段，将拉碳枪位较常规工艺降低50mm，供氧强度由常规工艺的3.0m3/(t·min)提高至3.5m3/(t·min)；
c出钢过程中采用滑板前、后双挡渣工艺；
2)降低转炉终点钢水碳氧积和氧含量以及转炉出钢下渣量：
a转炉钢水碳氧积由常规工艺的0.0030％降低到0.0025％；
b转炉终点钢水氧含量控制在0.055％以下；
c转炉下渣量控制在4kg/吨钢以内；
3)优化钢包顶渣改质工艺：
在RH处理前和处理后加入适量的指定成分的改质剂，改质剂成分和加入量分别如下：
a改质剂成分:质量百分比Al≥40.0％、CaO≥22.0％、Al2O3≥15.0％、SiO2≤5.0％、Fe2O3≤1.5％、MgO≤5.0％、MnO≤3.0％、H2O≤5.0％；
bRH处理前改质剂加入量：
Q＝500×m×a[O]
式中：Q——吨钢改质剂加入量，kg/吨钢；
m——吨钢下渣量，kg/吨钢；
a[O]——钢水氧含量，％。
cRH处理后改质剂加入量
式中：Q——改质剂加入量，kg/吨钢；
K——加入系数，取值范围为7～10，钢水温度高取上限，温度低取下限；
102——Al2O3的相对分子量；
48——Al2O3中氧的相对原子量和；
1000——吨和kg换算进率；
a[O]——RH脱碳结束后钢水氧含量，％；
4)优化RH处理工艺：
a采用自然深脱碳工艺，将钢水碳含量控制在0.005％以下后再对钢水进行终脱氧操作；
b钢水到RH温度不低于1640℃；
5)优化连铸浇铸工艺：
铸机在浇铸过程中实行钢包留钢操作。
2.如权利要求1所述的一种采用RH单联工艺降低低碳铝镇静钢Al2O3夹杂的炼钢方法，其特征在于：所述步骤3)中将RH处理前钢包顶渣中TFe含量控制在8.0％以下、RH处理后钢包顶渣的TFe含量控制在2.0％以下。
3.如权利要求1所述的一种采用RH单联工艺降低低碳铝镇静钢Al2O3夹杂的炼钢方法，其特征在于：步骤4)中RH终脱氧前钢水残氧含量由0.025～0.030％降低至0.009％～0.015％。
4.如权利要求1所述的一种采用RH单联工艺降低低碳铝镇静钢Al2O3夹杂的炼钢方法，其特征在于：步骤5)中浇铸后期钢包剩余钢水约5吨左右时，关闭钢包水口滑板，避免夹杂含量较高的钢包上部钢水注入中包。
5.如权利要求1所述的一种采用RH单联工艺降低低碳铝镇静钢Al2O3夹杂的炼钢方法，其特征在于：步骤5)铸机更换水口的频次由每3炉一换提高至7炉一换，钢材的加工冲裂率由2.1％降低到0.3％。
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