CN112961961B - 一种采用lf+vd双联工艺生产超低硫钢的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了采用LF+VD双联工艺生产超低硫钢的方法，将铁水进行脱硫和扒渣预处理，获得预处理铁水；将所述预处理铁水、低硫废钢和辅料进行冶炼，获得冶炼钢液；将所述冶炼钢液出钢，获得出钢钢液；将所述出钢钢液加入精炼渣进行LF炉精炼，获得精炼钢液和第一精炼终渣；控制所述第一精炼终渣：W(FeO+MnO)≤1.5％，二元碱度R＝CaO/SiO2＝5.0～8.0；将所述精炼钢液进行VD真空精炼，获得超低硫钢液和第二精炼终渣；其中，所述真空处理的时间为12～20min，钢包底吹流量50～150NL/min，真空度控制在≤100Pa；采用LF+VD双联工艺实现了≤0.0010％超低硫的稳定控制。

Description

一种采用LF+VD双联工艺生产超低硫钢的方法
技术领域
本发明涉及炼钢技术领域，特别涉及一种采用LF+VD双联工艺生产超低硫钢的方法。
背景技术
随着高级别钢种需求量的日益增多，对钢材的质量要求越来越严格，而硫在大部分钢中为有害元素，可以使钢产生热脆，还可以通过形成硫化物夹杂对钢的力学性能产生不利影响，要求钢中的硫含量尽可能的低，尤其是抗氢致开裂管线钢和抗氢致开裂容器钢等有HIC和SSCC特殊检验要求的钢种，一般要求硫含量小于0.0010％，因此，能否实现钢中超低硫含量的稳定控制成为超低硫钢生产的关键。
对比文件1：申请号201910281826.2的中国专利公开了一种超低硫钢的冶炼方法，该专利的冶炼工艺为“KR脱硫预处理—转炉控制回硫—RH真空脱硫”，主要是通过KR脱硫环节对铁水进行脱硫预处理，然后采用双扒渣形式对脱硫渣彻底扒净；在转炉冶炼环节通过物料平衡控制炉内回硫，在RH工序加入脱硫剂进行再次脱硫，将钢水中成分硫含量控制在15ppm以下，该专利主要是通过RH真空脱硫对钢中的硫含量进行控制。
对比文件2：申请号201610154622.9的中国专利公开了一种超低硫钢水的生产方法，该专利的冶炼工艺为“铁水脱硫预处理—转炉控硫”，其中铁水脱硫为混合喷吹脱硫；转炉冶炼控制原辅料和吹炼工艺实现了硫含量控制；成品的硫含量控制在0.0028％-0.0037％。该专利虽然用简单的工艺实现了低硫含量的控制，但是已不能满足硫含量要求小于0.0010％超低硫钢种的生成。
对比文件3：申请号201811112254.7的中国专利公开了一种抗HIC管线钢的冶炼方法，该专利的冶炼工艺为“铁水预处理—转炉—LF精炼—RH真空处理—LF精炼—VD真空处理—连铸”，实现了钢水中硫含量≤0.0010％超低硫钢的要求。该专利工艺路线比较复杂，采用两次LF炉精炼+两次VD真空处理工艺，冶炼成本较高，同时对于工业批量化生产的连续性作业影响较大。
因此，如何开发一种超低硫钢冶炼控制方法，采用LF+VD双联工艺可以实现硫含量≤0.0010％超低硫钢的冶炼要求，实现低成本超低硫钢冶炼，满足工业化、批量生产的需求，成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明目的是提供一种采用LF+VD双联工艺生产超低硫钢的方法，采用LF+VD双联工艺实现了≤0.0010％超低硫的稳定控制。
为了实现上述目的，本发明提供了一种采用LF+VD双联工艺生产超低硫钢的方法，所述方法包括：
将铁水进行脱硫和扒渣预处理，获得预处理铁水；
将所述预处理铁水、低硫废钢和辅料进行冶炼，获得冶炼钢液；
将所述冶炼钢液出钢，获得出钢钢液；
将所述出钢钢液加入精炼渣进行LF炉精炼，获得精炼钢液和第一精炼终渣；控制所述第一精炼终渣：W(FeO+MnO)≤1.5％，二元碱度R＝CaO/SiO2＝5.0～8.0；
将所述精炼钢液进行VD真空精炼，获得超低硫钢液和第二精炼终渣；其中，所述VD真空精炼中以流量50～150NL/min向钢包底吹气体，真空的时间为12～20min，真空度控制在≤100Pa。
进一步地，将铁水进行脱硫和扒渣预处理，获得预处理铁水，具体包括：
将铁水进行KR脱硫预处理，搅拌时间控制在10-15min，后进行扒渣预处理，获得S≤0.0015％的预处理铁水。
进一步地，所述扒渣中，扒渣亮面率≥95％。
进一步地，所述低硫废钢中S的质量分数≤0.0050％。
进一步地，所述辅料包括白灰、轻烧白云石和萤石中的至少一种，所述辅料中S的质量分数≤0.0050％。
进一步地，所述将所述预处理铁水、低硫废钢和辅料进行冶炼，获得冶炼钢液，具体包括：
将所述预处理铁水、低硫废钢和辅料进行冶炼，所述冶炼中吹炼搅拌时间控制在12-15min，获得S含量≤0.0060％的冶炼钢液。
进一步地，所述将所述冶炼钢液出钢，获得出钢钢液，具体包括：
将所述冶炼钢液出钢，所述出钢中加入1.0～2.5kg/t钢的铝粒进行强脱氧，获得出钢钢液；所述出钢结束后，向所述出钢钢液的渣面加入量0.3～0.5kg/t钢的铝粒进行渣面脱氧。
进一步地，所述精炼渣以质量分数计包括如下组分：CaO为75％-90％，SiO2为2-4％，MgO为8-10％，所述精炼渣的加入量6-10kg/t钢。
进一步地，所述精炼钢液中S≤0.0020％。
进一步地，所述第二精炼终渣的二元碱度R＝CaO/SiO2＝4.0～6.0，所述超低硫钢液中S≤0.0010％。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明提供的一种采用LF+VD双联工艺生产超低硫钢的方法，通过采用LF+VD双联工艺，控制冶炼过程中各个环节的工艺参数，具体地，LF炉精炼中，控制第一精炼终渣：W(FeO+MnO)≤1.5％，二元碱度R＝CaO/SiO2＝5.0～8.0，通过控制所述第一精炼渣的氧化性高和碱度就可以实现深脱硫；VD真空精炼中，控制真空处理的时间为12～20min，钢包底吹流量50～150NL/min，真空度控制在≤100Pa通过控制真空度、真空时间和钢包底吹流量就可以控制搅拌效果，可以实现控制Al含量，从而得到VD真空后的精炼渣成分，进一步深脱硫，可使钢中硫含量稳定控制在≤0.0010％，实现了超低硫钢的冶炼，满足了超低硫类钢种工业化、批量生产的需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例提供的一种采用LF+VD双联工艺生产超低硫钢的方法的流程图。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本发明实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
根据本发明一种典型的实施方式，提供一种采用LF+VD双联工艺生产超低硫钢的方法，如图1所示，包括：
S1、将铁水进行脱硫和扒渣预处理，获得预处理铁水；
S2、将所述预处理铁水、低硫废钢和辅料进行冶炼，获得冶炼钢液；
S3、将所述冶炼钢液出钢，获得出钢钢液；
S4、将所述出钢钢液加入精炼渣进行LF炉精炼，获得精炼钢液和第一精炼终渣；控制所述第一精炼终渣：W(FeO+MnO)≤1.5％，二元碱度R＝CaO/SiO2＝5.0～8.0；
S5、将所述精炼钢液进行VD真空精炼，获得超低硫钢液和第二精炼终渣；其中，所述真空处理的时间为12～20min，钢包底吹流量50～150NL/min，真空度控制在≤100Pa。
本发明提供的一种采用LF+VD双联工艺生产超低硫钢的方法，通过采用LF+VD双联工艺，控制冶炼过程中各个环节的工艺参数，具体地，LF炉精炼中，控制第一精炼终渣：W(FeO+MnO)≤1.5％，二元碱度R＝CaO/SiO2＝5.0～8.0，通过控制所述第一精炼渣的氧化性高和碱度就可以实现深脱硫；VD真空精炼中，控制真空处理的时间为12～20min，钢包底吹流量50～150NL/min，真空度控制在≤100Pa通过控制真空度、真空时间和钢包底吹流量就可以控制搅拌效果，可以实现控制Al含量，从而得到VD真空后的精炼渣成分，进一步深脱硫，可使钢中硫含量稳定控制在≤0.0010％，实现了超低硫钢的冶炼，满足了超低硫类钢种工业化、批量生产的需求。
所述第一精炼终渣：W(FeO+MnO)≤1.5％，二元碱度R＝CaO/SiO2＝5.0～8.0的原因为：通过控制所述第一精炼渣的氧化性高和碱度就可以实现深脱硫；若所述W(FeO+MnO)＞1.5％，钢中硫元素的活度系数就会降低，不利于脱硫反应的发生；若二元碱度R＝CaO/SiO2小于5.0，钢中的自由CaO含量就会减少，影响脱硫产物CaS的生产，不利于脱硫反应顺利进行；若二元碱度R＝CaO/SiO2大于8.0，钢中自由CaO高，CaO过高导致炉渣的粘度增大流动性变差，影响化学反应动力学条件，不利于钢液脱硫。
所述真空处理的时间为12～20min，钢包底吹流量50～150NL/min，真空度控制在≤100Pa的原因：通过控制真空度、真空时间和钢包底吹流量就可以控制搅拌效果，可以实现控制Al含量，从而得到VD真空后的精炼渣成分，进一步深脱硫；若所述真空处理的时间小于12min，钢包底吹流量小于50NL/min，钢液搅拌强度低，循环时间短不利于脱硫反应充分进行；若所述真空处理的时间大于20min，钢包底吹流量大于150NL/min，搅拌强度过大容易发生溢渣，并使钢种Al损增大，导致成分不合格，真空处理时间长会使冶炼成本升高；若真空度＞100Pa，炉渣的脱硫能力相对较低。
作为一种可选的实施方式，将铁水进行脱硫和扒渣预处理，获得预处理铁水，具体包括：
将铁水进行KR脱硫预处理，搅拌时间控制在10-15min，后进行扒渣预处理，获得S≤0.0015％的预处理铁水。所述扒渣中，扒渣亮面率≥95％。
本发明的脱硫原理为：
3(CaO)+2[Al]+3[S]＝3(CaS)+(Al2O3)
上式为脱硫的原理，在精炼过程中可以最大限度降钢中的硫元素去除，而硫元素的去除受热力学和动力学条件的限制，为了更好地去除钢中硫元素，需对钢液进行控制：
(1)降低初始硫含量：在精炼之前采用KR铁水脱硫预处理降低硫含量，同时对转炉终点的硫含量继续控制，进一步降低精炼进站初始的硫含量，获得S≤0.0015％的预处理铁水；
(2)“三高一低”：大渣量可最大限度的提高炉渣的硫容量、高温可为化学反应提供热力学条件、高碱度可提供足够的自由CaO用于生产CaS、低氧化性可以提高硫元素的活度系数保证化学反应向生产CaS的方向进行；具体地，控制所述第一精炼终渣：W(FeO+MnO)≤1.5％，二元碱度R＝CaO/SiO2＝5.0～8.0以保证化学反应向生产CaS的方向进行；
(3)加强搅拌强度：控制脱硫过程强的钢液搅强度(所述真空处理的时间为12～20min，钢包底吹流量50～150NL/min，真空度控制在≤100Pa就可以控制搅拌效果)，可以满足脱硫反应的动力学条件，加快脱硫反应的速度，实现快速深脱硫。
作为一种可选的实施方式，所述将所述预处理铁水、低硫废钢和辅料进行冶炼，获得冶炼钢液，具体包括：
将所述预处理铁水、低硫废钢和辅料进行冶炼，所述冶炼中吹炼搅拌时间控制在12-15min，获得S含量≤0.0060％的冶炼钢液。
所述低硫废钢中S的质量分数≤0.0050％。所述辅料包括白灰、轻烧白云石和萤石中的至少一种，所述辅料中S的质量分数≤0.0050％。优选地，所述低硫废钢中S与所述所述辅料中S的总质量分数≤0.0050％。
作为一种可选的实施方式，所述将所述冶炼钢液出钢，获得出钢钢液，具体包括：
将所述冶炼钢液出钢，所述出钢中加入1.0～2.5kg/t钢的铝粒进行强脱氧，获得出钢钢液；所述出钢结束后，向所述出钢钢液的渣面加入量0.3～0.5kg/t钢的铝粒进行渣面脱氧。所述出钢中，若铝粒加入量小于1kg/t钢，钢液脱氧不充分，不利于脱硫反应发生；若铝粒加入量大于2.5kg/t钢，会造成脱氧剂浪费；所述出钢结束后，若铝粒加入量小于0.3kg/t钢，渣面脱氧不充分，不利于脱硫产物的生产；若铝粒加入量大于0.5kg/t钢，会造成渣面脱氧剂的浪费。
作为一种可选的实施方式，所述精炼渣以质量分数计包括如下组分：CaO 75％～90％，SiO2 2～4％，MgO 8～10％，所述精炼渣的加入量6～10kg/t钢。加入精炼渣可以使钢中的[S]元素与炉渣发生反应，而高CaO成分体系的炉渣可以保证精炼过程中的足够自由CaO，与[S]元素充分反应生产，生产稳定的脱硫产物CaS；同时，该成分体系也保证了炉渣良好的流动性，利于脱硫反应发生。若所述精炼渣的加入量小于6kg/t钢，渣量少不能保证充足的自由CaO，从而使脱硫反应不充分；若所述精炼渣的加入量大于10kg/t钢，加入的渣量过大，渣中的CaO含量高，会使炉渣的流动性变差，影响反应的动力学条件。
作为一种可选的实施方式，所述精炼钢液中S≤0.0020％。通过控制所述第一精炼终渣：W(FeO+MnO)≤1.5％，二元碱度R＝CaO/SiO2＝5.0～8.0以得到S≤0.0010％的精炼钢液。
作为一种可选的实施方式，所述第二精炼终渣的二元碱度R＝CaO/SiO2＝4.0～6.0，保证足够的自由CaO和炉渣的流动性；所述超低硫钢液中S≤0.0010％。
下面将结合实施例、对照例及实验数据对本申请的一种采用LF+VD双联工艺生产超低硫钢的方法进行详细说明。
实施例1
钢种X60MS，目标成品硫含量小于0.0010％，采用的工艺路线为：KR脱硫预处理—转炉—LF炉精炼—VD精炼—连铸。
步骤S1、将铁水进行KR脱硫预处理，搅拌时间控制在10min，后进行扒渣预处理(扒渣亮面率95％)，获得S＝0.0015％的预处理铁水；
步骤S2、转炉冶炼：采用低硫废钢和辅料，控制废钢的硫含量0.0050％、辅料的硫含量0.0040％，所述冶炼中吹炼搅拌时间控制在12min，获得S含量0.0060％的冶炼钢液；出钢采用铝强脱氧，加入量为2.5kg/t钢；出钢结束向钢包渣面加铝粒进行渣面脱氧，加入量0.5kg/t钢；
步骤S3、LF炉精炼脱硫：控制炉渣氧化性，终渣(FeO+MnO)＝1.5％，炉渣二元碱度R＝CaO/SiO2＝6.0，精炼渣的加入量7kg/t钢，LF炉精炼结束钢中的硫含量0.0018％；
步骤S4、VD真空脱硫：真空处理时间为20min，钢包底吹流量150NL/min，真空度控制在800Pa，钢中铝含量控制在0.045％，炉渣二元碱度R＝CaO/SiO2＝5.0，VD真空精炼结束钢中的硫含量0.0004％。
经此工艺，钢种X60MS的硫含量控制为0.0004％，满足了抗氢致开裂管线钢硫含量的冶炼控制要求。
实施例2
钢种Q345R-HIC，目标成品硫含量小于0.0010％，采用的工艺路线为：KR脱硫预处理—转炉—LF炉精炼—精炼—连铸。
步骤S1、将铁水进行KR脱硫预处理，搅拌时间控制在15min，后进行扒渣预处理(扒渣亮面率98％)，获得S＝0.001％的预处理铁水；
步骤S2、转炉冶炼：采用低硫废钢和辅料，控制废钢的硫含量0.0050％、辅料的硫含量0.0030％，所述冶炼中吹炼搅拌时间控制在15min，获得S含量0.0050％的冶炼钢液；出钢采用铝强脱氧，加入量为1.0kg/t钢；出钢结束向钢包渣面加铝粒进行渣面脱氧，加入量0.3kg/t钢；
步骤S3、LF炉精炼脱硫：控制炉渣氧化性，终渣(FeO+MnO)＝1.0％，炉渣二元碱度R＝CaO/SiO2＝5.0，精炼渣的加入量10kg/t钢，LF炉精炼结束钢中的硫含量0.0015％；
步骤S4、VD真空脱硫：真空处理时间为16min，钢包底吹流量50NL/min，真空度控制在100Pa，钢中铝含量控制在0.030％，炉渣二元碱度R＝CaO/SiO2＝4.0，VD真空精炼结束钢中的硫含量0.0008％。
经此工艺，钢种Q345R-HIC的硫含量控制为0.0008％，满足了抗氢致开裂容器板硫含量的冶炼控制要求。
实施例3
钢种A516Gr.60-HIC，目标成品硫含量小于0.0010％，采用的工艺路线为：KR脱硫预处理—转炉—LF炉精炼—VD精炼—连铸。
钢种Q345R-HIC，目标成品硫含量小于0.0010％，采用的工艺路线为：KR脱硫预处理—转炉—LF炉精炼—VD精炼—连铸。
步骤S1、将铁水进行KR脱硫预处理，搅拌时间控制在12min，后进行扒渣预处理(扒渣亮面率96％)，获得S＝0.0015％的预处理铁水；
步骤S2、转炉冶炼：采用低硫废钢和辅料，控制废钢的硫含量0.0040％、辅料的硫含量0.0040％，所述冶炼中吹炼搅拌时间控制在13min，获得S含量0.0045％的冶炼钢液；出钢采用铝强脱氧，加入量为2.2kg/t钢；出钢结束向钢包渣面加铝粒进行渣面脱氧，加入量0.4kg/t钢；
步骤S3、LF炉精炼脱硫：控制炉渣氧化性，终渣(FeO+MnO)＝1.2％，炉渣二元碱度R＝CaO/SiO2＝8.0，精炼渣的加入量8kg/t钢，LF炉精炼结束钢中的硫含量0.0014％；
步骤S4、VD真空脱硫：真空处理时间为12min，钢包底吹流量100NL/min，真空度控制在67Pa，钢中铝含量控制在0.025％，炉渣二元碱度R＝CaO/SiO2＝4.5，VD真空精炼结束钢中的硫含量0.0006％。
经此工艺，钢种Q345R-HIC的硫含量控制为0.0006％，满足了抗氢致开裂容器板硫含量的冶炼控制要求。
对比例1
该对比例中，所述第一精炼终渣：W(FeO+MnO)＝2％，二元碱度R＝CaO/SiO2＝9；其余均同实施例1。
对比例2
该对比例中，所述真空处理的时间为30min，钢包底吹流量180NL/min，真空度控制在120Pa；其余均同实施例1。
实验例1
将实施例1-3和对比例1-2中各参数列表如表1所示。
表1
Figure BDA0002938712470000081
各实施例和各对比例所得的低碳低硅超低硫精炼钢液的成分如表2所示。
表2
Figure BDA0002938712470000082
Figure BDA0002938712470000091
由表2的数据可知：
对比例1中，所述第一精炼终渣：W(FeO+MnO)＝2％，二元碱度R＝CaO/SiO2＝9；其余均同实施例1，炉渣氧化性高，碱度过高，炉渣流动性差，不利于脱硫反应的发生。
对比例2中，所述真空处理的时间为30min，钢包底吹流量180NL/min，真空度控制在120Pa；其余均同实施例1，真空搅拌时间过长，搅拌强度大，钢中铝损大，成分控制难度增大，且冶炼成本高。
实施例1-实施例3中，可使钢中硫含量稳定控制在≤0.0010％，实现了超低硫钢的冶炼，满足了超低硫类钢种工业化、批量生产的需求。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种采用LF+VD双联工艺生产超低硫钢的方法，其特征在于，所述方法包括：
将铁水进行KR脱硫预处理，搅拌时间控制在10-15min，后进行扒渣预处理，获得S≤0.0015％的预处理铁水；
将所述预处理铁水、低硫废钢和辅料进行冶炼，所述冶炼中吹炼搅拌时间控制在12-15min，获得S含量≤0.0060％的冶炼钢液；
将所述冶炼钢液出钢，所述出钢中加入1.0～2.5kg/t钢的铝粒进行强脱氧，获得出钢钢液；所述出钢结束后，向所述出钢钢液的渣面加入量0.3～0.5kg/t钢的铝粒进行渣面脱氧；
将所述出钢钢液加入精炼渣进行LF炉精炼，获得精炼钢液和第一精炼终渣；控制所述第一精炼终渣：W(FeO+MnO)≤1.5％，二元碱度R＝CaO/SiO2＝5.0～8.0；
将所述精炼钢液进行VD真空精炼，获得超低硫钢液和第二精炼终渣；其中，所述VD真空精炼中以流量50～150NL/min向钢包底吹气体，真空的时间为12～20min，真空度控制在≤100Pa，所述精炼渣以质量分数计包括如下组分：CaO 75％～90％，SiO2 2～4％，MgO 8～10％，所述精炼渣的加入量6～10kg/t钢，所述第二精炼终渣的二元碱度R＝CaO/SiO2＝4.0～6.0，所述超低硫钢液中S≤0.0010％。
2.根据权利要求1所述的一种采用LF+VD双联工艺生产超低硫钢的方法，其特征在于，所述扒渣中，扒渣亮面率≥95％。
3.根据权利要求1所述的一种采用LF+VD双联工艺生产超低硫钢的方法，其特征在于，所述低硫废钢中S的质量分数≤0.0050％。
4.根据权利要求1所述的一种采用LF+VD双联工艺生产超低硫钢的方法，其特征在于，所述辅料包括白灰、轻烧白云石和萤石中的至少一种，所述辅料中S的质量分数≤0.0050％。
5.根据权利要求1所述的一种采用LF+VD双联工艺生产超低硫钢的方法，其特征在于，所述精炼钢液中S≤0.0020％。
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