CN113528747A - 一种超低碳加磷强化钢的冶炼方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超低碳加磷强化钢的冶炼方法，通过采用LF炉控温控氧降低熔渣氧化性与RH炉环流气控制、钢水合金加入顺序控制，实现快速冶炼并精确控制加磷高强钢钢水成分，同时控制加磷高强钢夹杂物在较低水平。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁冶金领域，尤其涉及一种超低碳加磷强化钢的冶炼方法。
背景技术
超低碳加磷强化钢在汽车组件中的作用至关重要，兼具冲压性与高强度，广泛应用于汽车结构件、加强件与防撞件的加工。目前，汽车用钢呈现高强化、轻量化的趋势，对超低碳加磷强化钢的要求越来越高。
超低碳加磷强化钢与普通IF钢相比具有合金加入量大、要求脱碳终点碳含量低、操作过程中温度控制不稳定、钢水顶部熔渣氧化性强等特点。
在RH处理过程中，较高的钢水含氧量可以加速真空室内碳氧的相互传质，从而加速碳氧反应速率，在连续生产中具备较高脱碳效率。同时带来的副作用也非常明显，根据分配定律，钢水含氧量与钢包内渣层氧化性呈正比。在RH真空精炼处理过程后，如果钢包内熔渣的氧化性仍很高，氧的传质会从熔渣进入钢水，钢水会因此发生二次氧化污染钢液。
较低的钢水含氧量条件下熔渣的氧化性会降低，钢水的二次氧化减少，但又限制了钢中碳氧反应速率，不少钢厂RH采用强制脱碳方法，即在脱碳期通过氧枪向钢液中吹氧，达到增加钢中氧含量，加速真空室内碳氧的相互传质，从而进行强制脱碳。但RH系统受氧枪运动使密封气囊打开真空度升高等影响使真空时间被迫延长，造成RH工序效率低等生产问题。
因超低碳加磷强化钢合金加入量大且合金微量增碳对铸坯性能影响很大，部分合金易与未脱氧钢液发生反应不能起到合金化效果，大规模连续生产时对操作要求高、一次性合金化准确控制成分难度大。
综上所述，目前需要一种，快速冶炼超低碳加磷强化钢的方法，即保证RH炉有较高的脱碳效率与成分命中率，又保证RH工序环节钢中夹杂控制在较低水平。
发明内容
本发明的目的是提供一种超低碳加磷强化钢的冶炼方法，克服现有冶炼工艺无法快速冶炼含碳量小于0.002％超低碳加磷强化钢的不足，同时该工艺在去除脱氧产物与防止钢水二次氧化方面亦有良好效果。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明一种超低碳加磷强化钢的冶炼方法，包括如下步骤：
S1、LF炉控温控氧降低熔渣氧化性
根据分配定律原理，钢水在转炉出钢后，钢中含氧量高低与钢液顶部熔渣氧化性强弱成正比，通过转炉出钢后在LF炉加入部分铝脱氧剂控制钢水含氧量满足RH工序脱碳要求，达到降低钢水顶部熔渣氧化性的目的；同时LF炉作为缓冲环节衔接转炉与RH炉生产环节，通过石墨电极通电加热精确控制RH炉初始温度，使RH炉温度稳定可控，避免RH炉吹氧提温影响钢水质量；
S2、RH炉真空脱碳期环流气控制
RH炉真空脱碳环节根据不同时期通过调节环流气流量使RH炉快速达到深真空氛围，加速钢中碳氧传质速度，脱氧后减少钢渣反应净化钢液的目的；根据真空处理进程，细分为以下三个控制时期：
(1).快速压降期：根据真空脱碳原理，钢水在真空环境中钢中碳氧平衡被打破，钢中所含碳与氧的反应速率与真空室中真空度成反比；通过RH炉真空处理前期控制环流气流量维持在120Nm3/h，减缓碳氧反应产生减少一氧化碳气体速率以达到快速降低真空度，真空室内短时间内形成深真空氛围；
(2).深脱碳期：在RH炉真空室深真空环境中，钢液脱碳速率取决于钢中碳与氧的传质速度；在RH炉真空脱碳期，通过调高环流气流量至180Nm3/h，加快钢液循环速度，使钢中碳与氧的传质速率变快，在配合深真空环境碳氧反应所产生的气体不断被泵系统抽走，最终实现了RH炉快速冶炼超低碳类钢水的目的；
(3).纯脱气期：在RH炉脱氧合金化后，大量脱氧产物在钢液中产生，通过适当的降低环流气流量至150Nm3/h，该阶段夹杂物随环流上浮被渣层吸附并渣化的过程中，脱氧后洁净的钢水与未脱氧的钢液并未产生激烈的钢渣反应，保护钢水不受未脱氧钢渣的二次氧化，达到洁净钢水的目的；
S3、RH炉合金加入顺序控制
在钢中碳含量要求≤20ppm的范围内，超低碳加磷强化钢与一般超低碳钢相比合金加入量大，合金中微量的碳会造成钢中的碳成分超过控制范围，根据合金增碳量不同，采取脱氧前合金化与脱氧后合金化结合进行成分精确控制：
(1).因磷铁合金增碳30ppm，将磷铁在钢液脱氧前加入钢水与钢中的碳通过S2步骤环流气控制快速降至20ppm以下；
(2).钢水脱氧后将易氧化及增碳量少的锰、硅、钛、硼、稀土元素加入进行合金化。
进一步的，所述步骤S2中，在LF炉工序末期降低顶渣氧化性并保证顶渣一定碱度可以加快脱氧产物上浮并渣化的速度，减少二次氧化，降低钢水夹杂物含量。
进一步的，通过环流气控制工艺将钢水中的碳含量降低至15ppm以下。
进一步的，所述RH脱碳期为10-15min。
进一步的，熔渣TFe含量为8～10％；CaO/Al2O3值约为1.6-2.0。
进一步的，所述RH炉的就位氧含量为400～600ppm。
进一步的，RH炉的就位温度为1615～1630℃。
进一步的，RH炉的低流量环流气、中等流量环流气、高流量环流气分别对应环流气提升钢水速率为103t/min、110t/min、117t/min。
进一步的，单一种类合金对钢水总增碳量超过15ppm使用脱氧前合金化，单一种类合金对钢水总增碳量低于15ppm使用脱氧后合金化。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
冶炼超低碳加磷强化钢使用传统转炉-RH炉工艺路线，转炉出钢后钢水温度和氧含量控制不稳定，不能钢水温度与氧含量在较窄范围内供给RH炉，且因钢水顶部熔渣氧化性强，造成浇铸过程中钢水二次氧化，影响钢液质量。本发明通过LF炉精确控温控氧，对氧化性强钢水熔渣进行改质，缓冲衔接了生产时序，RH炉就位钢水条件得到了稳定控制。
传统RH脱碳技术，主要聚焦于钢中氧含量高低对碳氧反应的影响，多采用强制脱碳等方法，真空时间长。在提升环流气流量控制方面从真空处理开始至结束均采用较大流量环流气对钢水进行循环，降低了脱碳速率且后期加大了钢渣反应面积，使钢水受到二次氧化，增加了钢中夹杂物的产生。本发明通过钢水自然脱碳配合真空处理不同阶段环流气流量控制，加快RH脱碳反应速率，缩短真空处理时间。
加磷高强钢由于钢水碳成分要求低，传统合金化不但钢水增碳严重且全部合金在脱氧后一次加入对操作难度较大。本发明利用合金化前置，在钢液未脱氧前加入微碳合金，利用碳氧反应去除合金增碳，降低钢中终点碳含量。利用合金化后置，其余部分合金在脱氧后加入，提高合金元素收得率，稳定控制钢中成分。
具体实施方式
一种快速冶炼超低碳加磷强化钢的方法，具体包括如下步骤：
S1、LF炉控温控氧降低熔渣氧化性
根据分配定律原理，钢水在转炉出钢后，钢中含氧量高低与钢液顶部熔渣氧化性强弱成正比。通过转炉出钢后在LF炉加入部分铝脱氧剂控制钢水含氧量满足RH工序脱碳要求，达到降低钢水顶部熔渣氧化性的目的；同时LF炉作为缓冲环节衔接转炉与RH炉生产环节，通过石墨电极通电加热精确控制RH炉初始温度，使RH炉温度稳定可控，避免RH炉吹氧提温影响钢水质量。
S2、RH炉真空脱碳期环流气控制
RH炉真空脱碳环节根据不同时期通过调节环流气流量使RH炉快速达到深真空氛围，加速钢中碳氧传质速度，脱氧后减少钢渣反应净化钢液的目的。根据真空处理进程，细分为以下三个控制时期。
(1).快速压降期：根据真空脱碳原理，钢水在真空环境中钢中碳氧平衡被打破，钢中所含碳与氧的反应速率与真空室中真空度成反比。通过RH炉真空处理前期控制环流气流量维持在较低水平，使真空室内由于碳氧反应产生的一氧化碳等气体与环流气总体积维持在较低水平，以达到快速降低真空度，真空室内短时间内形成深真空氛围；
(2).脱碳期：在RH炉真空室深真空环境中，钢液脱碳速率取决于钢中碳与氧的传质速度。在RH炉真空脱碳期，通过调高环流气流量，加快钢液循环速度，使钢中碳与氧的传质速率变快，在配合深真空环境碳氧反应所产生的气体不断被泵系统抽走，最终实现了RH炉快速冶炼超低碳类钢水的目的。
(3).纯脱气期；在RH炉脱氧合金化后，大量脱氧产物在钢液中产生，通过适当的中等流量环流气控制，在夹杂物随环流上浮被渣层吸附并渣化的过程中，脱氧后洁净的钢水与未脱氧的钢液并未产生激烈的钢渣反应，保护钢水不受未脱氧钢渣的二次氧化，达到洁净钢水的目的。
S3、RH炉合金加入顺序控制。
在钢中碳含量要求≤20ppm的范围内，超低碳加磷强化钢与一般超低碳钢相比合金加入量大，合金中微量的碳会造成钢中的碳成分超过控制范围。根据合金增碳量不同，采取脱氧前合金化与脱氧后合金化结合进行成分精确控制。
(1).因磷铁合金增碳约30ppm，将磷铁在钢液脱氧前加入钢水与钢中的碳(约300-400ppm)通过S2步骤环流气控制快速降至20ppm以下，
(2).钢水脱氧后将易氧化及增碳量少的如锰、硅、钛、硼、稀土等元素加入进行合金化。
实施例1
以碳含量为0.023％的钢水为原料冶炼超低碳加磷强化钢。LF炉就位温度1587℃，氧含量615ppm，加入200kg微碳铝铁，150kg铝粒控氧改质，提温至1628℃。
RH炉就位温度1619℃，氧373ppm。应用“三段式”环流控制方法，具体为压降期120Nm3/h，脱碳期180Nm3/h，纯脱气期150Nm3/h，最低真空度1.3mbar，脱氧前加入磷铁0.3t，脱碳期15min，终点碳13ppm，脱氧后加入金属锰等合金约3t共增碳9ppm,TO13ppm.
实施例2
以碳含量为0.018％的钢水为原料冶炼超低碳加磷强化钢。LF炉就位温度1590℃，氧含量702ppm，加入300kg微碳铝铁，150kg铝粒控氧改质，提温至1625℃。
RH炉就位温度1617℃，氧409ppm。应用“三段式”环流控制方法，具体为压降期120Nm3/h，脱碳期180Nm3/h，纯脱气期150Nm3/h，最低真空度1.3mbar，脱氧前加入磷铁0.3t，脱碳期15min，终点碳14ppm，脱氧后加入金属锰等合金约3t共增碳10ppm,TO19ppm。
实施例3
以碳含量为0.031％的钢水为原料冶炼超低碳加磷强化钢。LF炉就位温度1596℃，氧含量549ppm，加入150kg微碳铝铁，150kg铝粒控氧改质，提温至1625℃。
RH炉就位温度1613℃，氧420ppm。应用“三段式”环流控制方法，具体为压降期120Nm3/h，脱碳期180Nm3/h，纯脱气期150Nm3/h，最低真空度1.3mbar，脱氧前加入磷铁0.3t，脱碳期15min，终点碳15ppm，脱氧后加入金属锰等合金约3t共增碳10ppm，T015ppm。
下面的表1为三个案例的相关脱碳效果数据。
表1
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (9)
1.一种超低碳加磷强化钢的冶炼方法，其特征在于,包括如下步骤：
S1、LF炉控温控氧降低熔渣氧化性
根据分配定律原理，钢水在转炉出钢后，钢中含氧量高低与钢液顶部熔渣氧化性强弱成正比，通过转炉出钢后在LF炉加入部分铝脱氧剂控制钢水含氧量满足RH工序脱碳要求，达到降低钢水顶部熔渣氧化性的目的；同时LF炉作为缓冲环节衔接转炉与RH炉生产环节，通过石墨电极通电加热精确控制RH炉初始温度，使RH炉温度稳定可控，避免RH炉吹氧提温影响钢水质量；
S2、RH炉真空脱碳期环流气控制
RH炉真空脱碳环节根据不同时期通过调节环流气流量使RH炉快速达到深真空氛围，加速钢中碳氧传质速度，脱氧后减少钢渣反应净化钢液的目的；根据真空处理进程，细分为以下三个控制时期：
(1).快速压降期：根据真空脱碳原理，钢水在真空环境中钢中碳氧平衡被打破，钢中所含碳与氧的反应速率与真空室中真空度成反比；通过RH炉真空处理前期控制环流气流量维持在120Nm3/h，减缓碳氧反应产生减少一氧化碳气体速率以达到快速降低真空度，真空室内短时间内形成深真空氛围；
(2).深脱碳期：在RH炉真空室深真空环境中，钢液脱碳速率取决于钢中碳与氧的传质速度；在RH炉真空脱碳期，通过调高环流气流量至180Nm3/h，加快钢液循环速度，使钢中碳与氧的传质速率变快，在配合深真空环境碳氧反应所产生的气体不断被泵系统抽走，最终实现了RH炉快速冶炼超低碳类钢水的目的；
(3).纯脱气期：在RH炉脱氧合金化后，大量脱氧产物在钢液中产生，通过适当的降低环流气流量至150Nm3/h，该阶段夹杂物随环流上浮被渣层吸附并渣化的过程中，脱氧后洁净的钢水与未脱氧的钢液并未产生激烈的钢渣反应，保护钢水不受未脱氧钢渣的二次氧化，达到洁净钢水的目的；
S3、RH炉合金加入顺序控制
在钢中碳含量要求≤20ppm的范围内，超低碳加磷强化钢与一般超低碳钢相比合金加入量大，合金中微量的碳会造成钢中的碳成分超过控制范围，根据合金增碳量不同，采取脱氧前合金化与脱氧后合金化结合进行成分精确控制：
(1).因磷铁合金增碳30ppm，将磷铁在钢液脱氧前加入钢水与钢中的碳通过S2步骤环流气控制快速降至20ppm以下；
(2).钢水脱氧后将易氧化及增碳量少的锰、硅、钛、硼、稀土元素加入进行合金化。
2.根据权利要求1所述的超低碳加磷强化钢的冶炼方法，其特征在于,所述步骤S2中，在LF炉工序末期降低顶渣氧化性并保证顶渣一定碱度可以加快脱氧产物上浮并渣化的速度，减少二次氧化，降低钢水夹杂物含量。
3.根据权利要求1所述的超低碳加磷强化钢的冶炼方法，其特征在于,通过环流气控制工艺将钢水中的碳含量降低至15ppm以下。
4.根据权利要求1所述的超低碳加磷强化钢的冶炼方法，其特征在于,所述RH脱碳期为10-15min。
5.根据权利要求1所述的超低碳加磷强化钢的冶炼方法，其特征在于,熔渣TFe含量为8～10％；CaO/Al2O3值约为1.6-2.0。
6.根据权利要求1所述的超低碳加磷强化钢的冶炼方法，其特征在于,所述RH炉的就位氧含量为400～600ppm。
7.根据权利要求1所述的快速冶炼超低碳加磷强化钢的方法，其特征在于，RH炉的就位温度为1615～1630℃。
8.根据权利要求1所述的快速冶炼超低碳加磷强化钢的方法，其特征在于，RH炉的低流量环流气、中等流量环流气、高流量环流气分别对应环流气提升钢水速率为103t/min、110t/min、117t/min。
9.根据权利要求1所述的快速冶炼超低碳加磷强化钢的方法，其特征在于，单一种类合金对钢水总增碳量超过15ppm使用脱氧前合金化，单一种类合金对钢水总增碳量低于15ppm使用脱氧后合金化。
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