CN114000047B - 一种低碳高铬钢板坯及其连续高效生产方法 - Google Patents

一种低碳高铬钢板坯及其连续高效生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低碳高铬钢板坯及其连续高效生产方法，属于炼钢连铸领域。本发明的低碳高铬钢板坯，化学成分按重量百分比含量计包括碳：0.02～0.04％；硅：0.1～0.3％；锰：0.2～0.5％；磷：≤0.020％；硫：≤0.005％；铝：0.02～0.06％；镍：0.2～0.4％；铜：0.3～0.5％；铬：4.0～4.7％；钛：0.01～0.03％；氮：≤0.0080％；氧：≤0.0040％；氢：≤0.00025％；钙：0.0010～0.0035％，余量为铁和不可避免的杂质。本发明的生产方法，采用铁水预处理‑转炉冶炼‑RH真空处理‑LF精炼‑连铸的冶炼工序。本发明克服现有技术中低碳高铬钢的生产普遍成本较高、难以实现连续高效生产的不足，通过合理的工艺布局和合理分配各工序负荷，可实现高拉速连续浇注九炉以上，实现全工序高效生产。

Description

一种低碳高铬钢板坯及其连续高效生产方法
技术领域
本发明涉及炼钢连铸技术领域，更具体地说，涉及一种低碳高铬钢板坯及其连续高效生产方法。
背景技术
低碳高铬钢，具有耐大气腐蚀性能和一定的低温冲击韧性，广泛应用于铁道车辆等行业。由于在钢中加入少量的合金元素，如Cu、P、Cr、Ni等，使其在金属基体表面形成致密的、粘附性好的非晶态氧化层保护膜，从而使钢的腐蚀过程几乎不能深入进行，时间越长保护膜越致密，耐蚀作用越明显，具有较高的耐大气腐蚀性能，它比一般裸露金属结构钢性能更好。
大型转炉炼钢流程中，低碳高铬钢的高效连续生产是一个难题。由于其成分特殊性，需先由RH深处理脱碳，后由精炼LF加入铬铁合金化，铬铁合金加入量大。对具有LF精炼和RH功能的普碳钢厂，开发一种快捷高效的低碳高铬钢连续冶炼方法，能够使产品更具市场竞争力。
经检索，如公开号为CN105755357A的专利公开了一种低碳高铬钢的冶炼方法及其制备的低碳高铬钢，其化学成分为C：≤0.025％，Si：0.10～0.16％，Mn：0.32～0.48％，Nb：0.020-0.035％，Ni：0.20～0.35％，Al：0.02～0.04％，Cu：0.25-0.40％，Cr：3.6～4.0％。工艺路线为转炉冶炼-LF精炼-RH真空处理-连铸，通过转炉出钢加入20～35kg/t的铬铁合金，RH强制吹氧脱碳等工艺实现，LF精炼后钢水中铬含量高，RH强制吹氧脱碳过程中铬元素易氧化，不利于钢水深脱碳，且铬收得率很低，RH带铬脱碳工艺不成熟，且其产品中加入了较昂贵的Nb合金元素，成本很高。
又如公开号为CN105908056A的专利公开了一种低碳低氮高铬钢的冶炼方法，其化学成分为C：<0.03％，Si：≤0.10％，Mn：≤0.20％，P：≤0.020％，S：≤0.020％，N：≤0.0050％，Cr：3.0～3.55％。工艺路线为转炉冶炼-RH真空处理-转炉炉后合金化-LF精炼-连铸，该方案对转炉终点温度要求较高，不利于转炉炉况的稳定和顺行，且工艺流程长，不利于炼钢的高效生产。再如公开号为CN 102827989 B的专利公开了一种低碳高铬钢的生产方法，工艺路线为转炉冶炼-RH真空处理-LF精炼-连铸，该方案中转炉出钢碳含量0.2％过高，不利于RH高效脱碳，RH温度损失较大。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有技术中低碳高铬钢的生产普遍成本较高、难以实现连续高效生产的不足，拟提供一种低碳高铬钢板坯及其连续高效生产方法，本发明对板坯的生产，通过转炉冶炼控制，并结合RH真空脱碳、LF造渣等工艺布局。因其成分特殊性，LF需在有限的时间内加入约三十吨合金，且合金化过程中温降大，升温时间长，造成LF冶炼时间长，无法实现多炉连续浇注。如何合理分配各工序负荷，最大程度减少LF冶炼时间，达到炉机匹配，是此类低碳高铬钢连续高效生产的重点和难点。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种低碳高铬钢板坯，为使钢材具有较好的耐大气腐蚀性能，计算出的耐腐蚀性指数达到ASTM相关标准中的6.0及以上，同时考虑产品屈服抗拉等性能及制备成本，钢中的铜、镍、铬、硅、碳、锰含量需在特定范围内，该板坯的化学成分按重量百分比含量计(wt，％)为：碳：0.02～0.04％；硅：0.1～0.3％；锰：0.2～0.5％；磷：≤0.020％；硫：≤0.005％；铝：0.02～0.06％；镍：0.2～0.4％；铜：0.3～0.5％；铬：4.0～4.7％；钛：0.01～0.03％；氮：≤0.0080％；氧：≤0.0040％；氢：≤0.00025％；钙：0.0010～0.0035％，余量为铁和不可避免的杂质。
本发明的一种低碳高铬钢板坯的连续高效生产方法，需先采用RH真空处理脱除钢水中的残余碳，钢水脱氧后进LF工序升温造渣脱硫并合金化，使各元素符合设计要求，故采用铁水预处理-转炉冶炼-RH真空处理-LF精炼-连铸的冶炼工序其中转炉冶炼工序中，采用强底吹工艺，碳氧积0.0012～0.0018％，出钢不脱氧，出钢碳：0.02～0.05％，氧：400～600ppm。
更进一步地，铁水预处理中采用前扒渣浅脱硫工艺，扒渣亮面大于70％，扒渣后硫含量≤0.005％，可减轻LF的脱硫负担。
更进一步地，转炉冶炼工序中，废钢选用统废和渣钢，渣钢量少于10t，因铜、镍元素在转炉吹炼过程中不易氧化，故在废钢斗头部加入铜板6～7.3kg/t钢，镍板5.6～7kg/t钢，可减少LF铜、镍合金加入量，进而缩短LF冶炼时间；因工艺路径设计的特殊性，钢水进RH后，为保障真空处理时的钢包顶升高度，RH进站钢包钢水量不能低于280吨；同时为使LF精炼过程中快速成渣，正常吹氩及合金化时钢水无法溢出钢包，LF进站钢水量不能高于300吨，故转炉控制总装入量304～308t，稳定渣料消耗38～40kg/t钢，减少吹炼过程喷溅，转炉出钢时控制炉内钢水出净，出钢时钢包钢水量可稳定控制在280～290t，为LF冶炼提供条件；为保障LF进站温度符合要求，减少RH过量化学升温造成的真空槽耐材过度侵蚀，结合转炉炉况，合理的转炉终点温度控制范围为1650～1670℃，出钢过程不加脱氧剂，为RH脱碳创造条件；渣料石灰加入量为5.3～7kg/t钢，可减少LF造渣期间的石灰加入量，达到LF高效生产的目的。
更进一步地，盛钢钢包额定容量250～350吨，为在线周转红罐，充分烧洗，底吹效果良好；采用高铝和铬质引流砂，引流砂加入总量40～50kg，可提高连铸开浇自引成功率。
更进一步地，RH真空处理工序中，RH真空脱碳时间5～7min，根据进站温度脱碳期吹氧200～500m3进行升温，脱碳完成时采用铝粒脱除钢水中的氧，脱氧结束后温度1615～1625℃，脱氧钢水循环2～3min后加电解锰500～700kg、铌铁75～85kg和硅铁500～800kg，出站温度1565～1590℃。
更进一步地，LF精炼工序中，当RH出站温度符合要求情况下，LF造渣前温度可控制在1560～1580℃，电极加热升温速率4～5℃/min，加热后温度1590～1610℃，为LF高效造还原渣提供了良好条件；考虑微碳铬铁加入钢水后不接团并可快速熔化，合金料仓下料速度为800～1200kg/min，微碳铬铁加入量4～6t/次，可减少合金下料时间，同时减少LF升温次数至3～4次/炉，最终达到降低LF冶炼周期的目的，喂钙线前后弱搅总时间≥11min。
更进一步地，RH冶炼周期控制20～25min，LF冶炼周期控制70～90min。
更进一步地，连铸工序中，钢包上连铸台后镇静10～30min。连铸浇注步骤中，全程使用保护浇铸技术，浸入式水口插入深度120-180mm，中间包钢水温度1531～1551℃，塞棒吹氩流量3～7Nm3/h，可实现钢水的稳定浇注，结晶器液面波动控制在设定值的-3～3mm，二冷水工艺根据铸坯表面目标温度进行动态控制，动态轻压下量3.5～4.7mm，使用专用保护渣，保护渣碱度1.07～1.27、熔点1040～1140℃、粘度为1300℃下0.050～0.14Pa·S，连铸可稳定实现1.3～1.4m/min的高拉速浇注，浇注周期40～50min，因铸坯铬元素含量高，铸坯火焰切割气体使用天然气，火焰切割速度控制250～300mm/min，高拉速条件下可正常切断。
更进一步地，生产出的铸坯需保温坑保温至热装，铸坯切断至热装时间间隔≤5小时。
本发明中RH采用脱碳、初调硅、调锰、调铌含量的工艺，为LF造渣提供良好条件，出站碳：≤50ppm，硅：0.18～0.23％，锰：0.26～0.30％；LF阶段则加入渣料造渣脱硫，造渣期间调铬升温，造渣结束后微调其余合金元素，使成分满足设计要求；通过各工序工艺制度的良好配合，最大程度降低了LF冶炼周期。同时综合考虑温度对转炉炉况和RH真空槽的影响，通过合理控制转炉出钢温度、RH出站钢水温度，使LF进站温度最优；且LF采取合理造渣制度和合金加入规则，减轻LF冶炼难度，使全工序炉机匹配，实现连续高效多炉浇注的目的。经实践，生产出的低碳高铬耐候钢板坯成分满足设计要求，可连续高效生产9炉以上；且钢板坯组织均匀，合格率达到100％。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)本发明的一种低碳高铬钢板坯的连续高效生产方法，通过各工序工艺制度的良好配合，解决LF冶炼周期长的瓶颈问题，并考虑温度对转炉炉况和RH真空槽的影响，通过合理控制转炉出钢温度、RH出站钢水温度，使LF进站温度最优；且LF采取合理造渣制度和合金加入规则，减轻LF冶炼难度；缩短钢包由转炉出钢至开浇的盛钢时间，有效解决钢包盛钢时间长导致的开浇不自引问题，使全工序炉机匹配，可连续高效浇注的目的。
附图说明
图1为本发明中所获得的铸坯低倍显微组织示意图。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
根据所设计的低碳高铬耐候钢成分范围，本发明经铁水预处理脱硫、300t转炉冶炼、钢包吹氩、RH真空处理、LF精炼、连续浇注得到钢板坯，板坯尺寸规格7000～9000mm×1200～1400mm×230mm。
实施例1
本发明各实施例的钢板坯的化学成分如表1所示，成分检测根据GB/T 4336《碳素钢和中低合金钢多元素含量的测定火花放电原子发射光谱法(常规法)》进行。
表1低碳超高铬耐候钢的化学成分(％)
样品编号 C Si Mn P S Als Ti Ni Cu Cr
实施例1 0.02 0.20 0.2 0.009 0.0006 0.040 0.018 0.30 0.37 4.19
实施例2 0.04 0.30 0.5 0.02 0.005 0.06 0.03 0.4 0.5 4.7
实施例3 0.028 0.21 0.35 0.012 0.0008 0.043 0.028 0.2 0.36 4.0
实施例4 0.022 0.10 0.34 0.012 0.003 0.02 0.01 0.35 0.3 4.40
本实施例的低碳高铬钢板坯的连续高效生产方法，采用铁水预处理-转炉冶炼-RH真空处理-LF精炼-连铸的冶炼工序，其中：
铁水预处理中要求扒渣亮面大于70％，扒渣后硫含量≤0.005％；
转炉冶炼工序中，采用强底吹工艺，碳氧积0.0012％，出钢不脱氧，出钢碳：0.05％，氧：400ppm；
转炉冶炼工序中，废钢选用统废和渣钢，渣钢量少于10t，废钢斗头部加入铜板6kg/t钢，镍板7kg/t钢；转炉控制总装入量305t，出钢时钢包钢水量280t；转炉终点温度控制1650℃，出钢不加脱氧剂，出钢石灰加入量为2000kg；盛钢钢包额定容量250吨，为在线周转红罐，采用高铝和铬质引流砂，引流砂加入量40kg；
RH真空处理工序中，RH脱碳时间5min，根据进站温度脱碳期吹氧500m3进行升温，脱碳完成时采用铝粒脱除钢水中的氧，脱氧结束后温度1616℃，脱氧钢水循环3min后加电解锰500kg、铌铁75kg和硅铁800kg，出站温度1573℃；RH冶炼周期控制25min；
LF精炼工序中，LF为双工位钢包精炼炉，造渣前温度1562℃，电极加热升温速率5℃/min，加热后温度1595℃，微碳铬铁加入量6t/次，减少LF升温次数至4次/炉，喂钙线前后弱搅总时间≥11min；LF冶炼周期控制90min；
连铸工序中，钢包上连铸台后镇静30min，中间包钢水温度1551℃，塞棒吹氩流量3Nm3/h，动态轻压下量4.7mm，使用专用保护渣，保护渣碱度1.07、熔点1040℃、粘度为1300℃下0.05Pa·S，连铸拉速1.35m/min，浇注周期40min，铸坯火焰切割气体使用天然气，火焰切割速度控制250mm/min；
生产出的铸坯需保温坑保温至热装，铸坯切断至热装时间间隔4小时。
实施例2
本实施例的钢板坯的化学成分如表1所示，其生产方法也基本同实施例1，所不同的是实践操作中部分工序参数有所调整：
转炉冶炼工序中，采用强底吹工艺，碳氧积0.0018％，出钢碳：0.02％，氧：600ppm；
转炉冶炼工序中，废钢斗头部加入铜板7.3kg/t钢，镍板5.6kg/t钢；转炉控制总装入量308t，出钢时钢包钢水量290t；转炉终点温度控制1670℃，出钢石灰加入量为1806kg；盛钢钢包额定容量300吨，引流砂加入量50kg；
RH真空处理工序中，RH脱碳时间7min，脱碳期吹氧400m3进行升温，脱氧结束后温度1615℃，脱氧钢水循环2min后加电解锰700kg、铌铁80kg和硅铁600kg，出站温度1565℃；RH冶炼周期控制25min；
LF精炼工序中，造渣前温度1560℃，电极加热升温速率4℃/min，加热后温度1590℃，微碳铬铁加入量6t/次，减少LF升温次数至4次/炉，LF冶炼周期控制80min；
连铸工序中，钢包上连铸台后镇静20min，中间包钢水温度1549℃，塞棒吹氩流量4Nm3/h，动态轻压下量4.2mm，保护渣碱度1.17、熔点1100℃、粘度为1300℃下0.1Pa·S，连铸拉速1.3m/min，浇注周期40min，铸坯火焰切割速度控制250mm/min；
生产出的铸坯需保温坑保温至热装，铸坯切断至热装时间间隔8小时。
实施例3
本实施例的钢板坯的化学成分如表1所示，其生产方法也基本同实施例1，所不同的是实践操作中部分工序参数有所调整：
转炉冶炼工序中，采用强底吹工艺，碳氧积0.0016％，出钢碳：0.02％，氧：550ppm；
转炉冶炼工序中，废钢斗头部加入铜板7kg/t钢，镍板6kg/t钢；转炉控制总装入量304t，出钢时钢包钢水量285t；转炉终点温度控制1660℃，出钢石灰加入量为1500kg；盛钢钢包额定容量350吨，引流砂加入量50kg；
RH真空处理工序中，RH脱碳时间7min，脱碳期吹氧300m3进行升温，脱氧结束后温度1620℃，脱氧钢水循环2min后加电解锰600kg、铌铁85kg和硅铁500kg，出站温度1578℃；RH冶炼周期控制22min；
LF精炼工序中，造渣前温度1571℃，电极加热升温速率5℃/min，加热后温度1610℃，微碳铬铁加入量5t/次，减少LF升温次数至3次/炉，LF冶炼周期控制75min；
连铸工序中，钢包上连铸台后镇静10min，中间包钢水温度1531℃，塞棒吹氩流量7Nm3/h，动态轻压下量4.2mm，保护渣碱度1.27、熔点1140℃、粘度为1300℃下0.14Pa·S，连铸拉速1.4m/min，浇注周期45min，铸坯火焰切割速度控制300mm/min；
生产出的铸坯需保温坑保温至热装，铸坯切断至热装时间间隔10小时。
实施例4
本实施例的钢板坯的化学成分如表1所示，其生产方法也基本同实施例1，所不同的是实践操作中部分工序参数有所调整：
转炉冶炼工序中，采用强底吹工艺，碳氧积0.0014％，出钢碳：0.03％，氧：500ppm；
转炉冶炼工序中，废钢斗头部加入铜板6.5kg/t钢，镍板6.1kg/t钢；转炉控制总装入量306t，出钢时钢包钢水量290t；转炉终点温度控制1670℃，出钢石灰加入量为1788kg；盛钢钢包额定容量320吨，引流砂加入量48kg；
RH真空处理工序中，RH脱碳时间6min，脱碳期吹氧200m3进行升温，脱氧结束后温度1625℃，脱氧钢水循环3min后加电解锰550kg、铌铁80kg和硅铁650kg，出站温度1590℃；RH冶炼周期控制20min；
LF精炼工序中，造渣前温度1580℃，电极加热升温速率4.5℃/min，加热后温度1606℃，微碳铬铁加入量4t/次，减少LF升温次数至3次/炉，LF冶炼周期控制70min；
连铸工序中，钢包上连铸台后镇静15min，中间包钢水温度1547℃，塞棒吹氩流量5Nm3/h，动态轻压下量3.7mm，保护渣碱度1.1、熔点1060℃、粘度为1300℃下0.08Pa·S，连铸拉速1.4m/min，浇注周期50min，铸坯火焰切割速度控制280mm/min；
生产出的铸坯需保温坑保温至热装，铸坯切断至热装时间间隔6小时。
本发明中各实施例的炼钢个工序阶段工艺制度主要参数见表2。
表2低碳超高铬耐候钢工艺制度
Figure GDA0003727429090000071
表2低碳超高铬耐候钢工艺制度(续)
Figure GDA0003727429090000072
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种低碳高铬钢板坯的连续高效生产方法，其特征在于：该板坯的化学成分按重量百分比含量计(wt，％)为：碳：0.02～0.04％；硅：0.1～0.3％；锰：0.2～0.5％；磷：≤0.020％；硫：≤0.005％；铝：0.02～0.06％；镍：0.2～0.4％；铜：0.3～0.5％；铬：4.0～4.7％；钛：0.01～0.03％；氮：≤0.0080％；氧：≤0.0040％；氢：≤0.00025％；钙：0.0010～0.0035％，余量为铁和不可避免的杂质；
采用铁水预处理-转炉冶炼-RH真空处理-LF精炼-连铸的冶炼工序，其中铁水预处理中要求扒渣亮面大于70％，扒渣后硫含量≤0.005％；
转炉冶炼工序中，废钢选用统废和渣钢，渣钢量少于10t，废钢斗头部加入铜板6～7.3kg/t钢，镍板5.6～7kg/t钢；转炉控制总装入量304～308t，出钢时钢包钢水量280～290t；转炉终点温度控制1650～1670℃，出钢不加脱氧剂，出钢石灰加入量为1500～2000kg；采用强底吹工艺，碳氧积0.0012～0.0018％，出钢不脱氧，出钢碳：0.02～0.05％，氧：400～600ppm；
RH真空处理工序中，RH脱碳时间5～7min，根据进站温度脱碳期吹氧200～500m3进行升温，脱碳完成时采用铝粒脱除钢水中的氧，脱氧结束后温度1615～1625℃，脱氧钢水循环2～3min后加电解锰500～700kg、铌铁75～85kg和硅铁500～800kg，出站温度1565～1590℃；
LF精炼工序中，LF为双工位钢包精炼炉，造渣前温度1560～1580℃，电极加热升温速率4～5℃/min，加热后温度1590～1610℃，微碳铬铁加入量4～6t/次，减少LF升温次数至3～4次/炉，喂钙线前后弱搅总时间≥11min；RH冶炼周期控制20～25min，LF冶炼周期控制70～90min，可实现9炉及以上钢水高拉速条件下的连续浇注。
2.根据权利要求1所述的一种低碳高铬钢板坯的连续高效生产方法，其特征在于：盛钢钢包额定容量250～350吨，为在线周转红罐，采用高铝和铬质引流砂，引流砂加入量40～50kg。
3.根据权利要求1所述的一种低碳高铬钢板坯的连续高效生产方法，其特征在于：连铸工序中，钢包上连铸台后镇静10～30min，中间包钢水温度1531～1551℃，塞棒吹氩流量3～7Nm3/h，动态轻压下量3.7～4.7mm，使用专用保护渣，保护渣碱度1.07～1.27、熔点1040～1140℃、粘度为1300℃下0.05～0.14Pa·S，连铸拉速1.3～1.4m/min，浇注周期40～50min，铸坯火焰切割气体使用天然气，火焰切割速度控制250～300mm/min。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种低碳高铬钢板坯的连续高效生产方法，其特征在于：生产出的铸坯需保温坑保温至热装，铸坯切断至热装时间间隔4～10小时。
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