CN114318108A - 一种超低铝高纯工业纯铁生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超低铝高纯工业纯铁的生产方法,其制造流程为:(1)铁水预脱硫;(2)转炉;(3)LF精炼;(4)RH真空;(5)连铸;转炉使用自产低硫普碳废钢和双渣法脱磷、脱锰工艺,终点采用低温、高氧含量控制;转炉出钢及LF精炼过程中保持钢水和炉渣的高氧化性,在LF精炼氧化去除钢中磷和锰;RH真空脱碳后加铝脱氧,钢水铝含量在0.013~0.017%,利用炉渣对钢水的二次氧化作用进一步降低钢中铝含量,成品中Al含量为0.005%以内,氧含量控制达到0.005%以下;工业纯铁Fe元素的含量达到99.92%以上。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁冶炼技术领域,尤其涉及一种超低铝高纯工业纯铁生产方法。
背景技术
工业纯铁是钢的一种,要求钢中除Fe以外的其他元素含量越低越好。高纯工业纯铁Fe含量可以达到99.90%以上,是典型高技术附加值产品,用于稀土永磁材料和非晶材料的制备。超低铝工业纯铁要求钢中Al含量不大于0.005%,主要应用于对夹杂物含量要求严格的高级非晶材料等下游产业。铝是炼钢生产中重要的钢水脱氧材料,铝镇静钢中铝含量达到0.015%以上,才能保证钢水脱氧良好,因此超低铝工业纯铁生产是钢铁冶炼行业的技术难题。
专利CN108396091B公开了一种低硅低铝低氧钢的冶炼方法,工艺路线为铁水预脱硫—转炉—RH炉,在RH加铝将氧含量脱除到40~60ppm,然后喂Ca—Fe线,钢中Ca含量控制在10~25ppm,其Al含量可达到0.002%以内。该方法采用喂铁钙线的方式进行终脱氧,增加了合金成本。同时对于高纯工业纯铁产品,要求除Fe以外的元素越低越好,因此该方法不利于高纯工业纯铁的生产。
文献《工业纯铁及超纯铁的研发进展》(鞍钢技术.2015年第3期)介绍了国内外工业纯铁及超纯铁的研发进展,在铝含量控制方面,日本JFE生产工业纯铁时对钢水不进行脱氧处理,Al含量可达到0.002%以内,但氧含量实际达到了0.0075~0.018%,高氧含量易造成连铸生产时结晶器内钢水“沸腾”,并易形成气泡缺陷,并对下游应用有不利影响。
专利CN105603312A公开了一种超纯度工业纯铁的制造方法,起工艺步骤为:(1)EBT冶炼;(2)LF冶炼;(3)VD炉真空脱气;(4)浇铸。此方法采用CaO+CaF2+CaC2脱除精炼渣中氧,并采用稀土镧铈合金脱除钢中氧、硫,其Al含量可达到0.003%以内。该方法采用稀土镧铈合金进行脱氧,一方面增加了脱氧合金成本,同时稀土脱氧产物不易上浮去除,降低了纯铁洁净度,另外稀土元素总量达到0.005~0.015%,降低了工业纯铁的纯度。
发明内容
本发明的目的是提供一种超低铝高纯工业纯铁生产方法,本发明方法得到的工业纯铁氧含量控制在0.0050%以内,同时钢中Al含量控制在0.005%以内,并避免超低铝工业纯铁生产成本增加和钢质纯净度降低,可满足对夹杂物含量要求严格的纯铁的使用要求。
为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:
本发明采用的工业纯铁生产工艺路线为:铁水预脱硫—转炉—LF精炼—RH真空—连铸。转炉出钢及LF精炼过程对钢水和钢包炉渣不进行脱氧处理,LF精炼工序能够进一步降低钢中P、Mn含量,提高钢的纯度。RH真空脱碳后加铝脱氧,钢中铝含量控制在0.013~0.017%,钢包炉渣TFe含量控制在20%以上。在钢水浇铸前,利用高氧化性炉渣对钢水二次氧化的可控性,氧化去除钢中的铝,使工业纯铁Al含量达到0.005%以内。
本发明的工艺方法、主要步骤及工艺参数如下:
1)、铁水预脱硫
使用P含量高于0.14%、Mn含量高于0.4%的铁水原料,采用KR对铁水进行预脱硫处理,脱硫剂成分为CaO(90%)+CaF2(10%),根据处理前铁水硫含量调整脱硫剂用量和搅拌时间,将处理后铁水S含量控制在0.002%以内。
2)、转炉冶炼
转炉使用自产低硫、无合金废钢,减少增硫并控制钢中合金元素含量;采用双渣法冶炼,吹炼终点温度控制在1580℃~1620℃,碳含量控制小于0.035%,氧含量控制在0.075~0.10%;炉渣碱度为2.8~4.2,TFe含量大于23%。出钢钢水成分P含量小于0.010%,Mn含量小于0.05%,S含量小于0.005%。出钢时间5~7分钟,出钢过程加入渣料,钢水和炉渣均不进行脱氧处理。
3)、LF精炼
LF精炼对钢水和炉渣均不进行脱氧处理;加入白灰造渣,埋弧加热钢水温度到1610℃~1630℃;钢包炉渣碱度在5~7,TFe含量大于20%;钢包底吹氩气搅拌,促进钢渣反应。在钢水和炉渣高氧化性条件下,钢中P、Mn含量进一步降低,可达到P含量小于0.003%,Mn含量小于0.03%。
4)、RH真空
RH真空脱碳,脱碳期真空度小于100Pa,真空脱碳时间14~16分钟,脱碳处理后,钢中C含量达到小于0.0020%,氧含量小于0.04%;根据脱碳后钢水氧含量,加入铝粒脱除钢中的氧,Al含量控制目标范围为0.013~0.017%,氧含量达到小于0.005%;对钢包炉渣不进行脱氧处理,炉渣TFe含量大于15%;钢水温度为1590℃~1610℃,加铝脱氧到钢包开始浇铸间隔时间保持大于15分钟。
5)、连铸
中包钢水平均过热度控制在30℃~45℃,采用长水口、中包覆盖剂等保护浇铸措施,中包钢水氧含量小于0.0050%。可实现多炉连浇,结晶器液位控制平稳。铸坯低倍无气泡、针孔等缺陷。
该纯铁按重量百分比由以下成分组成:C≤0.002%、Si≤0.005%、Mn≤0.03%、P≤0.003%、S≤0.005%、Al≤0.005%、O≤0.005%、Ni≤0.015%、Cr≤0.010%、Cu≤0.010%,其余为Fe及其它不可避免的杂质。
与现有技术相比,本发明的有益技术效果:
通过本发明的工艺方法,在RH真空脱碳后加铝脱氧,控制Al含量在0.013~0.017%,利用高氧化性钢包炉渣对钢水的二次氧化作用,将铝含量控制在0.005%以下的超低范围,避免了超低铝工业纯铁生产成本的增加,并且提高了产品的纯净度。
利用本发明的工艺方法,采用“转炉+LF精炼”复合脱磷、脱锰的方法,实现了使用P含量高于0.14%、Mn含量高于0.4%的铁水原料批量化生产高纯工业纯铁,Fe元素含量达到99.92%以上(主要杂质元素包括C、Si、Mn、P、S、Al、O、Ni、Cr、Cu)。
附图说明
下面结合附图说明对本发明作进一步说明。
图1为本发明实施实施例1板坯的低倍组织。
具体实施方式
以下用实施例对本发明作更详细的描述。这些实施例仅仅是对本发明最佳实施方式的描述,并不对本发明的范围有任何限制。
实施实施例1—实施例7:
采用KR对铁水进行预脱硫处理,脱硫剂用量根据铁水硫含量确定,搅拌时间为23~28分钟,处理后硫含量降低到0.001%。为促进钢水脱磷、脱锰,转炉采用双渣法冶炼,吹炼终点温度控制小于1630℃,碳含量小于0.035%,氧含量大于0.075%;调整转炉炉渣碱度在2.8~4.2,TFe大于23%;出钢钢水P含量小于0.010%,Mn含量小于0.06%。出钢过程钢渣和钢水不进行脱氧处理,在LF精炼造渣,调整钢包炉渣碱度到5~7;钢包底吹氩气,促进钢渣反应,钢中P、Mn含量进一步降低。RH真空深脱碳,脱碳后钢中加入铝粒脱氧,钢中铝含量范围为0.013~0.018%;钢包炉渣TFe含量保持大于15%,炉渣对钢水的二次氧化使钢中铝含量降低0.005~0.011%,钢中Al含量降低到0.005%以内,Fe含量达到99.92%以上(主要杂质元素包括C、Si、Mn、P、S、Al、O、Ni、Cr、Cu)。
对发明实施实施例1~实施例7的铁水原料进行脱硫预处理,对铁水原料成分、KR脱硫主要工艺参数以及脱硫后铁水离位硫含量,进行了检测和调整,具体见表1。KR处理后,铁水S含量均达到0.001%
表1本发明实施实施例1~实施例7KR铁水预脱硫工艺参数
对发明实施实施例1~实施例7的转炉冶炼终点碳、氧含量和温度进行控制,并对转炉出钢前钢水主要成分进行检测,具体见表2。
表2本发明实施实施例1~实施例7转炉终点控制参数及出钢成分
对发明实施实施例1~实施例7的转炉炉渣进行了取样化验,炉渣成分见表3。
表3本发明实施实施例1~实施例7转炉炉渣成分(%)
实施例 | SiO<sub>2</sub> | CaO | TFe | MgO | R |
实施例1 | 11.1 | 36.3 | 24.19 | 7.88 | 3.3 |
实施例2 | 10.68 | 32.36 | 28.01 | 8.45 | 3.0 |
实施例3 | 9.97 | 38.9 | 24.39 | 8.97 | 3.9 |
实施例4 | 8.57 | 36.1 | 28.1 | 8.6 | 4.2 |
实施例5 | 7.7 | 30.5 | 35.1 | 11.5 | 3.9 |
实施例6 | 10.55 | 35.67 | 25.11 | 7.58 | 3.4 |
实施例7 | 10.91 | 31.97 | 28.74 | 8.88 | 2.9 |
对发明实施实施例1~实施例7在LF精炼进行加热及脱P、脱Mn处理,工艺参数及成分检测情况见表4。
表4本发明实施实施例1~实施例7LF精炼工艺参数及离位钢水成分
由表2和表4,LF精炼后,钢中P、Mn含量均有降低,其中P含量降幅显著。
本发明实施实施例1~实施例7在RH进行真空脱碳处理,工艺参数见表5。
表5本发明实施实施例1~实施例7RH真空脱碳工艺参数
本发明实施实施例1~实施例7根据脱碳后氧含量加铝脱氧,钢水铝含量目标范围为0.013~0.017%,加铝量根据脱碳后钢水剩余氧含量确定。RH钢包炉渣不进行脱氧处理,保持炉渣的高氧化性,炉渣组分见表6。
表6本发明实施实施例1~实施例7RH钢包炉渣组分(%)
实施例 | TFe | CaO | SiO<sub>2</sub> | MgO | Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | R |
实施例1 | 17.91 | 47.66 | 8.65 | 6.48 | 20.03 | 5.5 |
实施例2 | 19.84 | 43.36 | 8.13 | 6.46 | 24.79 | 5.3 |
实施例3 | 19.07 | 43.64 | 8.00 | 5.98 | 24.58 | 5.5 |
实施例4 | 14.25 | 50.71 | 8.77 | 6.37 | 23.07 | 5.8 |
实施例5 | 14.32 | 52.95 | 8.50 | 5.57 | 22.37 | 6.2 |
实施例6 | 20.6 | 44.6 | 9.2 | 6.8 | 20.3 | 4.8 |
实施例7 | 20.6 | 48.2 | 9.3 | 6.8 | 21.8 | 5.2 |
本发明实施实施例1~实施例7RH真空处理后钢水成分检测情况见表7。
表7本发明实施实施例1~实施例7RH真空处理后钢水成分(%)
实施例 | C | Si | Mn | P | S | Alt | Als |
实施例1 | 0.0005 | 0.001 | 0.05 | 0.0031 | 0.0048 | 0.013 | 0.012 |
实施例2 | 0.0003 | 0.002 | 0.03 | 0.0021 | 0.0040 | 0.011 | 0.009 |
实施例3 | 0.0002 | 0.001 | 0.03 | 0.0029 | 0.0046 | 0.010 | 0.009 |
实施例4 | 0.0004 | 0.004 | 0.03 | 0.0035 | 0.0042 | 0.013 | 0.008 |
实施例5 | 0.0007 | 0.003 | 0.03 | 0.0026 | 0.0033 | 0.018 | 0.018 |
实施例6 | 0.0008 | 0.001 | 0.02 | 0.002 | 0.004 | 0.017 | 0.0145 |
实施例7 | 0.0009 | 0.002 | 0.015 | 0.002 | 0.006 | 0.013 | 0.011 |
本发明实施实施例1~实施例7,钢水在RH加铝脱氧后,利用高氧化性炉渣对钢水的二次氧化作用,进一步降低钢中Al含量,实现铝含量在0.005%以内的超低铝含量控制,同时钢水氧含量可控制在0.005%以下,连铸钢水成分见表8。
表8本发明实施实施例1~实施例7连铸中包钢水成分(%)
注:本发明实施实施例未统计除上表中已列出的其它痕量元素,所计算的Fe元素含量包括其它不可避免的痕量元素。
由表7和表8可知,由于炉渣二次氧化产生的钢中铝含量的降低,平均值为0.008%,工业纯铁中Fe元素的含量可达到99.92%以上(主要杂质元素包括:C、Si、Mn、P、S、Al、O、Ni、Cr、Cu)。
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 (3)
1.一种超低铝高纯工业纯铁生产方法,其特征在于,生产工艺路线为:铁水预脱硫—转炉—LF精炼—RH真空—连铸;转炉出钢及LF精炼过程对钢水和钢包炉渣不进行脱氧处理,LF精炼工序能够进一步降低钢中P、Mn含量,提高钢的纯度,RH真空脱碳后加铝脱氧,钢中铝含量控制在0.013~0.017%,钢包炉渣TFe含量控制在20%以上,在钢水浇铸前,利用高氧化性炉渣对钢水二次氧化的可控性,氧化去除钢中的铝,使工业纯铁Al含量达到0.005%以内。
2.根据权利要求1所述的超低铝高纯工业纯铁生产方法,其特征在于,具体步骤及工艺参数包括:
1)、铁水预脱硫
使用P含量高于0.14%、Mn含量高于0.4%的铁水原料,采用KR对铁水进行预脱硫处理,脱硫剂成分为CaO(90%)+CaF2(10%),根据处理前铁水硫含量调整脱硫剂用量和搅拌时间,将处理后铁水S含量控制在0.002%以内;
2)、转炉冶炼
转炉使用自产低硫、无合金废钢,减少增硫并控制钢中合金元素含量;采用双渣法冶炼,吹炼终点温度控制在1580℃~1620℃,碳含量控制小于0.035%,氧含量控制在0.075~0.10%;炉渣碱度为2.8~4.2,TFe含量大于23%;出钢钢水成分P含量小于0.010%,Mn含量小于0.05%,S含量小于0.005%;出钢时间5~7分钟,出钢过程加入渣料,钢水和炉渣均不进行脱氧处理;
4)、LF精炼
LF精炼对钢水和炉渣均不进行脱氧处理;加入白灰造渣,埋弧加热钢水温度到1610℃~1630℃;钢包炉渣碱度在5~7,TFe含量大于20%;钢包底吹氩气搅拌,促进钢渣反应;在钢水和炉渣高氧化性条件下,钢中P、Mn含量进一步降低,可达到P含量小于0.003%,Mn含量小于0.03%;
5)、RH真空
RH真空脱碳,脱碳期真空度小于100Pa,真空脱碳时间14~16分钟,脱碳处理后,钢中C含量达到小于0.0020%,氧含量小于0.04%;根据脱碳后钢水氧含量,加入铝粒脱除钢中的氧,Al含量控制目标范围为0.013~0.017%,氧含量达到小于0.005%;对钢包炉渣不进行脱氧处理,炉渣TFe含量大于15%;钢水温度为1590℃~1610℃,加铝脱氧到钢包开始浇铸间隔时间保持大于15分钟;
6)、连铸
中包钢水平均过热度控制在30℃~45℃,采用长水口、中包覆盖剂等保护浇铸措施,中包钢水氧含量小于0.0050%。
3.根据权利要求1或2所述的超低铝高纯工业纯铁生产方法,其特征在于,该纯铁按重量百分比由以下成分组成:C≤0.002%、Si≤0.005%、Mn≤0.03%、P≤0.003%、S≤0.005%、Al≤0.005%、O≤0.005%、Ni≤0.015%、Cr≤0.010%、Cu≤0.010%,其余为Fe及其它不可避免的杂质。
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