CN114395660A

CN114395660A - 一种连铸连轧用高钛低氮钢及其制备方法

Info

Publication number: CN114395660A
Application number: CN202111513548.2A
Authority: CN
Inventors: 关春阳; 李战军; 徐永先; 刘金刚; 马跃; 高智慧; 富晓航; 李阳; 杨荣光; 谢翠红; 师大兴; 周映男; 王洪东; 张镇; 庞陆峰; 魏延根
Original assignee: Shougang Jingtang United Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Shougang Jingtang United Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2021-12-13
Filing date: 2021-12-13
Publication date: 2022-04-26

Abstract

本发明特别涉及一种连铸连轧用高钛低氮钢及其制备方法，属于钢铁冶炼技术领域，方法包括：将铁水进行KR脱硫预处理，获得脱硫铁水；将所述脱硫铁水进行转炉冶炼，获得转炉钢水；将所述转炉钢水进行精炼，获得浇铸钢水；所述精炼包括LF精炼和VD精炼；将所述浇铸钢水进行连铸、连轧，获得高钛低氮钢；通过采用LF+VD双联工艺，控制冶炼过程中各个工艺参数，可使钢中实现了钛含量0.030％‑0.15％、氮含量≤30ppm和硫含量≤0.0020％的高钛低氮类钢种的稳定控制，满足了高钛低氮类钢种工业化过程的、批量生产的需求。

Description

一种连铸连轧用高钛低氮钢及其制备方法

技术领域

本发明属于钢铁冶炼技术领域，特别涉及一种连铸连轧用高钛低氮钢及其制备方法。

背景技术

钛在钢中可作为脱氧剂、固氮元素和合金化等使用。在钢中添加微量的钛(0.010％-0.030％)时，可细化钢的组织、提高钢的强度、改善钢的塑性和冲击韧性等；随着钛含量的增加，当钛含量≥0.07％时，钢材的韧性和加工性能等会大幅提升。

钢中的氮元素，主要是以化合物的形式存在，溶解的氮含量很少，氮在钢中的作用有两个方面，一是氮是一种重要的合金化元素，在氮含量一定量的前提条件下，可在钢中形成氮化物或采用渗氮的方法可提高钢材的强度、硬度和耐磨性等；二是不利影响，当氮含量过高时，易形成合金氮化物，降低了合金元素的作用，形成的大量的氮化物降低产品的塑性，同时容易溢出生成气泡使产品产生缺陷。

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，同时连铸连轧高级别品种钢比例也在提高，对于高附加值的高钛类产品都要求低的氮含量，此类钢种钛含量要求为0.030％-0.15％，氮含量要求≤30ppm，因此对于高钛类钢种低氮成分的控制工艺成为该类产品生产的限制性环节。

中国发明专利申请201810935098.8公开了一种高钛钢生产工艺，其采用的冶炼工艺为LF+RH，主要是通过LF炉快速造渣及控氮工艺减少LF环节增氮，同时将全部钛铁由RH真空过程加入，使LF炉钢水增氮量由10ppm降至3ppm，钛收得率由65％提高到90％，该专利生产的高钛钢钛含量为0.11％，氮含量为33.8ppm-40.5ppm。该专利实现了高钛钢的生产，但是对于氮含量≤30mm的高钛钢仍不能满足生产。

中国发明专利申请202010476566.7公开了一种高钛钢的生产方法，其采用的冶炼工艺为转炉—LF—RH—板坯连铸，主要是通过转炉出钢、LF、RH分步对钢水进行脱氧合金化，精炼过程向钢包内加入高钛低碳钢精炼渣造渣并控制钢包渣成分，生产的高钛钢的钛含量为0.1-0.8％，实现了大于120分钟的连续浇注，浇注出的铸坯表面无裂纹，内部质量良好。该专利实现了高钛钢的生产，但是对于氮含量的控制并未提及，而高钛钢种冶炼过程中的氮含量超标问题是影响高钛钢生产的关键因素之一，对于高钛低氮类钢种的生产在该专利中并未涉及到。

中国发明专利申请201110403472.8公开了一种控制低氮钢氮含量的方法，其采用的冶炼工艺为转炉—RH，主要通过转炉采用高铁水、低废钢比，硅铁配硅至0.4％，吹氧期间全程降烟罩，采用0.05-0.07％的高拉碳工艺，一次拉碳出钢，出钢过程及氩站不吹氩；RH精炼过程氩气流量从抽真空开始控制在150Nl/h，深真空处理时间控制在8-12min，加入合金后镇静时间为7-9min；连铸采用氩气保护浇注，解决钢中增氮问题，成品样氮含量控制在0.0016-0.0020％。但是该专利只针对普通钢种，并未涉及到高合金含量下带来的氮含量控制问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种连铸连轧用高钛低氮钢及其制备方法，采用“KR铁水脱硫预处理—转炉冶炼—LF炉精炼—VD真空处理—连铸连轧”的冶炼工艺，可实现钛含量0.030％-0.15％，氮含量≤30ppm，同时硫含量≤0.0020％的高钛低氮钢种冶炼生产要求，实现低成本高钛低氮钢冶炼，满足了工业化、批量生产的需求。

本发明实施例提供了一种连铸连轧用高钛低氮钢的制备方法，所述方法包括：

将铁水进行KR脱硫预处理，获得脱硫铁水；

将所述脱硫铁水进行转炉冶炼，获得转炉钢水；

将所述转炉钢水进行精炼，获得浇铸钢水；所述精炼包括LF精炼和VD精炼；所述LF精炼的精炼渣加入量为6-8kg/t钢，所述LF精炼的终渣氧化性≤1.5％，所述LF精炼的炉渣二元碱度R为6.0-8.0，所述LF精炼采用埋弧操作，所述LF精炼的一次加热时间为12min-15min，所述LF精炼的底吹流量为300NL/min-400NL/min；所述VD精炼的处理时间为15min-20min，所述VD精炼的底吹流量50NL/min-150NL/min，所述VD精炼的真空度≤100Pa，所述VD精炼的合金化时机为真空处理6min时；

将所述浇铸钢水进行连铸、连轧，获得高钛低氮钢。

可选的，以质量计，所述脱硫铁水中的S含量≤0.0010％。

可选的，所述方法还包括：将所述脱硫铁水进行扒渣处理，以面积计，所述扒渣处理的扒渣亮面≥95％。

可选的，以质量计，所述转炉冶炼的废钢比为13％-15％。

可选的，以质量计，所述转炉冶炼添加的废钢的S含量≤0.0030％，所述转炉冶炼添加的辅料的S含量≤0.0030％。

可选的，所述转炉冶炼的出钢采用圆流出钢，脱氧剂的加入时机为出钢2min后，渣料的加入时间为出钢2.5min时，所述渣料的加入量为8kg/t钢。

可选的，以质量计，所述LF精炼增氮量控制在≤12ppm，所述LF精炼结束时钢液中的S含量≤0.0020％。

可选的，以质量计，所述VD精炼中钢液的Ti含量控制在0.030％-0.15％，所述VD精炼中钢液的N含量控制在≤28ppm，所述VD精炼中钢液的S含量控制在≤20ppm，所述VD精炼中钢液的真空脱氮率控制在15％-35％。

可选的，所述连铸过程采用双环缝套管和垫圈。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种连铸连轧用高钛低氮钢，所述高钛低氮钢采用如上所述的连铸连轧用高钛低氮钢的制备方法制得。

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：

本发明实施例提供的连铸连轧用高钛低氮钢的制备方法，所述方法包括：将铁水进行KR脱硫预处理，获得脱硫铁水；将所述脱硫铁水进行转炉冶炼，获得转炉钢水；将所述转炉钢水进行精炼，获得浇铸钢水；所述精炼包括LF精炼和VD精炼；所述LF精炼的精炼渣加入量为6-8kg/t钢，所述LF精炼的终渣氧化性≤1.5％，所述LF精炼的炉渣二元碱度R为6.0-8.0，所述LF精炼采用埋弧操作，所述LF精炼的一次加热时间为12min-15min，所述LF精炼的底吹流量为300NL/min-400NL/min；所述VD精炼的处理时间为15min-20min，所述VD精炼的底吹流量50NL/min-150NL/min，所述VD精炼的真空度≤100Pa，所述VD精炼的合金化时机为真空处理6min时；将所述浇铸钢水进行连铸、连轧，获得高钛低氮钢；通过采用LF+VD双联工艺，控制冶炼过程中各个工艺参数，可使钢中实现了钛含量0.030％-0.15％、氮含量≤30ppm和硫含量≤0.0020％的高钛低氮类钢种的稳定控制，满足了高钛低氮类钢种工业化过程的、批量生产的需求。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

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。

本申请实施例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，提供了一种连铸连轧用高钛低氮钢及其制备方法方法包括以下步骤：

S1.KR铁水脱硫预处理：KR铁水脱硫预处理后铁水中的[S]≤0.0010％，脱硫后进行扒渣处理，扒渣亮面要求≥95％。

S2.转炉冶炼：严格控制废钢比，废钢比为13-15％；吹氧期间降烟罩；采用低硫废钢和辅料，控制废钢的硫含量≤0.0030％、辅料的硫含量≤0.0030％，转炉冶炼终点的硫含量控制≤0.0040％；保证终点命中率，一次拉碳出钢；转炉终点的氮含量控制在12-18ppmm。

S3.转炉出钢：要求圆流出钢，出钢2min后加入强脱氧剂对钢水进行脱氧，减少出钢过程中钢水增氮量；出钢2.5min时向钢包加入渣料8kg/t钢，形成液态渣覆盖于钢水表面，防止钢水与空气接触吸氮；出钢过程的增氮量控制在≤10ppm。

S4.LF炉精炼：精炼渣的加入量6-8kg/t钢，终渣氧化性(FeO+MnO)≤1.5％，炉渣二元碱度R＝CaO/SiO₂＝6.0～8.0；采用埋弧操作，避免钢水裸露；精炼过程中控制一次加热时间为12-15min；精炼过程底吹流量控制在300-400NL/min；精炼过程的增氮量控制在≤12ppm，精炼结束硫含量≤0.0020％。需要说明的是，以质量分数计，精炼渣的成分包括：CaO＝48％-52％、SiO₂＝5％-8％、MgO＝7-10％、Al₂O₃＝18％-25％。

控制精炼渣的加入量为6-8kg/t钢的原因是起到精炼钢液、隔绝空气防止增氮的作用。

控制精炼过程中控制一次加热时间为12-15min的原因是防止由于加热时间较长，使电极附近的空气发生电离产生N₂进入钢液，引起钢液增氮。

控制精炼过程底吹流量控制在300-400NL/min的原因是控制合适的底吹气体搅拌强度，在达到精炼效果的同时，避免底吹流量较大引起的钢液面裸露而导致的钢液增氮。

S5.VD真空精炼：VD真空处理时间为15-20min，钢包底吹流量50-150NL/min，真空度控制在≤100Pa；真空处理6min时，采用真空加料器加入钛铁合金进行合金化，钛含量可控制0.030％-0.15％；钢种的氮含量控制在≤28ppm，VD真空脱氮率控制在15％-35％；VD处理后钢中的硫含量控制在≤20ppm。

控制VD真空处理时间为15-20min的原因是真空状态下脱氮需要一定的真空处理时间，时间太短脱氮量少，时间太长会导致真空过程温降增大。

控制钢包底吹流量为50-150NL/min的原因是真空状态下脱氮需要钢液中有一定量的气泡，带动钢中氮气从钢液中上浮到真空室，从而起到脱氮的效果，流量太小脱氮率不足，流量太大钢液搅拌太强易引起溢渣。

控制真空度≤100Pa的原因是高真空度条件下真空室内气体分压减少，可以显著提高真空脱单效率。

S6.连铸连轧：浇铸过程采用双环缝套管和垫圈，使用氩封保护；要求垫圈具有较好的韧性、厚度范围为3mm-5mm；中包液面加入覆盖剂；整个浇铸过程中保证钢液面覆盖效果，浇铸过程增氮量控制在2ppm以内。

下面将结合实施例、对照例及实验数据对本申请的连铸连轧用高钛低氮钢及其制备方法进行详细说明。

实施例1

钢种SG700BL，目标成品钛含量0.12％，氮含量≤30ppm，硫含量≤20ppm，采用的工艺路线为：KR铁水脱硫预处理—转炉冶炼—LF炉精炼—VD真空处理—连铸连轧。

KR铁水脱硫预处理：采用KR搅拌脱硫，脱后铁水中的[S]＝0.0010％；脱硫后进行扒渣处理，扒渣亮面达到95％。

转炉冶炼：严格控制废钢比，废钢比为15％；吹氧期间降烟罩；采用低硫废钢和辅料，控制废钢的硫含量0.0020％、辅料的硫含量0.0030％，转炉冶炼终点的硫含量控制0.0040％；保证终点命中率，一次拉碳出钢；转炉终点的氮含量控制在18ppmm。

转炉出钢：维护出钢口，保证圆流出钢，出钢2min加入强脱氧剂对钢水进行脱氧，减少出钢过程中钢水增氮量；出钢2.5min时向钢包加入渣料8kg/t钢，形成液态渣覆盖于钢水表面，防止钢水与空气接触吸氮；出钢过程的增氮量控制在10ppm。

LF炉精炼：精炼渣的加入量8kg/t钢，终渣氧化性(FeO+MnO)＝1.5％，炉渣二元碱度R＝CaO/SiO₂＝8.0；采用埋弧操作，避免钢水裸露；精炼过程中控制一次加热时间为15min；精炼过程底吹流量控制在400NL/min；精炼过程的增氮量控制在12ppm，精炼结束硫含量0.0015％。

VD真空精炼：VD真空处理时间为20min，钢包底吹流量120NL/min，真空度控制在≤100Pa；真空处理6min时，采用真空加料器加入钛铁合金进行合金化，钛含量可控制0.12％；钢种的氮含量控制在26ppmm，VD真空脱氮率为35％；VD处理后钢中的硫含量控制在10ppm。

连铸连轧：浇铸过程采用双环缝套管和垫圈，使用氩封保护；要求垫圈具有较好的韧性、厚度范围为5mm；中包液面加入覆盖剂；整个浇铸过程中保证钢液面覆盖效果，浇铸过程增氮量控制在1.2ppm以内。

实施例2

S350GD，目标成品钛含量0.07％，氮含量≤30ppm，硫含量≤20ppm，采用的工艺路线为：KR铁水脱硫预处理—转炉冶炼—LF炉精炼—VD真空处理—连铸连轧。

KR铁水脱硫预处理：采用KR搅拌脱硫，脱后铁水中的[S]＝0.0010％；脱硫后进行扒渣处理，扒渣亮面达到98％。

转炉冶炼：严格控制废钢比，废钢比为13％；吹氧期间降烟罩；采用低硫废钢和辅料，控制废钢的硫含量0.0030％、辅料的硫含量0.0030％，转炉冶炼终点的硫含量控制0.0040％；保证终点命中率，一次拉碳出钢；转炉终点的氮含量控制在15ppmm。

转炉出钢：维护出钢口，保证圆流出钢，出钢2min加入强脱氧剂对钢水进行脱氧，减少出钢过程中钢水增氮量；出钢2.5min时向钢包加入渣料8kg/t钢，形成液态渣覆盖于钢水表面，防止钢水与空气接触吸氮；出钢过程的增氮量控制在8ppm。

LF炉精炼：精炼渣的加入量6kg/t钢，终渣氧化性(FeO+MnO)＝1.0％，炉渣二元碱度R＝CaO/SiO₂＝6.0；采用埋弧操作，避免钢水裸露；精炼过程中控制一次加热时间为12min；精炼过程底吹流量控制在200NL/min；精炼过程的增氮量控制在10ppm，精炼结束硫含量0.0020％。

VD真空精炼：VD真空处理时间为18min，钢包底吹流量80NL/min，真空度控制在≤100Pa；真空处理6min时，采用真空加料器加入钛铁合金进行合金化，钛含量可控制0.07％；钢种的氮含量控制在24ppmm，VD真空脱氮率为27％；VD处理后钢中的硫含量控制在15ppm。

连铸连轧：浇铸过程采用双环缝套管和垫圈，使用氩封保护；要求垫圈具有较好的韧性、厚度范围为3mm；中包液面加入覆盖剂；整个浇铸过程中保证钢液面覆盖效果，浇铸过程增氮量控制在1.6ppm以内。

对比例1

本对比例除冶炼工艺为LF+RH，LF炉精炼的总渣量≥1500kg，加渣料破渣后大氩气搅拌＜5min外，其他步骤均和实施例1相同。

对比例2

本对比例除冶炼工艺为LF+RH，精炼渣成分含有BaO和SrO，转炉出钢4/5时向钢包内加入高钛钢精炼渣2-5kg/吨钢以及萤石；在LF精炼开始加入高钛钢精炼渣10kg/t钢外，其他步骤均和实施例1相同

将实施例1-2和对比例1-N制得的钢进行元素含量检测，测试结果如下表所示。

	钛含量	氮含量	硫含量
				实施例1	0.12％	27.2ppm	10ppm
实施例2	0.07％	25.6ppm	15ppm
				对比例1	0.11％	33.8ppm-40.5ppm	-
对比例2	0.1％-0.8％	-	80ppm

由上表可得，采用本发明制得的钢产品满足目标要求，故本方法满足高钛低氮类钢种的冶炼要求，通过对比例和实施例数据的对比可得，当冶炼工艺参数不在本申请提供的范围内时，会出现高钛钢冶炼时氮含量和硫含量控制不能满足要求的情况。

本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少还具有如下技术效果或优点：

(1)本发明实施例提供的方法采用“KR铁水脱硫预处理—转炉冶炼—LF炉精炼—VD真空处理—连铸连轧”的冶炼工艺，可实现钛含量0.030％-0.15％，氮含量≤30ppm，同时硫含量≤0.0020％的高钛低氮钢种冶炼生产要求，该方法可以实现低成本高钛低氮钢冶炼，满足了工业化、批量生产的需求；

(2)本发明实施例提供的方法采用LF+VD双联工艺实现了钛含量0.030％-0.15％、氮含量≤30ppm和硫含量≤0.0020％的高钛低氮钢种的稳定控制。

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

1.一种连铸连轧用高钛低氮钢的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

将铁水进行KR脱硫预处理，获得脱硫铁水；

将所述脱硫铁水进行转炉冶炼，获得转炉钢水；

将所述浇铸钢水进行连铸、连轧，获得高钛低氮钢。

2.根据权利要求1所述的连铸连轧用高钛低氮钢的制备方法，其特征在于，以质量计，所述脱硫铁水中的S含量≤0.0010％。

3.根据权利要求1所述的连铸连轧用高钛低氮钢的制备方法，其特征在于，所述方法还包括：将所述脱硫铁水进行扒渣处理，以面积计，所述扒渣处理的扒渣亮面≥95％。

4.根据权利要求1所述的连铸连轧用高钛低氮钢的制备方法，其特征在于，以质量计，所述转炉冶炼的废钢比为13％-15％。

5.根据权利要求1所述的连铸连轧用高钛低氮钢的制备方法，其特征在于，以质量计，所述转炉冶炼添加的废钢的S含量≤0.0030％，所述转炉冶炼添加的辅料的S含量≤0.0030％。

6.根据权利要求1所述的连铸连轧用高钛低氮钢的制备方法，其特征在于，所述转炉冶炼的出钢采用圆流出钢，脱氧剂的加入时机为出钢2min后，渣料的加入时间为出钢2.5min时，所述渣料的加入量为8kg/t钢。

7.根据权利要求1所述的连铸连轧用高钛低氮钢的制备方法，其特征在于，以质量计，所述LF精炼增氮量控制在≤12ppm，所述LF精炼结束时钢液中的S含量≤0.0020％。

8.根据权利要求1所述的连铸连轧用高钛低氮钢的制备方法，其特征在于，以质量计，所述VD精炼中钢液的Ti含量控制在0.030％-0.15％，所述VD精炼中钢液的N含量控制在≤28ppm，所述VD精炼中钢液的S含量控制在≤20ppm，所述VD精炼中钢液的真空脱氮率控制在15％-35％。

9.根据权利要求1所述的连铸连轧用高钛低氮钢的制备方法，其特征在于，所述连铸过程采用双环缝套管和垫圈。

10.一种连铸连轧用高钛低氮钢，其特征在于，所述高钛低氮钢采用如权利要求1至9中任意一项所述的连铸连轧用高钛低氮钢的制备方法制得。