CN114472825B - 非钙处理低碳铝镇静含磷钢的连浇方法 - Google Patents
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Abstract
非钙处理低碳铝镇静含磷钢的连浇方法，涉及低碳铝镇静含磷钢连浇技术领域，特别是属于一种非钙处理低碳铝镇静含磷钢的连浇方法。包括以下步骤：步骤1，优化铁水条件：采用“铁水预脱硫”处理，使入炉铁水硫含量降低到0.02%以下；步骤2，优化转炉操作及出钢控制：控制转炉渣碱度、适当降低枪位；步骤3，LF精炼：钢包LF就位钢水温度不低于1550℃；步骤4，连铸：注流保护浇注采用耐火材料保护套管浸入式水口及惰性气体屏蔽；中间包加覆盖剂同时全程通氩气进行保护。本发明在保证钢液浇注顺行的前提下，进行非钙处理，可以改善炼钢环境，实现绿色炼钢，具有明显的经济效益和生态环保效益。
Description
技术领域
本发明涉及低碳铝镇静含磷钢连浇技术领域，特别是属于一种非钙处理低碳铝镇静含磷钢的连浇方法。
背景技术
铝由于成本低廉和与氧结合力强的特点，能迅速脱除钢水中的氧，因此铝是生产低氧钢和超低氧钢中使用最广泛的脱氧剂。然而铝脱氧反应产物Al2O3的熔点高达2054℃，在钢水条件下呈固态存在，因此会在连铸过程中黏附于水口内腔造成结瘤现象，影响连铸生产的顺行。
为解决连铸顺行问题，钙处理在国际冶金届从20世纪60年代得到广泛关注并于80年代得到推广。钙处理是在钢水条件下使用比铝更活泼的钙把钢水中的Al2O3中的铝部分置换出来，生成在钢水条件下呈液态的钙铝酸盐，把钢液中高熔点固体夹杂物改性为液态，这样在浇铸过程中夹杂物就不会粘附在浸入式水口内壁和出口造成水口结瘤堵塞，达到浇注顺行的目的。
然而，伴随着钙处理改善浇注性能的同时，钢液中随[Ca]浓度的增加夹杂物数量也基本上呈线性增加的趋势。研究表明，钙处理后液态夹杂物主要是Al2O3、CaO及少量的MgO，这些夹杂物是Ds类夹杂物的主要成分；另外钙处理后钢液中还有一定数量的CaS，且CaS夹杂物的数量随[Ca]浓度的增加而增加。此外炼钢现场生产中通过喂钙合金进行钙处理的过程中，由于钙活性强会在钢渣界面发生剧烈的化学反应，从而使得钙处理在改善钢水可浇性的同时也使钢液中氧、氮含量有着明显地增加，从而影响到钢水纯净度指标，特别是易导致钢水中Ds类夹杂物超标。
发明内容
本发明的目的在于提供一种非钙处理低碳铝镇静含磷钢的连浇方法，以达到在保证钢液浇注顺行的前提下，进行非钙处理，不仅可以改善减少钙处理生产环节，减少炼钢工序和冶金成本，而且可以达到改善炼钢环境，实现绿色炼钢的目的。
本发明所提供的一种非钙处理低碳铝镇静含磷钢的连浇方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤1，优化铁水条件：
铁水入炉前采用“铁水预脱硫”处理，使入炉铁水硫含量降低到0.02%以下；
步骤2，优化转炉操作及出钢控制：
控制转炉渣碱度为2.0~2.5；吹氧过程初期适当降低枪位至1.2m~1.6m，供氧强度为3.1m3/(t•min)，底吹强度控制在0.06m3/(t•min)迅速提高熔池温度；同时使渣中保持低氧化铁含量，吹炼前期及中期供氧强度为2.6m3/(t•min)~3.0m3/(t•min)，吹炼后期采用低枪位1.1m~1.4m，供氧强度控制在2.8m3/(t•min)；
步骤3，LF精炼：
钢包LF就位钢水温度不低于1550℃；按吨钢加入石灰8kg~10kg，控制精炼渣成分组成CaO为50%~55%，Al2O3为25%~27%，SiO2为10%~12%，MgO为8%~10%；
步骤4，连铸：
注流保护浇注采用耐火材料保护套管浸入式水口及惰性气体屏蔽；同时，中间包加覆盖剂同时全程通氩气进行保护。
进一步，所述步骤2中，控制转炉渣碱度为2.0~2.5；吹氧过程初期适当降低枪位至1.5m，供氧强度为3.1m3/(t•min)，底吹强度控制在0.06m3/(t•min)迅速提高熔池温度；同时使渣中保持低氧化铁含量，吹炼前期及中期供氧强度为2.8m3/(t•min)8，吹炼后期采用低枪位1.3m，供氧强度控制在2.8m3/(t•min)。
进一步，所述步骤2中，转炉吹炼过程中，控制吹氧压力为0.8MPa~0.9MPa。
进一步，所述步骤2中，转炉出钢前，及时更换或修补耐火材料并控制转炉出钢温度1620℃以下，同时合金冶炼将钢中磷含量控制在0.05%~0.08%。
进一步，所述步骤2中，转炉出钢过程中，采用碳粉进行预脱氧，吨钢加入0.4kg~0.5kg的碳。
进一步，所述步骤2中，在转炉冶炼过程中，采用副枪技术、底吹氩技术，控制转炉钢水[O]<600ppm，采用滑板挡渣出钢，转炉钢水终点[O]<600ppm。
进一步，所述步骤3中，LF精炼过程中要严格控制底吹氩强度，使渣面微微波动；精炼过程中配铝次数小于3次，控制钢中酸溶铝[Al]含量为0.020~0.040%。
进一步，所述步骤3中，LF精炼过程中全程采用钢包底部氩气软吹，钢包采用双透气砖吹炼，氩气底吹强度以不裸露钢水为标准，软吹控制在10min~15min，同时精炼出站后不得采用大搅拌降温。
进一步，所述步骤4中，针对SPA-H钢种，连铸过程中中间包钢水采用双层覆盖剂来保护浇注，上层采用碳化稻壳起到绝热保温作用；下层采用SPA-H专用覆盖剂。
进一步，所述步骤4中，所述浸入式水口为铝质材料制作而成的内壁光滑、外壁多线段的筒状结构，水口本体的上端设置有碗部密封层，水口本体的下端设置有二氧化锆渣线，水口本体的内壁设置有5mm的锆酸钙内衬，水口本体的侧面对称设置有两个或四个钢水出孔；所述碗部密封层的上端设置有滑板，碗部密封层的外侧设置有耐火涂层；所述钢水出孔与水口本体之间的夹角α为12°~15°；所述水口本体的外壁包括第一凸段、第一凹段、第二凸段、第二凹段，第一凸段、第一凹段、第二凸段、第二凹段从上至下依次首尾相连接形成水口本体的外壁；所述第二凸段设置有二氧化锆渣线；所述第二凹段设置有两个或四个钢水出孔。
本发明提供的非钙处理低碳铝镇静含磷钢的连浇方法，具有以下有益效果：
1、优化铁水条件：使入炉铁水硫含量降低到0.02%以下，可以减少钢水中CaS含量和镁铝尖晶石夹杂物含量；
2、优化转炉操作及出钢控制，可以实现在吹氧脱碳的同时减少磷的氧化，并能进一步均匀熔池成分温度并降低渣中（FeO）含量；同时适当控制转炉渣中较低的（CaO)和（TFe)量；
3、LF精炼时，钢包LF按吨钢加入石灰，控制精炼渣成分，该成分的精炼渣熔点较低流动性较好，该成分的精炼渣有较强的吸附夹杂物的能力，尤其对高熔点夹杂物的吸附能力较强；
4、连铸时，注流卷吸空气是二次氧化的主要来源，注流卷吸气体的数量非常严重，实行保护浇铸是防止卷吸空气的有效措施。保护浇注的方法有耐火材料保护套管浸入式水口及惰性气体屏蔽等。通过注流保护浇注，既可防止注流二次氧化，又可避免浇注冲击液面使钢液裸露造成的二次氧化。中间包加覆盖剂同时全程通氩气进行保护，避免中间包内高温钢液裸露在空气中同样会受到空气的污染，减少中间包液面同空气的接触，减少二次氧化的发生；
如图1所示，通过对钙处理钢液和非钙处理钢液中夹杂物数量进行分析，分别在中间包中取样，加工成100mm2的试样对夹杂物数量进行分析，发现非钙处理钢水中夹杂物数量为447个/100mm2，夹杂物总量远较钙处理钢液（夹杂物数量为1562个/100mm2）少，夹杂物降低幅度约为72%。由此可见，高强耐候钢经钙处理后，夹杂物数量较非钙处理后夹杂物数量剧烈增加，非钙处理后夹杂物数量大为降低，这一结果表明钢液非钙处理后，不仅省略了钙处理工序，降低钙处理成本，还达到了净化工作环境和提高钢液纯净度的效果。
表1 SPA-H非钙处理中间包夹杂物级别
| 炉次 | A细 | A粗 | B细 | B粗 | C细 | C粗 | D细 | D粗 | Ds |
| 1 | 0.5 | 0 | 0.5 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| 2 | 0.5 | 0 | 0.5 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0.5 |
| 3 | 0.5 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| 4 | 0.5 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| 5 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0.5 | 1 |
如表1所示，评级共取了5个炉次非钙处理钢，可以看出所有炉次的B类夹杂物均不大于0.5级，Ds类夹杂物均不大于1.0级，B类和Ds类夹杂物均同时得到有效控制。另外，所有A类夹杂物级别不大于0.5级；C类夹杂物评级结果均为0级，D类细系不大于1.0级，D类粗系不大于0.5级。
本发明提供的非钙处理低碳铝镇静含磷钢的连浇方法，通过铁水预处理→转炉炼钢→LF精炼→中间包冶金→连铸等技术环节的夹杂物产生源头的全流程精细控制，综合运用热力学计算软件和现场前期试验数据的基础上，制定了完备的夹杂物控制的工艺流程并最终达到了在非钙处理的条件下达到连浇6炉低碳铝镇静含磷钢SPA-H的试验效果，同时对比钙处理前后钢液中夹杂物的数量和评级结果，发现通过全流程精细纯净化控制可以在炼钢环节中免除钙处理工序的条件下实现连续浇铸的效果，并且非钙处理钢水纯净度指标较之前钙处理指标有着明显提升。试验结果表明通过炼钢全流程夹杂物的精细化控制，不仅提升钢水的纯净度指标，而且在免除钙处理的条件下净化操作环境，改善了连铸工序的污染程度，实现绿色炼钢。该项目的推广，不仅可以带来免除钙处理吨钢成本4.1元的钙处理费用，而且可以带来广阔的生态环境效益。因此，本发明在保证钢液浇注顺行的前提下，进行非钙处理，不仅可以改善减少钙处理生产环节，减少炼钢工序和冶金成本，而且可以达到改善炼钢环境，实现绿色炼钢，具有明显的经济效益和生态环保效益。
附图说明
附图部分公开了本发明具体实施例，其中，
图1是本发明的钙处理和非钙处理夹杂物数量对比图；
图2是本发明的浸入式水口的结构示意图；
图3是本发明的浸入式水口的内层附着物SEM分析图；
图4是本发明的浸入式水口的内层附着物的XRD图谱；
附图标记：1、水口本体；11、二氧化锆渣线；12、锆酸钙内衬；13、钢水出孔；2、碗部密封层；21、滑板；22、耐火涂层。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步说明。
实施例1：
非钙处理低碳铝镇静含磷钢的连浇方法，包括以下步骤：
步骤1，优化铁水条件：铁水入炉前采用“铁水预脱硫”处理，使入炉铁水硫含量降低到0.02%以下。由热力学计算结果和现场试验可知，随着钢中硫含量的增加，钢中CaS含量和镁铝尖晶石夹杂物含量会显著增加，形成Ds夹杂物的Al2O3、CaO和少量MgO液态夹杂物也会显著增加。因此对铁水中硫含量必须重点控制，使入炉铁水硫含量降低到0.02%以下，可以减少钢水中CaS含量和镁铝尖晶石夹杂物含量。
步骤2，优化转炉操作及出钢控制：为节约炼钢成本必须充分利用金属料中的磷资源，少加磷铁就要在吹氧脱碳环节中使磷的氧化量减少来达到控制终点磷有较高的含量。在实际转炉生产中，由于转炉中氧化性高和石灰的快速熔化脱碳和脱磷几乎同时进行。为实现在吹氧脱碳的同时减少磷的氧化，控制转炉渣碱度为2.0~2.5；吹氧过程初期适当降低枪位至1.2m~1.6m，供氧强度为3.1m3/(t•min)，底吹强度控制在0.06m3/(t•min)迅速提高熔池温度；同时使渣中保持低氧化铁含量，吹炼前期及中期供氧强度为2.6m3/(t•min)~3.0m3/(t•min)，吹炼后期采用低枪位1.1m~1.4m，供氧强度控制在2.8m3/(t•min)。
步骤3，LF精炼：钢包LF就位钢水温度不低于1550℃；按吨钢加入石灰8kg~10kg，控制精炼渣成分组成CaO为50%~55%，Al2O3为25%~27%，SiO2为10%~12%，MgO为8%~10%。该成分的精炼渣熔点较低流动性较好，该成分的精炼渣有较强的吸附夹杂物的能力，尤其对高熔点夹杂物的吸附能力较强。
步骤4，连铸：注流保护浇注采用耐火材料保护套管浸入式水口及惰性气体屏蔽；同时，中间包加覆盖剂同时全程通氩气进行保护。注流卷吸空气是二次氧化的主要来源，注流卷吸气体的数量非常严重，实行保护浇铸是防止卷吸空气的有效措施。注流保护浇注包括钢包注流保护浇注和中间包注流保护浇注。保护浇注的方法有耐火材料保护套管浸入式水口及惰性气体屏蔽等。通过注流保护浇注，既可防止注流二次氧化，又可避免浇注冲击液面使钢液裸露造成的二次氧化。中间包加覆盖剂同时全程通氩气进行保护，同时还可有效避免浇注开始时多炉连浇更换中间包时大气侵入造成的二次氧化。此外，中间包覆盖剂还具有隔绝钢液和空气，减轻二次氧化；吸收由钢液分离出来的非金属夹杂物；保护钢液热量减少温度损失等作用。
实施例2：
步骤2中，控制转炉渣碱度为2.0~2.5；吹氧过程初期适当降低枪位至1.5m，供氧强度为3.1m3/(t•min)，底吹强度控制在0.06m3/(t•min)迅速提高熔池温度；同时使渣中保持低氧化铁含量，吹炼前期及中期供氧强度为2.8m3/(t•min)，吹炼后期采用低枪位1.3m，供氧强度控制在2.8m3/(t•min)，进一步均匀熔池成分温度并降低渣中（FeO）含量；同时适当控制转炉渣中较低的（CaO)和（TFe)量。
实施例3：
步骤2中，转炉吹炼过程中，控制吹氧压力为0.8MPa~0.9MPa，可保证氧气喷枪射出的氧气射流形成集束射流，氧气可均匀地射入钢液中，可以达到有效地避免钢液过氧化的效果。
实施例4：
步骤2中，转炉出钢前，及时更换或修补耐火材料并控制转炉出钢温度1620℃以下，减少出钢时的进渣量，减少回磷。同时合金冶炼将钢中磷含量控制在0.05%~0.08%，或者0.06%左右。
实施例5：
步骤2中，转炉出钢过程中，采用碳粉进行预脱氧，吨钢加入0.4kg~0.5kg的碳，可以达到在钢液不增碳的前提下达到有效脱除钢中氧含量的目的。
实施例6：
步骤2中，在转炉冶炼过程中，采用副枪技术、底吹氩技术，控制转炉钢水[O]<600ppm，采用滑板挡渣出钢，转炉钢水终点[O]<600ppm，减少脱氧剂铝的加入量，进而降低脱氧产物Al2O3的生成量。
实施例7：
步骤3中，LF精炼过程中要严格控制底吹氩强度，使渣面微微波动，，防止吹氩过程中造成的二次氧化。精炼过程中配铝次数小于3次，便于集中脱氧，利于钢中夹杂物聚集上浮。控制钢中酸溶铝[Al]含量为0.020~0.040%，可以达到强脱氧固氮作用，同时提高脱硫效率，控制进站钢水温度以达到便于白渣精炼，稳定生产节奏。
实施例8：
步骤3中，LF精炼过程中全程采用钢包底部氩气软吹，钢包采用双透气砖吹炼，氩气底吹强度以不裸露钢水为标准，软吹控制在10min~15min，同时精炼出站后不得采用大搅拌降温，以便使钢中各类夹杂物有充分时间上浮进入渣层，净化钢液。
实施例9：
步骤4中，针对SPA-H钢种，连铸过程中中间包钢水采用双层覆盖剂来保护浇注，上层采用碳化稻壳起到绝热保温作用；下层采用SPA-H专用覆盖剂。
实施例10：
如图2所示，步骤4中，浸入式水口为铝质材料制作而成的内壁光滑、外壁多线段的筒状结构，水口本体1的上端设置有碗部密封层2，水口本体1的下端设置有二氧化锆渣线11，水口本体1的内壁设置有5mm的锆酸钙内衬12，水口本体1的侧面对称设置有两个或四个钢水出孔13；碗部密封层2的上端设置有滑板21，碗部密封层2的外侧设置有耐火涂层22；钢水出孔13与水口本体1之间的夹角α为12°~15°；水口本体1的外壁包括第一凸段14、第一凹段15、第二凸段16、第二凹段17，第一凸段14、第一凹段15、第二凸段16、第二凹段17从上至下依次首尾相连接形成水口本体1的外壁；第二凸段16设置有二氧化锆渣线11；第二凹段17设置有两个或四个钢水出孔13。浸入式防堵水口是连接中间包和结晶器之间的部件，水口本体1为铝质材料制作而成的内壁光滑、外壁多线段的筒状结构，水口本体1采用无硅无碳的铝质材料，从根本上避免了氧源，避免了钢液中的酸溶铝与氧反应生成堵塞水口的夹杂物。水口本体的下端设置有二氧化锆渣线11，耐高温耐腐蚀。水口本体的内壁设置有锆酸钙内衬12，可以防止二次氧化且保温。水口本体的上端设置有碗部密封层2，碗部密封层的上端设置有滑板21，滑板与中间包接触面连接。水口本体的侧面对称设置有两个或四个钢水出孔13，钢水从碗部密封层的上端进入，经水口本体从钢水出孔流出，避免出现水口堵塞的情况。
浸入式水口使用前预热充分，可采用离线箱式烘烤的水口预热方式，烘烤时间为2~2.5h，烘烤结束后水口本体部分呈现出通体红亮的状态，可以实现连浇6炉以上，浇铸时间均在5小时以上。水口本体1下线后，对其内壁附着物进行解剖分析，发现浸入式水口的内壁使用后水口内层变薄，内壁无结瘤现象，无堵塞。
如图3所示，运用SEM和EDS-Mapping对浸入式水口的内层附着物的形貌特征和元素分布进行深入分析，附着物中有大量的Fe元素分布，与Fe元素分布区域一致的有Al、Si、O元素；Ca、Al、O元素分布区域基本一致，呈棒状分布；另外在附着物中有八面体状产物，对应EDS分析结果可知为镁铝尖晶石；另外有ZrO2在附着物中均匀分布。
如图4所示，浸入式水口的内层附着物的XRD图谱分析结果表明，浸入式水口的内层附着物的主要物相为CaZrO3、ZrO2、Ca(AlO2)2和MgAl2O4等相。
Claims (5)
1.非钙处理低碳铝镇静含磷钢的连浇方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤1，优化铁水条件：
铁水入炉前采用“铁水预脱硫”处理，使入炉铁水硫含量降低到0.02%以下；
步骤2，优化转炉操作及出钢控制：
控制转炉渣碱度为2.0；转炉吹炼过程中，控制吹氧压力为0.8MPa~0.9MPa，吹氧过程初期降低枪位至1.2m~1.6m，供氧强度为3.1m3/(t•min)，底吹强度控制在0.06m3/(t•min)迅速提高熔池温度；同时使渣中保持低氧化铁含量，吹炼前期及中期供氧强度为2.6m3/(t•min)~2.8m3/(t•min)，吹炼后期采用低枪位1.1m~1.4m，供氧强度控制在2.8m3/(t•min)；转炉出钢过程中，采用碳粉进行预脱氧，吨钢加入0.4kg~0.5kg的碳；
步骤3，LF精炼：
钢包LF就位钢水温度不低于1550℃；按吨钢加入石灰8kg~10kg，控制精炼渣成分组成CaO为50%~55%，Al2O3为25%~27%，SiO2为10%~12%，MgO为8%~10%；LF精炼过程中要严格控制底吹氩强度，使渣面微微波动；精炼过程中配铝次数小于3次，控制钢中酸溶铝[Al]含量为0.020~0.040%；
步骤4，连铸：
注流保护浇注采用耐火材料保护套管浸入式水口及惰性气体屏蔽；同时，中间包加覆盖剂同时全程通氩气进行保护；针对SPA-H钢种，连铸过程中中间包钢水采用双层覆盖剂来保护浇注，上层采用碳化稻壳起到绝热保温作用；下层采用SPA-H专用覆盖剂；
所述浸入式水口为铝质材料制作而成的内壁光滑、外壁多线段的筒状结构，水口本体（1）的上端设置有碗部密封层（2），水口本体（1）的下端设置有二氧化锆渣线（11），水口本体（1）的内壁设置有5mm的锆酸钙内衬（12），水口本体（1）的侧面对称设置有两个或四个钢水出孔（13）；所述碗部密封层（2）的上端设置有滑板（21），碗部密封层（2）的外侧设置有耐火涂层（22）；所述钢水出孔（13）与水口本体（1）之间的夹角α为12°~15°；所述水口本体（1）的外壁包括第一凸段（14）、第一凹段（15）、第二凸段（16）、第二凹段（17），第一凸段（14）、第一凹段（15）、第二凸段（16）、第二凹段（17）从上至下依次首尾相连接形成水口本体（1）的外壁；所述第二凸段（16）设置有二氧化锆渣线（11）；所述第二凹段（17）设置有两个或四个钢水出孔（13）。
2.根据权利要求1所述的非钙处理低碳铝镇静含磷钢的连浇方法，其特征是，所述步骤2中，吹氧过程初期降低枪位至1.5m，供氧强度为3.1m3/(t•min)，底吹强度控制在0.06m3/(t•min)迅速提高熔池温度；同时使渣中保持低氧化铁含量，吹炼后期采用低枪位1.3m，供氧强度控制在2.8m3/(t•min)。
3.根据权利要求1所述的非钙处理低碳铝镇静含磷钢的连浇方法，其特征是，所述步骤2中，转炉出钢前，及时更换或修补耐火材料并控制转炉出钢温度1620℃以下，同时将钢中磷含量控制在0.05%~0.08%。
4.根据权利要求1所述的非钙处理低碳铝镇静含磷钢的连浇方法，其特征是，所述步骤2中，在转炉冶炼过程中，采用副枪技术、底吹氩技术，控制转炉钢水[O]<600ppm，采用滑板挡渣出钢，转炉钢水终点[O]<600ppm。
5.根据权利要求1所述的非钙处理低碳铝镇静含磷钢的连浇方法，其特征是，所述步骤3中，LF精炼过程中全程采用钢包底部氩气软吹，钢包采用双透气砖吹炼，氩气底吹强度以不裸露钢水为标准，软吹控制在10min~15min，同时精炼出站后不得采用大搅拌降温。
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