CN114480946B

CN114480946B - 一种低铝包晶钢钢水的生产方法

Info

Publication number: CN114480946B
Application number: CN202011263758.6A
Authority: CN
Inventors: 夏富春; 王多刚; 虞大俊; 张才贵
Original assignee: Shanghai Meishan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Shanghai Meishan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2020-11-12
Filing date: 2020-11-12
Publication date: 2023-06-09
Anticipated expiration: 2040-11-12
Also published as: CN114480946A

Abstract

本发明公开了一种低铝包晶钢钢水的生产方法，主要解决现有用板坯连铸机生产的包晶钢板坯角部裂纹缺陷发生率高的的技术问题。技术方案为，一种低铝包晶钢钢水的生产方法，包括：1)采用顶底复吹转炉冶炼；2)转炉冶炼终点的控制；3)转炉吹炼结束后立即出钢，转炉出钢过程钢包底吹氩气，氩气流量为20～60升/小时；4)将钢包中的钢水运至吹氩站进行脱氧处理；5)对喂完铝线的钢水进行弱搅拌，控制氩气流量为10～20升/小时，弱搅拌钢水6～8分钟，得到成品钢水。本发明方法生产的包晶钢钢水的铝氮积为0.3～4.5×10^‑5，板坯连铸机用直角结晶器生产的低铝包晶钢板坯，板坯角部裂纹的发生率≤0.4％。

Description

一种低铝包晶钢钢水的生产方法

技术领域

本发明涉及一种包晶钢的生产方法，特别涉及一种低铝包晶钢钢水的生产方法，属于钢的冶炼及连续铸造技术领域。

背景技术

包晶钢一般是指碳含量为0.08％～0.17％的钢种，板坯连铸机生产此类钢种时，很容易发生角部裂纹。为了解决包晶钢板坯角裂问题，很多企业采用倒角结晶器替代直角结晶器。该方法从连铸机设备上进行改进，解决了板坯角裂问题。但倒角结晶器的使用寿命要比直角结晶器使用寿命低40％～50％，影响了设备的作业率，增加了包晶钢的生产成本。

近年，随着转炉废钢比的逐步增大，废钢比由12％～20％提高至20％～30％，钢水氮含量增加显著，包晶钢的中氮的质量含量由0.0020％～0.0050％增加至0.0040％～0.010％，板坯角部裂纹缺陷的发生率急剧增加，达到了5.4％。严重影响了产品质量的稳定和生产顺行。

申请公布号为CN103215496A的中国专利申请文件公开了一种含硼包晶钢的生产方法，通过连铸拉速、结晶器配水和保护渣优化，解决了转炉冶炼-LF钢包炉精炼-小方坯连铸工艺生产SWRCH18KB钢的角部裂纹问题；其LF钢包炉出站钢水中的铝含量为0.026％～0.053％，平均为0.04％。

申请公布号为CN103433438A的中国专利申请文件公开了一种控制大方坯亚包晶钢连铸坯的质量的方法，通过对碳、硅和锰元素含量进行限制，并对连铸的过热度、保护渣和二冷配水进行要求，从而解决了大方坯亚包晶钢表面凹陷及裂纹问题。实施例冶炼大方坯亚包晶钢Q235D的化学成分中铝含量≥0.02％。

申请公布号为CN101992283A的中国专利申请文件公开了一种防止包晶钢连铸坯产生裂纹的方法，通过保护渣性能、结晶器震动参数和结晶器配水量的优化，解决了包晶钢连铸坯表面裂纹的问题。

申请公布号为CN109913755A的中国专利申请文件公开了一种包晶钢及其制备方法，公开了电炉冶炼-精炼炉冶炼-VD真空炉冶炼-连铸-轧制生产C 0.13％～0.17％，Si0.17％～0.35％，Mn 0.42％～0.68％，Cr 0.90％～1.10％，Mo 0.42％～0.55％为主要成分的包晶钢。其铝含量≤0.02％，实施例控制为0.01％～0.02％。

文献“Q345B钢连铸坯角裂形成原因分析”(辛建卿等，《炼钢》，第23卷第6期，2007年12月，第16-19页)，公开了电炉冶炼-LF-VD真空处理-连铸生产Q345B钢工艺，为控制角部裂纹，控制氮≤0.008％、铝为0.01％～0.03％、Ti为0.02％～0.06％，可将角部裂纹缺陷发生率控制在3％以下。

现有用板坯连铸机生产的包晶钢板坯，板坯角部裂纹缺陷发生率高。

发明内容

本发明的目的是提供一种低铝包晶钢钢水的生产方法，主要解决现有用板坯连铸机生产的包晶钢板坯角部裂纹缺陷发生率高的的技术问题；本发明方法彻底解决了因钢水氮含量高而引起的包晶钢板坯角部裂纹缺陷发生率高的问题。

本发明采用的技术方案是，一种低铝包晶钢钢水的生产方法，包括以下步骤：

1)采用顶底复吹转炉冶炼，投入金属原料组成的质量百分比为，铁水70％～80％，余量为废钢；冶炼全程底吹氩气，氩气流量为0.02～0.1立方米/(吨钢·分钟)；

2)转炉冶炼终点的控制，转炉吹炼终点时，钢水的碳氧积值为0.0018～0.0025；取样检测转炉吹炼终点钢水中w[C]和钢水温度，检测到转炉吹炼终点钢水中w[C]≥0.03％，转炉吹炼终点钢水温度为1630～1660℃时，转炉吹炼结束；

3)转炉吹炼结束后立即出钢，转炉出钢过程钢包底吹氩气，氩气流量为20～60升/小时，当转炉出钢的钢水量达钢水总量的20～30％时，向钢包内加入硅铁、锰铁和生石灰；当转炉出钢的钢水量达钢水总量的40～50％时，向钢包内加入铝铁、碳粉；控制钢水化学成分重量百分比为：C：0.08～0.17％，Si≤0.1％，Mn：0.4％～0.8％，O：0.005～0.015％；转炉出钢结束后，向钢包内加入中铝渣脱氧剂，控制钢包渣的w(CaO)/(w(SiO₂)*w(Al₂O₃))为0.14～0.24；

4)将钢包中的钢水运至吹氩站进行脱氧处理，先向钢水中通入氩气搅拌钢水3～4分钟，控制氩气流量为40～50升/小时；接着停止向钢水中通入氩气，测量钢水中的氧含量和钢水温度；再次向钢水中通入氩气，控制氩气流量为20～30升/小时，调整钢水温度为1580～1600℃，向钢水中喂入铝线对钢水进行脱氧，控制钢水中氧的重量百分含量为0.0010％～0.0030％；

5)对喂完铝线的钢水进行弱搅拌，控制氩气流量为10～20升/小时，弱搅拌钢水6～8分钟，得到成品钢水，成品钢水化学成分重量百分比为：C：0.08～0.17％，Si≤0.1％，Mn：0.4％～0.8％，P≤0.020％，S≤0.012％，Al：0.001％～0.005％，钢水的铝氮积为0.3×10^-5～4.5×10^-5；所述的弱搅拌为钢包内钢水裸露直径为4～10厘米。

本发明步骤1)中，所述钢水的碳氧积值是指转炉吹炼终点时，钢水中碳的质量百分比含量与钢水中溶解氧的质量百分比含量的乘积值。

本发明步骤3)中，硅铁合金化学成分重量百分比为：Si：73～77％，Fe：20～24％，其他≤3；硅铁的加入量为0.75～1.5千克/吨钢；锰铁合金化学成分重量百分比为：Mn：74％～81％，Fe 15％～22％，其他≤4％；生石灰化学成分重量百分比为：CaO≥90％，SiO₂≤3.5％，烧损≤5％；生石灰的加入量为1.5～2.0千克/吨钢。

铝铁合金化学成分重量百分比为：铝：48～55％，Fe：42～49％，其他≤3％；铝铁的加入量为(25～30)*w[O]₁，单位为千克/吨钢，w[O]₁为转炉终点钢水中的氧的重量百分含量；碳粉化学成分重量百分比为：C：95～99％，其他≤5％。

中铝渣脱氧剂化学成分重量百分比为：Al：15～20％，Al₂O₃：50～60％，CaO：15～25％，SiO₂≤5％，H₂O≤1％；中铝渣脱氧剂的加入量为0.6～0.8千克/吨钢；控制钢包渣化学成分的重量百分比为：CaO：44～52％，SiO₂：7～11％，Al₂O₃：30～40％，MgO：4～8％，TFe≤2％。

本发明步骤4)中，铝线的加入量为(11～15)*(w[O]₂-0.002)，单位为千克/吨钢，w[O]₂为吹氩站进站钢水中的氧的重量百分含量。

本发明步骤5)中，所述钢水的铝氮积值是指钢水中铝的质量百分比含量与钢水中溶解氮的质量百分比含量的乘积值。

本发明工艺控制参数确定的理由如下：

现有工艺冶炼的包晶钢钢水的氮含量平均为0.0052％、铝含量平均为0.029％，氮化铝的析出温度为1007℃。而包晶钢连铸机矫直时板坯角部的温度一般为850～950℃。申请人通过研究发现，钢水中的铝和氮含量越高，氮化铝的析出温度就越高。板坯中析出的氮化铝强化了奥氏体晶粒，但却脆化了奥氏体晶界，使得板坯在连铸机矫直时，发生脆性沿晶断裂，进而引起角部裂纹缺陷的发生。因此，为控制氮化铝的析出温度不大于板坯矫直点处的温度，必须降低钢水中的铝、氮含量。例如，为控制包晶钢的角部裂纹缺陷发生，要控制氮化铝在板坯矫直处析出，当板坯矫直点处的温度为900℃时，为控制氮化铝在板坯矫直处不析出，则需要控制钢水中的铝氮积≤4.6×10^-5。基于申请人的上述研究发现，本发明从钢水氮含量、铝含量和钢水中铝氮积控制三个方面，抑制了钢水连铸过程中氮化铝的析出，降低了板坯连铸机生产包晶钢的角部裂纹缺陷风险。

1、氮含量控制参数的设定

转炉全程底吹氩气，碳氧积在0.0018～0.0025时转炉底吹效果好，有利于冶炼过程平稳，减少转炉冶炼过程钢水吸氮；转炉出钢脱氧时，控制吹氩站进站钢水中的氧的重量百分含量为0.005％～0.015％，减少出钢过程钢水吸氮。

2、铝含量控制参数的设定

转炉出钢过程中，首先使用硅、锰复合脱氧，然后加入铝铁对钢水进行进一步脱氧，控制钢包渣的w(CaO)/(w(SiO₂)*w(Al₂O₃))为0.14～0.24，钢包渣流动性好，有利于脱氧夹杂物的上浮去除，保证钢水脱氧均匀。吹氩站将钢水中的氧的重量百分含量控制为0.001～0.003％，使得钢水中的铝含量控制为0.001％～0.005％，并确保板坯不产生气孔缺陷。

3、铝氮积控制参数的设定

根据包晶钢的浇铸特性，板坯连铸机用直角结晶器生产低铝包晶钢板坯，确定连铸机矫直点处板坯角部温度，控制氮化铝的析出温度低于连铸机矫直点处板坯角部的温度，从而可以有效地控制板坯角部氮化铝的析出，解决包晶钢板坯角部裂纹发生率高的问题，控制钢水中的铝氮积为0.3×10^-5～4.5×10^-5。

本发明相比现有技术具有如下积极效果：1、本发明通过转炉冶炼和出钢过程脱氧控制钢水吸氮，钢水氮含量平均可以降低0.0010％。2、本发明通过钢水逐级脱氧和钢包渣成分设计，在保证连铸坯不产生气孔缺陷的情况下，可以将铝含量降低至0.004％以下，较原工艺铝含量下降约0.025％。3、本发明方法将钢水中的铝氮积由1.210^-4～2.8×10^-4降低至0.3×10^-5～4.5×10^-5，板坯连铸机用直角结晶器生产的低铝包晶钢板坯，包晶钢的铝氮积平均降低幅度为88％，板坯角部裂纹的发生率由5.4％，降低至≤0.4％，板坯角部裂纹平均发生率降低幅度为92.6％。

具体实施方式

下面结合具体实施例1-5，进一步阐明本发明。

本发明实施例，用250吨顶底复吹转炉冶炼低铝包晶钢，实施例1-6冶炼钢种均为SS400钢水；生产方法包括：转炉冶炼、吹氩站钢水处理。本发明实施例钢水生产的控制参数见表1至表6。

表1本发明实施例转炉冶炼金属料参数

表2转炉终点钢水成分与温度

表3转炉出钢过程加料，单位：千克/吨钢

表4吹氩站进站钢水成分及温度

表5吹氩站处理过程参数

炉次	铝线，千克/吨钢	钢包弱搅拌氩气流量，升/小时	弱搅拌处理时间,min
				实施例1	0.098	16	8.5
实施例2	0.086	16	8.3
				实施例3	0.075	14	8.1
实施例4	0.083	15	8.2
				实施例5	0.099	16	8.5

表6吹氩站出站钢水成分及温度

本发明通过转炉冶炼-吹氩精炼-连铸工艺生产包晶钢时，控制钢水中的氮和铝含量，解决了包晶钢板坯角部裂纹问题。如本发明实施例1～5所示，与现有常规工艺相比，本发明方法降低了钢水中的铝、氮含量，铝含量平均下降了0.0264％，氮含量平均下降了0.0015％，铝氮积由1.51×10^-4降低至9.5×10^-6，铝氮积下降了93.7％，板坯连铸机用直角结晶器生产的低铝包晶钢板坯，板坯角部裂纹缺陷得到有效控制。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims

1.一种低铝包晶钢钢水的生产方法，其特征是，所述的方法包括以下步骤：

2)转炉冶炼终点的控制，转炉吹炼终点时，钢水的碳氧积值为0.0018～0.0025；取样检测转炉吹炼终点钢水中w[C]和钢水温度，检测到转炉吹炼终点钢水中w[C]≥0.03％，转炉吹炼终点钢水温度为1630～1660℃时，转炉吹炼结束；所述的钢水的碳氧积值是指转炉吹炼终点时，钢水中碳的质量百分比含量与钢水中溶解氧的质量百分比含量的乘积值；

5)对喂完铝线的钢水进行弱搅拌，控制氩气流量为10～20升/小时，弱搅拌钢水6～8分钟，得到成品钢水，成品钢水化学成分重量百分比为：C：0.08～0.17％，Si≤0.1％，Mn：0.4％～0.8％，P≤0.020％，S≤0.012％，Al：0.001％～0.005％，钢水的铝氮积为0.3×10^-5～4.5×10^-5；所述的弱搅拌为钢包内钢水裸露直径为4～10厘米；所述的钢水的铝氮积值是指钢水中铝的质量百分比含量与钢水中溶解氮的质量百分比含量的乘积值。

2.如权利要求1所述的一种低铝包晶钢钢水的生产方法，其特征是，步骤3)中，所述硅铁合金化学成分重量百分比为：Si：73～77％，Fe：20～24％，其他≤3；硅铁的加入量为0.75～1.5千克/吨钢；锰铁合金化学成分重量百分比为：Mn：74％～81％，Fe 15％～22％，其他≤4％；生石灰化学成分重量百分比为：CaO≥90％，SiO₂≤3.5％，烧损≤5％；生石灰的加入量为1.5～2.0千克/吨钢。

3.如权利要求1所述的一种低铝包晶钢钢水的生产方法，其特征是，步骤3)中，所述铝铁合金化学成分重量百分比为：铝：48～55％，Fe：42～49％，其他≤3％；铝铁的加入量为(25～30)*w[O]₁，单位为千克/吨钢，w[O]₁为转炉终点钢水中的氧的重量百分含量；碳粉化学成分重量百分比为：C：95～99％，其他≤5％。

4.如权利要求1所述的一种低铝包晶钢钢水的生产方法，其特征是，步骤3)中，所述中铝渣脱氧剂化学成分重量百分比为：Al：15～20％，Al₂O₃：50～60％，CaO：15～25％，SiO₂≤5％，H₂O≤1％；中铝渣脱氧剂的加入量为0.6～0.8千克/吨钢；控制钢包渣化学成分的重量百分比为：CaO：44～52％，SiO₂：7～11％，Al₂O₃：30～40％，MgO：4～8％，TFe≤2％。

5.如权利要求1所述的一种低铝包晶钢钢水的生产方法，其特征是，步骤4)中，所述铝线的加入量为(11～15)*(w[O]₂-0.002)，单位为千克/吨钢，w[O]₂为吹氩站进站钢水中的氧的重量百分含量。