CN115074487A - 低碳、低硅、低硫的钛脱氧钢在lf炉脱硫的冶炼方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低碳、低硅、低硫的钛脱氧钢在LF炉脱硫的冶炼方法。首先对铁水进行预处理使其S≤0.003％，且铁水扒渣后裸露面积≥90％；然后进入转炉中冶炼，出钢温度≥1650℃，R≥3，S≤0.008％，出钢过程加入石灰、Ti铁以及其余钢种所需合金；最后进入LF炉中依次进行化渣、脱氧、造渣、搅拌、软吹等处理完成脱硫，得到化学组成为：Si≤0.03％，S≤0.005％，Ti≥0.030％，Al≤0.005％，其余为Fe和钢种所需合金及杂质的低碳、低硅、低硫钛脱氧钢产品。本发明大幅度提高了钢水的脱硫效率，并且将转炉出钢的硫含量由0.005％放宽至0.008％，此外还大幅度提高了炼成率，保证生产不会因钢水硫含量超标而中断，整个生产工艺较为简单、可控，产品质量稳定且性能突出。

Description

低碳、低硅、低硫的钛脱氧钢在LF炉脱硫的冶炼方法

技术领域

本发明涉及钢铁冶炼技术领域，具体涉及一种低碳、低硅、低硫的钛脱氧钢在LF炉脱硫的冶炼方法。

背景技术

焊丝钢是指用于电焊条的钢材。焊丝钢必须严格保证盘条的化学成分满足标准要求，其冶炼成分控制的范围比标准的范围更窄，特别是硫、磷含量更低。一般而言随着硫含量的增加，焊缝的热裂倾向增大，焊缝产生气孔的可能性增加。例如H08系列焊丝钢，就是根据磷、硫含量不同分为A、E、C三个等级。

优质焊丝钢要求钢种S≤0.005％，使用KR铁水脱硫的钢厂比较容易实现，无需在LF精炼脱硫，但部分使用喷吹镁粉铁水脱硫的钢厂则难以达到此要求。当S>0.005％时，面临改钢或停止浇注的风险，极大的影响了生产顺行并增加了生产成本，因此有必要在LF炉中进行脱硫。

在LF炉钢渣间的脱S反应如下：

[S]+(CaO)＝(CaS)+[O] ΔG0＝98474-22.82T

[S]+(MnO)＝(MnS)+[O] ΔG0＝133224-33.49T

由此可知脱S反应是吸热反应，因此高温为脱S创造了热力学条件更有利于脱S反应，这主要体现在高温促进了石灰的溶解，提高了熔渣的流动性。与此同时，脱硫反应会置换出CaO(或MnO)中的[O]，因此低氧化性氛围更有利于脱硫反应的进行。

此外，脱硫还必须满足动力学条件，在LF精炼炉的条件下，S在钢水中由内部向界面扩散是反应的限制环节。脱S过程的动力学方程可以由下式表示：

分析该动力学方程可知，限制脱S反应速率的因素就是传质系数D，操作中化渣升温改善了熔渣的流动性，增大了硫在钢与渣之间的传质系数D，即加快了硫从钢液到钢渣界面以及脱S生成的硫化物向熔渣扩散传质的速度。

脱硫必须先脱氧，Ti脱氧能力不如Al，常规工艺下在LF炉难以脱硫。本发明涉及钢种的成分要求Si≤0.03％、Al≤0.005％，即钢种不得刻意添加Si、Al等脱氧元素，因此只能添加Ti脱氧，这样一来降低了钢水的脱氧能力。并且随着熔渣中TiO₂含量的增加熔渣黏度增加，极大的降低了熔渣的流动性，从而降低了硫在钢与渣之间的传质系数D。如不采取相关措施，Ti脱氧钢在LF炉中几乎不能脱硫。此外钢种Si≤0.03％时，如脱氧过深会导致增硅、成分出格，钢、渣脱氧程度是影响炼成率的主要因素，脱氧过深会增硅，脱氧不足又达不到脱硫效果。

检索暂未发现纯Ti脱氧钢种在LF炉脱硫的相关文献。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种低碳、低硅、低硫的钛脱氧钢在LF炉脱硫的冶炼方法，该方法具体如下：首先对铁水进行预处理，然后进入转炉中冶炼，最后在LF炉中依次进行化渣、脱氧、造渣、搅拌、软吹等处理完成脱硫，最终得到低碳、低硅、低硫的钛脱氧钢产品。

进一步的，所述低碳、低硅、低硫的钛脱氧钢产品以质量百分数计的化学组成为：Si≤0.03％，S≤0.005％，Ti≥0.030％，Al≤0.005％，其余为Fe和钢种所需合金及杂质。

进一步的，预处理结束后铁水中的S≤0.003％，铁水扒渣后裸露面积≥90％。

进一步的，转炉出钢温度≥1650℃，炉渣碱度R≥3，S≤0.008％，出钢过程中向钢水中加入了石灰、Ti铁以及钢种所需合金。

更进一步的，石灰加入量为2.5-3.5kg/t钢水，Ti铁加入量为3-5kg/吨钢水。

进一步的，在LF炉化渣工序向钢水中加入萤石球，选择高档功率化渣不超过5分钟。

更进一步的，萤石球的加入量不超过1kg/t钢水。

进一步的，在LF炉脱氧工序将钢水加热至≥1580℃，然后加入Ti铁、电石。

更进一步的，Ti铁分批加入，电石一次性加入。其中Ti铁分2-4批加入，每批加入量≤0.50kg/t钢水，相邻两批次间隔2-5min；电石的总加入量≤0.50kg/t钢水。

进一步的，在LF炉造渣、搅拌工序将钢水继续加热升温至≥液相线温度T+100℃，然后加入脱硫剂、萤石造还原性炉渣，确定炉渣成分达标后开氩气搅拌2-4min。

更进一步的，所述脱硫剂具体为活性灰，其加入量不超过2.5kg/t钢水；萤石的加入量为1-2kg/t钢水，且在LF炉阶段Σ脱硫剂量：Σ萤石量≤1；氩气流量控制在300-600L/min。

更进一步的，所述炉渣应满足以下条件：MnO+FeO≤2％，Al₂O₃≤6％，30％≤TiO₂≤50％，5≤R≤10。

进一步的，在LF炉软吹工序首先向渣面铺撒碳化稻壳软化熔渣，然后调整氩气流量进行软吹，以熔渣表面蠕动为宜。

更进一步的，调整氩气流量至50-150L/min，软吹10min以上。

本发明的目的之二在于将上述低碳、低硅、低硫的钛脱氧钢用作焊丝钢的应用。

现对本发明主要工艺及其背后的机理解释说明如下：

如前所述，钢水脱硫需要高温、高碱度、低氧化性、流动性等条件，本发明结合上述要求进行了相关工艺设计与实践，通过转炉前的预处理、LF炉化渣、脱氧、造渣、搅拌、软吹等脱硫操作，提高了钢水在LF炉中的脱硫效率，最终获得了一种低碳、低硅、低硫的钛脱氧钢并将其用作焊丝钢。

本发明之所以要求进行铁水预处理(铁水S≤0.003％)并限定转炉出钢温度(≥1650℃)、碱度(R≥3)，最主要是为了确保转炉出钢的硫含量≤0.008％，严格控制在LF炉脱硫极限效率范围内，由此提高了钢种炼成率。

本发明之所以要求转炉出钢过程加入Ti铁(3-5kg/t钢水)，一方面是出于出钢脱氧的需求，另一方面是为LF炉分批加钛铁预留调整空间。

本发明之所以要求LF炉到站加入萤石球(≤1kg/t钢水)并选择高档功率化渣，主要是因为熔渣中TiO₂含量高且熔点高，加入萤石球可降低熔渣的熔点，使用高档位长弧化渣可增加化渣面积，同时缩短化渣时间。

本发明之所以要求分批加入钛铁以及适量电石，主要是因为分批加入可减少Ti铁合金化量，增加渣面脱氧几率；电石脱氧能力虽然很强，但其加入量过大会还原渣中的SiO₂，使钢水中[Si]超标。

本发明之所以要求LF炉加入一定量活性灰(≤2.5kg/t钢水)、萤石(1-2kg/t钢水)，主要是为了限制石灰的加入，LF炉阶段石灰加入量不超过2kg/t钢水。因为熔渣流动性相对于高碱度而言更加重要，石灰加入量增加会使得熔渣发黏。

本发明之所以要求在氩气流量为300-600L/min时搅拌2-4min，主要是因为大氩搅拌是脱硫动力学必备的条件。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在以下几个方面：1)大幅度提高了钢水的脱硫效率，脱硫率由原来的0提高至34.8％，并且使得转炉出钢硫含量由0.005％放宽至0.008％；2)大幅度提高了炼成率，同时保证生产不会因钢水的硫含量超标而中断；3)实现了铁水喷镁脱硫生产高级别焊丝钢的目的，大幅度降低了铁水脱硫的钢铁料消耗；(4)整个生产工艺较为简单可控，产品质量稳定且性能突出；(5)国内原有的铁水纯镁脱硫工艺装备，可不进行铁水脱硫装备升级改造，生产相似的低硫焊丝钢。

具体实施方式

为使本领域普通技术人员充分理解本发明的技术方案和有益效果，以下结合具体实施例进行进一步说明。

本发明所述组成均为质量百分数含量。

原有工艺：铁水采用喷吹颗粒镁粉脱硫工艺，增加扒渣次数和扒渣量，钢铁料消耗达72.1kg/t钢水，转炉出钢硫≤0.005％的比例达到68.6％，钢水经LF炉精炼后浇注，需根据成品硫含量决定是否降级或改钢，最终炼成率为73.5％。

本发明工艺在某钢厂焊丝钢的生产线上实施，按照以下步骤生产：

(1)铁水预处理：处理结束后铁水中S≤0.003％，铁水扒渣后裸露面积≥90％；

(2)转炉：出钢温度≥1650℃，R≥3，S≤0.008％，出钢过程中加入石灰(2.5-3.5kg/t钢水)、Ti铁(3-5kg/t钢水)，以及其余钢种所需合金；

(3)LF炉

第一步，LF化渣：钢水到LF炉后观察熔渣是否偏粘，如是加入萤石球(不超过1kg/t钢水)，选择高档功率化渣3-5分钟，之后快速升温；

第二步，LF脱氧：当钢水温度升至≥1580℃时，分2-4批加入Ti铁并一次性加入适量电石，每批钛铁加入量≤0.50kg/t钢水，相邻批次间隔2-5min，电石加入总量≤0.50kg/t钢水；

第三步，LF脱硫：继续加热升温直至钢水温度≥液相线温度T+100℃，再加入活性灰、萤石造还原性炉渣，活性灰加入量不超过2.5kg/t钢水，萤石加入量为1-2kg/t钢水。使用钢棒粘炉渣观察，炉渣为土黄色后开氩气搅拌2-4min，氩气流量300-600L/min。检测发现土黄色渣样成分为：MnO+FeO≤2％，Al₂O₃≤6％，30％≤TiO₂≤50％，5≤R≤10。

第四步，LF软吹：向渣面铺撒碳化稻壳软化熔渣，调整氩气流量至50-150L/min进行软吹，以熔渣表面蠕动为宜，时间控制≥10min。最终出站钢水以质量百分数计的化学组成为：Si≤0.03％，S≤0.005％，Ti≥0.030％，Al≤0.005％，其余为Fe和钢种所需合金及杂质。

按照上述方法以及表1-2中的工艺条件进行了实施例1-6。

表1铁水脱硫及转炉生产过程工艺参数表

表2 LF炉生产过程工艺参数表

实施例1-6的LF炉终渣渣样成分如表3所示。

表3 LF炉终渣渣样成分对比表

	MnO	FeO	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	TiO<sub>2</sub>	R
						实施例1	1.08	0.82	3.56	38.4	7.8
实施例2	1.41	0.3	5.3	48.7	8.47
						实施例3	0.78	1.17	3.86	37.01	9.4
实施例4	0.43	0.44	4.26	47.5	9.7
						实施例5	0.18	1.03	3.51	36.9	7.4
实施例6	0.82	1.09	3.73	33.9	7.4

实施例1-6的LF炉脱硫效果如表4所示。

表4 LF炉脱硫效果对照表

	出钢硫含量	LF炉离站硫含量	成品硫含量	脱硫效率
					实施例1	0.0074	0.0043	0.0047	41.89％
实施例2	0.0062	0.0041	0.0042	33.87％
					实施例3	0.0052	0.0038	0.0042	26.92％
实施例4	0.0068	0.0047	0.0049	30.88％
					实施例5	0.0049	0.0031	0.0034	36.73％
实施例6	0.0051	0.0032	0.0037	37.25％

由表4可知，通过上述方法，该焊丝钢产品的成品硫含量≤0.005％的比例达到100％，LF炉脱硫效率＞26％，最高达到41.89％。

Claims (10)

1.一种低碳、低硅、低硫的钛脱氧钢在LF炉脱硫的冶炼方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：首先对铁水进行预处理，然后进入转炉中冶炼，最后在LF炉中进行化渣、脱氧、造渣、搅拌、软吹等处理完成脱硫，最终得到低碳、低硅、低硫的钛脱氧钢产品。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述低碳、低硅、低硫的钛脱氧钢产品以质量百分数计的化学组成为：Si≤0.03％，S≤0.005％，Ti≥0.030％，Al≤0.005％，其余为Fe和钢种所需合金及杂质，钢水脱氧元素为Ti。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：预处理结束后铁水中的S≤0.003％，铁水扒渣后裸露面积≥90％。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：转炉出钢温度≥1650℃，炉渣碱度R≥3，S≤0.008％，出钢过程中向钢水中加入了石灰、Ti铁以及钢种所需合金，其中石灰加入量为2.5-3.5kg/t钢水，Ti铁加入量为3-5kg/吨钢水。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：在LF炉化渣工序向钢水中加入萤石球，选择高档功率化渣不超过5分钟，其中萤石球的加入量不超过1kg/t钢水。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：在LF炉脱氧工序将钢水加热至≥1580℃，然后加入Ti铁、电石；其中Ti铁分2-4批加入，电石一次性加入，Ti铁每批加入量≤0.50kg/t钢水，相邻两批次间隔2-5min，电石的总加入量≤0.50kg/t钢水。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：在LF炉造渣、搅拌工序将钢水继续加热升温至≥液相线温度T+100℃，然后加入脱硫剂、萤石造还原性炉渣，确定炉渣成分达标后开氩气搅拌2-4min。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：脱硫剂的加入量不超过2.5kg/t钢水，萤石的加入量为1-2kg/t钢水，且在LF炉阶段Σ脱硫剂量：Σ萤石量≤1，氩气流量控制在300-600L/min；所述炉渣应满足以下条件：MnO+FeO≤2％，Al₂O₃≤6％，30％≤TiO₂≤50％，5≤R≤10。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于：在LF炉软吹工序首先向渣面铺撒碳化稻壳软化熔渣，然后调整氩气流量至50-150L/min软吹10min以上。

10.权利要求1-9任意一项制得的低碳、低硅、低硫的钛脱氧钢作为焊丝钢的应用。