CN115261564A - 非晶软磁薄带用非铝脱氧原料纯铁及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及一种非晶软磁薄带用非铝脱氧原料纯铁及其制备方法。通过铁水预处理脱硫、脱锰，获得低S、低Mn铁水；转炉采用全铁水装入，避免废钢带入杂质；冶炼过程采用双渣法进行深脱锰、脱磷；转炉出钢和精炼过程不对钢水和炉渣进行脱氧操作，维持钢水[O]含量，进一步脱锰、脱磷；在RH工序利用钢水中原始[O]在高真空度下自发进行脱碳反应，脱碳结束采用高纯硅铁替代铝对钢水进行脱氧，避免产生Al2O3夹杂物，提高了钢水纯净度的同时，无需钙处理便可获得良好的可浇性。本发明方法可以制备出完全满足非晶软磁薄带要求的非铝脱氧原料纯铁。
Description
技术领域
本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及一种非晶软磁薄带用非铝脱氧原料纯铁及其制备方法。
背景技术
原料纯铁是纯铁的一种，要求钢中除Fe以外的其他元素含量越低越好，常用于非晶、纳米晶软磁薄带的制备，是典型高技术附加值产品。在制备非晶软磁薄带时，通常是将原料纯铁熔融后添加Si、Co、Ni等其余元素得到混合熔融金属液后，采用甩带法，由喷嘴直接喷射到冷却载体上，使钢液快速凝固成一定厚度的薄带。
原料纯铁中P、S、Al、Ti元素含量及Al2O3夹杂物会造成制备过程中喷嘴堵塞或甩带断裂，C、Mn、O等元素会大幅降低材料的软磁性能，因此制备非晶软磁性薄带用途的原料纯铁要求C、Mn、P、S、Al、Ti、O元素越低越好。铝作为炼钢过程中重要的钢水脱氧材料之一，采用铝对钢水脱氧能保证钢水脱氧良好，但不可避免在脱氧过程产生Al2O3夹杂物并使钢水残余一定铝含量，这对于制备非晶软磁薄带是极为有害的。因此如何保证钢水脱氧良好的情况下尽可能降低铝等元素含量和Al2O3夹杂物，提高原料纯铁纯度，是钢铁行业中原料纯铁生产领域的技术难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种非晶软磁薄带用非铝脱氧原料纯铁及其生产方法。非晶软磁薄带用非铝脱氧原料纯铁，其组分及质量百分比含量为C：≤0.005％、Si：≤1.0％、Mn：≤0.06％、P：≤0.015％、S：≤0.010％，Al≤0.005％，Ti≤0.004％，N≤0.004％，T[O]≤0.007％，其余为Fe和不可避免的杂质；
非晶软磁薄带用非铝脱氧原料纯铁优选的化学成分及重量百分比含量为：C：≤0.002％，Mn：≤0.05％，Si：0.65～0.85％，P：≤0.010％，S：≤0.008％，Al≤0.003％，Ti≤0.002％，N：≤0.003％，T[O]≤0.005％，其余为Fe和不可避免的杂质。
非晶软磁薄带用非铝脱氧原料纯铁的制备方法，其工艺路线为：铁水KR预处理—转炉冶炼—LF处理—RH脱碳处理—脱氧处理—小方坯连铸；铁水KR预处理分两步，分别进行脱硫和脱锰操作，降低入炉铁水锰、硫含量；使用全铁水装入进行转炉冶炼，避免废钢带入杂质元素；转炉冶炼采用双渣法，加强脱锰、脱磷率；转炉终点成分控制：C≤0.06％，Mn≤0.05％，P≤0.010％，S≤0.006％，Ti≤0.002％；出钢结束采用挡渣塞+滑板挡渣避免下渣回磷；转炉出钢以及精炼过程不对钢水和炉渣进行脱氧操作，可进一步脱去钢水中锰、磷、钛等元素，精炼结束Mn≤0.04％，P≤0.008％，Ti≤0.001％，钢水[O]含量控制在600～900ppm；RH过程不进行吹氧，仅利用钢水中原始[O]在高真空下自发进行碳氧反应，将碳含量脱除至0.002％以内，[O]含量400～600ppm；RH脱碳后采用高纯硅铁替代铝进行脱氧操作，钢水[O]含量≤50ppm，Al含量≤0.003％，避免生成Al2O3类夹杂物，并通过RH循环脱去大部分脱氧产物；采用非铝脱氧方式，在免去对钢水进行钙处理操作的情况下，钢水浇铸过程仍具备良好的可浇性；连铸为160mm×160mm断面小方坯连铸，采用2.0m/min～2.3m/min拉速，配合总压下量为16mm的轻重压下，铸坯低倍缩孔可控制不超过0.5级。
其步骤及具体工艺参数包括：
1)铁水KR预处理脱硫脱锰
选择Si≤0.40％、Mn≤0.40％、P≤0.150％的铁水进行KR预处理，分两步进行：第一步在铁水罐内加入6～9kg/t优质活性石灰(CaO含量≥85％，活性度≥260)搅拌10～15min，进行脱硫处理，并将渣扒除，脱硫后铁水S含量可降低至0.002％以内；第二步继续在铁水罐内加入8～15kg/t氧化铁皮搅拌15～20min，搅拌速度40～60r/min，进行脱锰处理，并将渣扒除，脱锰后铁水Mn含量可控制在0.25％以内。
2)转炉全铁水装入双渣法冶炼脱锰、脱磷
使用步骤1)所述铁水原料进行全铁水装入，不装入废钢，避免废钢带入P、S等杂质元素；转炉采用双渣法冶炼，活性石灰加入量38～48kg/t，轻烧白云石加入量8～12kg/t，生白云石加入量10～20kg/t，矿石加入量20～30kg/t，供氧时间15min～18min，供氧量7000m3～9000m3；终点温度控制1580℃～1620℃，终点成分控制：C≤0.06％，Mn≤0.05％，P≤0.010％，S≤0.006％，Ti≤0.002％，钢水[O]含量500ppm～800ppm；出钢时间4min～6min；出钢过程不加入脱氧剂进行脱氧操作，仅加入4～6kg/t优质活性石灰(CaO含量≥85％，活性度≥260)作为顶渣；出钢后期采用挡渣塞+滑板挡渣进行挡渣操作，避免下渣回磷。
3)精炼不脱氧处理
步骤2)所述钢水到精炼工位后，进行通电升温处理，处理时间30～40min；精炼过程不加入电石、铝粒等脱氧剂进行对炉渣和钢水进行脱氧操作，进一步脱去钢水中Mn、P、Ti等元素，使精炼终点Mn≤0.04％，P≤0.008％，Ti≤0.001％，钢水[O]含量控制在600～900ppm；钢水温度达到1650℃以上结束精炼。
4)RH循环脱碳处理
步骤3)所述钢水到RH工位后，不进行吹氧操作，在≤133Pa真空度下进行循环，采用氩气作为提升气体，流量100～120Nm3/h，使钢水中原始[O]与C元素自发进行碳氧反应进行脱碳处理；循环3～8min后，钢水C含量可降低至0.002％以内，钢水[O]含量400ppm～600ppm。
5)钢水硅脱氧处理
步骤4)所述钢水在脱碳处理结束后，在RH工位继续保持≤133Pa真空度，加入10～15kg/t高纯硅铁(P、S、Al、Ti元素含量均不超过0.02％)替代铝进行脱氧处理，脱氧后钢水Si含量0.65％～0.85％，Al≤0.003％，[O]含量≤50ppm；脱氧结束后继续循环5min～10min后结束真空，并在钢水表面加入低碳钢包覆盖剂(含碳量≤2％)。
6)小方坯连铸轻重压下
在160mm×160mm断面小方坯连铸机进行浇铸；连铸过程使用低碳中包覆盖剂(含碳量≤2％)和超低碳保护渣(含碳量≤8％)；钢水过热度30℃～45℃，连铸拉速2.0m/min～2.3m/min，采用气雾进行二次冷却；铸坯矫直温度1000～1200℃；铸坯矫直后，在固相率为50％～100％位置实施总压下量为16mm的三辊轻重压下，其中，前两辊总压下量8mm，第三辊压下量8mm；实施轻重压下后，铸坯低倍缩孔可控制在0.5级以内。
本发明的有益技术效果：
通过本发明的制备方法，铁水经过KR脱硫、脱锰两步预处理，转炉采用全铁水装入进行双渣法冶炼、精炼不脱氧处理、RH循环脱碳处理，可使钢水成分控制在：C≤0.002％、Mn≤0.05％、P≤0.010％、S≤0.008％、Al≤0.003％、Ti≤0.002％含量；采用高纯硅铁替代铝对RH脱碳后的钢水进行脱氧处理，可将T[O]含量控制不超过0.005％的同时，Al含量控制不超过0.003％的超低范围，避免了脱氧过程产生Al2O3夹杂物，提高了钢水纯净度，解决了非晶软磁薄带用原料纯铁生产的技术难题。
本发明通过铁水预处理脱锰，能有效控制入炉铁水成分的Mn含量，能有效降低后续转炉双渣法脱锰的辅料消耗和冶炼时间，提高金属收得率；且氧化铁皮为炼钢厂常见的废弃物，间接提供了一种氧化铁皮回收综合利用的方法，具有一定低碳环保、节能降耗的意义。
附图说明：
图1实施例1(采用轻重压下)连铸坯横剖低倍照片；
图2实施例1(采用轻重压下)连铸坯纵剖低倍照片；
图3对比例3(未采用轻重压下)连铸坯横剖低倍照片；
图4对比例3(未采用轻重压下)连铸坯纵剖低倍照片。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作详细说明。以下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。
实施例1
1)铁水KR预处理脱硫脱锰
选择Si 0.20％、Mn 0.33％、P 0.107％，S 0.030％的铁水进行KR预处理，分两步进行：第一步在铁水罐内加入7kg/t优质活性石灰搅拌10min，进行脱硫处理，并将渣扒除，脱硫后铁水S含量可降低至0.001％；第二步继续在铁水罐内加入13kg/t氧化铁皮搅拌18min，进行脱锰处理，并将渣扒除，脱锰后铁水Mn含量控制在0.225％。
2)转炉全铁水装入双渣法冶炼脱锰、脱磷
使用步骤1)所述铁水原料进行全铁水装入，不装入废钢，装入量135t，避免废钢带入P、S等杂质元素；转炉采用双渣法冶炼，活性石灰加入量39kg/t，轻烧白云石加入量9kg/t，生白云石加入量12kg/t，矿石加入量25kg/t，供氧时间16min，供氧量8147m3；终点温度控制1618℃，终点成分控制：C 0.048％，Si 0.009％，Mn 0.047％，P 0.009％，S 0.006％，Ti0.002％，钢水[O]含量652ppm；出钢时间4min；出钢过程不加入脱氧剂进行脱氧操作，仅加入5kg/t优质活性石灰作为顶渣；出钢后期采用挡渣塞+滑板挡渣进行挡渣操作，避免下渣回磷。
3)精炼不脱氧处理
步骤2)所述钢水到精炼工位后，进行通电升温处理，处理时间35min；精炼过程不加入电石、铝粒等脱氧剂进行对炉渣和钢水进行脱氧操作，进一步脱去钢水中Mn、P、Ti等元素，使精炼终点C 0.037％，Si 0.003％，Mn 0.028％，P 0.004％，S 0.005％，Ti 0.0002％，钢水[O]含量控制在792ppm；钢水温度达到1680℃结束精炼。
4)RH循环脱碳处理
步骤3)所述钢水到RH工位后，不进行吹氧操作，在103Pa真空度下进行循环，采用氩气作为提升气体，流量120Nm3/h，使钢水中原始[O]与C元素自发进行碳氧反应进行脱碳处理；循环4min后，钢水C含量可降低至0.002％，钢水[O]含量492ppm。
5)钢水硅脱氧处理
步骤4)所述钢水在脱碳处理结束后，在RH工位继续保持103Pa真空度，加入14kg/t高纯硅铁(P、S、Al、Ti元素含量均不超过0.02％)替代铝进行脱氧处理，脱氧后钢水Si含量0.002％，Al 0.001％，[O]含量≤50ppm；脱氧结束后继续循环10min后结束真空，并在钢水表面加入低碳钢包覆盖剂(含碳量≤2％)。
6)小方坯连铸轻重压下
在160mm×160mm断面小方坯连铸机进行浇铸；连铸过程使用低碳中包覆盖剂(含碳量≤2％)和超低碳保护渣(含碳量≤8％)；钢水过热度32℃，连铸拉速2.3m/min，采用气雾进行二次冷却；铸坯矫直温度1150℃；铸坯矫直后，在固相率为50％～100％位置实施总压下量为16mm的三辊轻重压下，其中，前两辊总压下量8mm，第三辊压下量8mm；实施轻重压下后，铸坯低倍缩孔可控制在0.5级以内。
实施例2—实施例3
实施例2和实施例3工艺过程同实施例1，具体原料以及工艺参数见表1-表6。
对比实施例1
5)钢水铝脱氧处理
步骤4)所述钢水在脱碳处理结束后，在RH工位继续保持103Pa真空度，加入0.8kg/t铝粒进行脱氧处理，脱氧后钢水Si含量0.001％，Al 0.008％，[O]含量84ppm；脱氧结束后继续循环10min后结束真空，并进行钙处理。钙处理结束在钢水表面加入低碳钢包覆盖剂(含碳量≤2％)。
其他工艺过程同实施例1。
对比实施例2
5)钢水铝脱氧处理
步骤4)所述钢水在脱碳处理结束后，在RH工位继续保持103Pa真空度，加入1.2kg/t铝粒进行脱氧处理，脱氧后钢水Si含量0.001％，Al 0.011％，[O]含量20ppm；脱氧结束后继续循环10min后结束真空，并进行钙处理。钙处理结束在钢水表面加入低碳钢包覆盖剂(含碳量≤2％)。
其他工艺过程同实施例1。
对比实施例3
6)小方坯连铸
在160mm×160mm断面小方坯连铸机进行浇铸；连铸过程使用低碳中包覆盖剂(含碳量≤2％)和超低碳保护渣(含碳量≤8％)；钢水过热度32℃，连铸拉速2.3m/min，采用气雾进行二次冷却；铸坯矫直温度1150℃；铸坯矫直后，不采用轻重压下，铸坯低倍缩孔1.0级。
其他工艺过程同实施例1。
实施例1～实施例3的铁水成分、脱硫脱锰主要参数及预处理后铁水锰、硫成分见表1。
表1实施例铁水预处理工艺参数
由表1，实施例采用两步法脱硫、脱锰预处理，铁水Mn含量可降低0.07％～0.12％。
实施例1～实施例3转炉供氧时间、供氧量及终点成分、温度、[O]含量见表2。
表2实施例转炉工艺参数
由表2，实施例采用脱锰铁水预处理铁水，转炉终点可满足Mn含量≤0.05％，P≤0.010％，S≤0.06％。
实施例1～实施例3精炼通电时间及精炼结束成分、温度、[O]含量见表3。
表3实施例精炼工艺参数
由表3，精炼不对炉渣和钢水进行脱氧，仅进行通电升温操作，钢水C、Mn、P元素含量可进一步降低，[O]含量上升约150ppm。
实施例1～实施例3RH循环时间、RH脱碳结束成分、[O]含量见表4。
表4实施例RH脱碳工艺参数
由表4，RH在不吹氧情况下，仅在≤133Pa情况下循环5min左右，钢水中C、O自发进行[C]+[O]＝CO↑的碳氧反应，C含量可降低至0.002％，[O]含量降低至500ppm左右。
实施例1～实施例3及对比例在RH脱碳结束后脱氧剂用量、脱氧后钢水氧含量、化学成分等见表5。
表5实施例及对比例RH脱氧工艺参数
由表5，实施例1～实施例3采用高纯硅铁脱氧，脱氧后钢水Al控制在0.003％以内，[O]控制在50ppm以内，因未采用铝脱氧，不会生成Al2O3脱氧产物形成夹杂物，钢水不需要钙处理；对比例1～对比例3采用铝粒脱氧，对比例1加入1.0kg/t铝粒，钢水Al含量达到0.008％，但[O]含量仍达到84ppm，超出T[O]≤70ppm范围；对比例2加入1.2kg/t铝粒，钢水[O]含量降低至20ppm，但Al含量达到0.011％，超出Al≤0.005％要求；对比例1～对比例2脱氧产物为Al2O3，为保证钢水可浇性，均需要采用钙处理。
实施例1～实施例3连铸工艺及铸坯低倍评级等见表6和图1～图4。
表6实施例及对比例连铸工艺参数及铸坯低倍
由表6及图1～图4，对比例3未采用轻重压下，铸坯存在心部裂纹，缩孔达到1.0级；实施例1～实施例3在采用轻重压下(压下量16mm)后，铸坯低倍质量有明显改善，缩孔≤0.5级，无中心裂纹。
对比实施例4
1)铁水KR预处理脱硫
选择Si 0.20％、Mn 0.33％、P 0.107％，S 0.030％的铁水进行预处理，在铁水罐内加入7kg/t优质活性石灰搅拌10min，进行脱硫处理，并将渣扒除，脱硫后铁水S含量可降低至0.001％。
其他工艺过程同实施例1。
表7实施例及对比例转炉辅料消耗及金属收得率
由表7，采用同条件铁水，对比例4仅对铁水采用KR脱硫预处理，入炉铁水Mn含量没有降低；实施例1对铁水采用KR脱硫、脱锰两步预处理，能有效控制入炉铁水Mn含量≤0.25％，在同样采用全铁水装入、双渣法操作条件下，转炉辅料消耗量明显下降，金属收得率明显上升。
Claims (8)
1.一种非晶软磁薄带用非铝脱氧原料纯铁的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：铁水KR预处理-转炉冶炼-LF处理-RH脱碳处理-脱氧处理-小方坯连铸；其中，铁水KR预处理分两步进行；第一步在铁水罐内加入优质活性石灰搅拌，进行脱硫处理，并将渣扒除；第二步继续在铁水罐内加入氧化铁皮搅拌，进行脱锰处理，并将渣扒除；转炉采用双渣法冶炼脱锰、脱磷。
2.如权利要求1所述的非晶软磁薄带用非铝脱氧原料纯铁的制备方法，其特征在于，所述制备方法步骤如下：
1)铁水KR预处理脱硫脱锰
选择Si≤0.40％、Mn≤0.40％、P≤0.150％的铁水进行两步KR预处理，脱硫、脱锰后铁水S含量控制在0.002％以内，Mn含量控制在0.25％以内；
2)转炉全铁水装入双渣法冶炼脱锰、脱磷
步骤1)所述铁水进行全铁水装入，不装入废钢，采用双渣法冶炼脱锰、脱磷，转炉终点温度控制1580℃～1620℃，终点成分控制：C≤0.06％，Mn≤0.05％，P≤0.010％，S≤0.006％，Ti≤0.002％，钢水[O]含量控制在500ppm～800ppm；出钢过程不加入脱氧剂进行脱氧，仅加入优质活性石灰作为顶渣；出钢后期采用挡渣塞+滑板挡渣进行挡渣操作，避免下渣回磷；
3)精炼不脱氧处理
步骤2)所述钢水到精炼后，进行通电升温处理，进一步脱去钢水中Mn、P、Ti元素，使精炼终点Mn≤0.04％，P≤0.008％，Ti≤0.001％，钢水[O]含量控制在600～900ppm；
4)RH循环脱碳处理
步骤3)所述钢水到RH后，不进行吹氧操作，在≤133Pa真空度下进行循环，使钢水中原始[O]与C元素自发进行碳氧反应进行脱碳处理；循环后钢水C含量可降低至0.002％以内，钢水[O]含量400ppm～600ppm；
5)钢水硅脱氧处理
步骤4)所述钢水在脱碳处理结束后，在RH继续保持≤133Pa真空度，加入高纯硅铁进行脱氧处理，钢水Si含量控制在0.65％～0.85％，Al≤0.003％，[O]含量≤50ppm；脱氧结束后继续循环后破空；破空后加入含碳量≤2％的低碳钢包覆盖剂；
6)小方坯连铸轻重压下
在160mm×160mm断面小方坯连铸机进行浇铸；连铸过程使用含碳量≤2％的低碳中包覆盖剂和含碳量≤8％超低碳保护渣；铸坯在矫直后在固相率为50％～100％位置实施总压下量为16mm的三辊轻重压下；实施轻重压下后，铸坯低倍缩孔可控制在0.5级以内。
3.如权利要求1所述的非晶软磁薄带用非铝脱氧原料纯铁的制备方法，其特征在于，所述第一步在铁水罐内加入6～9kg/t优质活性石灰，其中，优质活性石灰CaO含量≥85％，活性度≥260，搅拌10～15min；第二步继续在铁水罐内加入8～15kg/t氧化铁皮搅拌15～20min，搅拌速度40～60r/min。
4.如权利要求1所述的非晶软磁薄带用非铝脱氧原料纯铁的制备方法，其特征在于，所述转炉采用双渣法冶炼，活性石灰加入量38～48kg/t，轻烧白云石加入量8～12kg/t，生白云石加入量10～20kg/t，矿石加入量20～30kg/t，供氧时间15min～18min，供氧量7000m3～9000m3。
5.如权利要求2所述的非晶软磁薄带用非铝脱氧原料纯铁的制备方法，其特征在于，步骤3)所述通电升温处理时间30～40min，钢水温度达到1650℃以上结束精炼。
6.如权利要求2所述的非晶软磁薄带用非铝脱氧原料纯铁的制备方法，其特征在于，步骤5)所述高纯硅铁加入量为10～15kg/t，高纯硅铁P、S、Al、Ti元素含量均不超过0.02％。
7.如权利要求2所述的非晶软磁薄带用非铝脱氧原料纯铁的制备方法，其特征在于，步骤6)所述连铸过程钢水过热度30℃～45℃，连铸拉速2.0m/min～2.3m/min，采用气雾进行二次冷却；铸坯矫直温度1000～1200℃。
8.一种非晶软磁薄带用非铝脱氧原料纯铁，其特征在于，所述原料纯铁按照质量百分比其组分含量为：C：≤0.005％、Si：≤1.0％、Mn：≤0.06％、P：≤0.015％、S：≤0.010％，Al≤0.005％，Ti≤0.004％，N≤0.004％，T[O]≤0.007％，其余为Fe和不可避免的杂质。
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