CN115287411B - 一种低成本稳拉速冶炼耐候钢方法 - Google Patents

一种低成本稳拉速冶炼耐候钢方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种低成本稳拉速冶炼耐候钢方法，包括如下步骤：S1、提高转炉终点碳含量；S2、改变出钢脱氧合金；S3、进行RH轻处理工艺；S4、LF进行造渣脱硫处理。本发明提供的低成本稳拉速冶炼耐候钢方法，能够达到降低钢水氧化、提高金属收得率、降低氧气消耗、提高拉速，降低生产成本的目的。

Description

一种低成本稳拉速冶炼耐候钢方法
技术领域
本发明涉及耐候钢生产技术领域，尤其涉及一种低成本稳拉速冶炼耐候钢方法。
背景技术
耐候钢主要应用集装箱制造，需求量大，因连铸对钢水碳含量有严格要求，中包碳≤0.05％，转炉采用低拉碳模式，终点碳≤0.04％，出钢加低碳合金和铝锭进行脱氧合金化，此生产工艺对转炉及精炼工序的碳控要求极为严格，尤其在LF送电及变渣过程，钢水增碳不可控，导致中包碳合格率低，此外还带来钢水洁净度差、合金成本高、钢铁料消耗高等一系列问题。
现阶段耐候钢生产采用精炼直上工艺，工艺路线为BOF-LF-CC。因连铸对钢水碳含量有严格要求，中包碳≤0.05％，转炉采用低拉碳模式，终点碳≤0.04％，出钢加低碳合金和铝锭进行脱氧合金化，此生产工艺对转炉及精炼工序的碳控要求极为严格，尤其在LF送电及变渣过程，钢水增碳不可控，导致中包碳合格率低，此外还带来钢水洁净度差、合金成本高、钢铁料消耗高等一系列问题。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种低成本稳拉速冶炼耐候钢方法，以达到降低钢水氧化、提高金属收得率、降低氧气消耗、提高拉速，降低生产成本的目的。
为了达到上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种低成本稳拉速冶炼耐候钢方法，包括如下步骤：
S1、提高转炉终点碳含量；
S2、改变出钢脱氧合金；
S3、进行RH轻处理工艺；
S4、LF进行造渣脱硫处理。
其中，所述S2步骤中转炉出钢不进行铝锭脱氧，只进行合金化，主要采用高碳铬铁替代低碳铬铁、高碳锰铁替代低碳锰铁，Cr、Mn按照目标成分的90％进行控制，Cr按照0.28％，Mn按照0.35％控制。
其中，所述S3步骤包括如下步骤：
真空到站定氧测温，到站温度≥1580℃；
最大真空度≤5mbar；
真空处理时间：15-30min；
脱氧合金化：脱碳终点C≤0.030％；脱碳结束后根据钢水氧含量进行铝脱氧及Si、Mn、Cr合金化，出站[Als]0.030～0.050％。
其中，所述S4步骤中钢中氧经过RH处理后已经被脱除干净，在LF只需进行变渣脱硫处理即可，具体包括如下步骤：
S41、升温；
S42、造渣；
S43、脱硫；
S44、Ti合金化；
S45、软吹钙处理；
S46、出站添加无碳碱性覆盖剂保温。
其中，所述S41步骤具体如下：
钢水到站测温后加入电石进行送电加热，电石加入量≥150kg/炉。电石发泡量及发泡时间较其它发泡剂效果要好，但是会导致钢水增碳，由于钢水经过RH轻处理后碳≤0.03％，LF工序增碳压力降低，可使用电石提高埋弧效果，减少送电过程吸氧、吸氮同时提高加热效率。
其中，所述S42步骤具体如下：
钢水升温至1605℃进行变渣操作，因电石脱氧能力强，在送电过程已经脱除部分渣中氧，所以在送电结束后只需加入少量铝粒及电石即可将黑渣改质为白渣，缩短了变渣时间，精炼周期相同，缩短变渣时间即增加了白渣时间，夹杂物上浮更充分，后根据渣子流动性补加石灰，保证终渣(FeO+MnO)＜2％，渣中CaO/Al2O3比值在2.0±0.2之间。
其中，所述S43步骤中渣子变性后进行大氩气搅拌脱硫，保证硫≤0.003％。
其中，所述S44步骤中脱硫至[S]≤0.003％后向渣面加入20～30kg铝粒，搅拌1～2min重新造渣后再进行钛铁合金化，钛合金化目标按内控目标上限控制，避免二次补钛。
其中，所述S45步骤中软吹分二段式软吹，钙前软吹7min，钙后软吹12min，软吹流量保证渣面蠕动即可，软吹流量范围15-25m3/h，保证夹杂物充分上浮；采用无缝金属钙包芯线进行钙处理，加入量200m，保证中包Ca/AI≥0.06；为提高钙收得率，钙前12min禁止补铝、补钛。
与现有技术相比，本发明具有的优点和有益效果如下：
首先，降低生产成本，降低转炉出钢碳要求，以此可以降低钢铁料消耗，降低终渣氧化性，保护转炉耐材，提高炉役寿命，降减少脱氧剂消耗。
(1)钢铁料消耗：钢铁料消耗降低8.3kg/t，钢铁料单价2600元/t，降本约21.6元/t。
(2)氧气消耗：氧气消耗降低2.72m3/t，氧气单价0.42元/m3，降本约1.14元/t。
(3)脱氧剂消耗：脱氧剂消耗降低1.075kg/t，原工艺有750ppm的氧需要用铝脱除，且铝的收得率低，只有80％左右，脱钢中氧需要消耗铝1.08kg/t，而新工艺经过RH后钢中氧只有0-50ppm，且真空室内铝的收得率高，接近99％，脱钢中氧只需要消耗铝0.005kg/t，铝单价为18000元/t，吨钢降本约为19.3元/t。
(4)合金降本：转炉出钢不进行铝锭脱氧，只进行合金化，采用高碳铬铁替代低碳铬铁、高碳锰铁替代低碳锰铁，吨钢降本超30元/t。
(5)降本总额超72元/t(降本总额＝钢铁料消耗降+氧气消耗降本+脱氧剂降本+合金降本＝21.6+1.14+19.3+30＝72.04元/t)。
其次，提高钢水质量：
(1)首先从夹杂物源头控制，通过RH真空处理脱碳脱氧，降低铝消耗1.075kg/t，减少铝系夹杂物产生2.03kg/t，同时改变软吹工艺，保证软吹时间，提高夹杂物上浮效率，提高钢水纯净度。
(2)钛合金化工艺改进：LF终渣样氧化性要求(FeO+MnO)＜2％，将钛铁合金替换为钛铁包芯线，可以有效提高钛元素的收得率，确保成分稳定，同时减少氧化铁、钛氮化合物的生成。
拉速保证：稳定全无头轧制产线连铸浇铸过程液面和热电偶波动，可提高拉速至5.0m/min。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明技术方案进行详细的描述，以更进一步了解本发明的目的、方案及功效，但并非作为本发明所附权利要求保护范围的限制。
本发明实施例提供了一种低成本稳拉速冶炼耐候钢方法，包括如下步骤：
S1、提高转炉终点碳含量；S2、改变出钢脱氧合金；S3、进行RH轻处理工艺；S4、LF进行造渣脱硫处理。
其中，所述S2步骤中转炉出钢不进行铝锭脱氧，只进行合金化，主要采用高碳铬铁替代低碳铬铁、高碳锰铁替代低碳锰铁，Cr、Mn按照目标成分的90％进行控制，Cr按照0.28％，Mn按照0.35％控制。
其中，所述S3步骤包括如下步骤：
真空到站定氧测温，到站温度≥1580℃；
最大真空度≤5mbar；
真空处理时间：15-30min；
脱氧合金化：脱碳终点C≤0.030％；脱碳结束后根据钢水氧含量进行铝脱氧及Si、Mn、Cr合金化，出站[Als]0.030～0.050％。
其中，所述S4步骤中钢中氧经过RH处理后已经被脱除干净，在LF只需进行变渣脱硫处理即可，具体包括如下步骤：
S41、升温；
S42、造渣；
S43、脱硫；
S44、Ti合金化；
S45、软吹钙处理；
S46、出站添加无碳碱性覆盖剂保温。
其中，所述S41步骤具体如下：
钢水到站测温后加入电石进行送电加热，电石加入量≥150kg/炉。电石发泡量及发泡时间较其它发泡剂效果要好，但是会导致钢水增碳，由于钢水经过RH轻处理后碳≤0.03％，LF工序增碳压力降低，可使用电石提高埋弧效果，减少送电过程吸氧、吸氮同时提高加热效率。
其中，所述S42步骤具体如下：
钢水升温至1605℃进行变渣操作，因电石脱氧能力强，在送电过程已经脱除部分渣中氧，所以在送电结束后只需加入少量铝粒及电石即可将黑渣改质为白渣，缩短了变渣时间，精炼周期相同，缩短变渣时间即增加了白渣时间，夹杂物上浮更充分，后根据渣子流动性补加石灰，保证终渣(FeO+MnO)＜2％，渣中CaO/Al2O3比值在2.0±0.2之间。
其中，所述S43步骤中渣子变性后进行大氩气搅拌脱硫，保证硫≤0.003％。
其中，所述S44步骤中脱硫至[S]≤0.003％后向渣面加入20～30kg铝粒，搅拌1～2min重新造渣后再进行钛铁合金化，钛合金化目标按内控目标上限控制，避免二次补钛。
其中，所述S45步骤中软吹分二段式软吹，钙前软吹7min，钙后软吹12min，软吹流量保证渣面蠕动即可，软吹流量范围15-25m3/h，保证夹杂物充分上浮；采用无缝金属钙包芯线进行钙处理，加入量200m，保证中包Ca/Al≥0.06；为提高钙收得率，钙前12min禁止补铝、补钛。
具体的，提高转炉终点碳含量(终点碳由0.04％提高至0.08％)，可以达到以下效果：
(1)降低钢水氧化性：以碳氧积0.0030为例进行分析，原工艺终点碳0.04％对应终点氧为750ppm，新工艺终点碳0.08％对应终点氧为375ppm，终点氧可降低375ppm。
(2)降低钢铁料消耗：提高终点碳后可降低终渣氧化性，减少渣中全铁损失，在1600℃条件下，铁与氧及渣中氧化铁存在平衡：
[Fe]+[O]＝(FeO)，渣中氧由750ppm降低至375ppm，终渣氧化性可由26.8％降低至13.4％，以转炉渣量80kg/t为基础进行计算，可降低渣中FeO约10.7kg/t，核算渣中全铁约为8.3kg/t。
(3)降低氧气消耗：提高转炉终点碳可降低氧气消耗，其中分为三个部分：
①钢水中氧含量降低，钢中氧主要来源于顶吹氧气，钢种氧降低375ppm，可节约氧气消耗：V1＝0.0375％*106g/t÷32g/mol*22.4L/mol÷1000L/m3＝0.262m3/t
②减少脱碳消耗的氧气，碳由0.04％提高至0.08％，减少脱碳消耗的氧气：V2＝Δ[C]％*106g/t÷12g/mol÷2*22.4L/mol÷1000L/m3＝0.373m3/t
③减少渣铁耗氧，渣子氧化性降低，对应消耗氧气降低：
V3＝Δ(FeO)％*100kg/t*1000g/kg÷72g/mol÷2*22.4L/mol÷1000L/m3＝2.08m3/t
总降低氧气消耗为：V总＝V1+V2+V3＝2.72m3/t
(4)提高铁水锰回收率：在转炉反应前期，铁水中[Mn]会被快速氧化进入渣中成为(MnO)，反应方程为[Mn]+[O]＝(MnO)，由此可见[Mn]氧化为放热反应，所以随着冶炼进入末期，伴随着终点温度升高，渣中氧化锰会分解为[Mn]和[O]进入钢水中，而锰又是钢中的有益元素，提高终点残锰可降低合金成本。在反应末期[Mn]与[O]的平衡实际上是三个反应同时达到平衡：
①[Mn]+[O]＝(MnO)，
②[Fe]+[O]＝(FeO)，
③[Mn]+(FeO)＝[Fe]+(MnO)，由此可见，提高终点碳可降低终点氧，降低渣中氧化铁含量，进而减少锰元素的氧化，提高铁水锰回收率。
根据日钢铁水锰平均含量为0.5％进行分析，终点碳由0.04％提高至0.08％，终点残猛可由0.11％提高至0.19％。
具体的，改变出钢脱氧合金化工艺
转炉出钢不进行铝锭脱氧，只进行合金化，主要采用高碳铬铁替代低碳铬铁、高碳锰铁替代低碳锰铁，Cr、Mn按照目标成分的90％进行控制(Cr按照0.28％，Mn按照0.35％控制)。
具体的，进行RH轻处理工艺
根据转炉终点碳0.08％，高碳合金增碳0.02％，总碳量大约为0.10％。根据碳氧反应方程：[C]+[O]→CO(g)，保证终点碳≤0.03％，脱碳量为0.07％，所需消耗氧为m氧＝Δ[C]％÷12×16＝0.07％÷12×16＝930ppm；而转炉终点钢水含有375ppm的氧，出钢过程增氧300ppm，真空室因烘烤、真空壁冷钢等原因增氧200-250ppm，所以整个环节钢水总氧量大约为900ppm，RH只需吹少量氧气即可满足脱碳需求。
RH轻处理可达到以下效果：
(1)在真空室内利用其CO分压低进行碳氧充分反应，提高中包碳合格率；
(2)利用脱碳的同时脱除钢中氧，不仅能降低脱氧剂消耗，并且生成清洁的脱氧产物CO，提高钢水洁净度。
RH工艺操作如下：
(1)真空到站定氧测温，到站温度≥1580℃
(2)最大真空度≤5mbar
(3)真空处理时间：15～30min
(4)脱氧合金化：脱碳终点C≤0.030％；脱碳结束后根据钢水氧含量进行铝脱氧及Si、Mn、Cr合金化。出站[Als]0.030～0.050％。
具体的，LF进行造渣脱硫处理
钢中氧经过RH处理后已经被脱除干净，在LF只需进行变渣脱硫处理即可。
(1)升温：钢水到站测温后加入电石进行送电加热，电石加入量≥150kg/炉。电石发泡量及发泡时间较其它发泡剂效果要好，但是会导致钢水增碳，由于钢水经过RH轻处理后碳≤0.03％，LF工序增碳压力降低，可使用电石提高埋弧效果，减少送电过程吸氧、吸氮同时提高加热效率。
(2)造渣：钢水升温至1605℃进行变渣操作，因电石脱氧能力强，在送电过程已经脱除部分渣中氧，所以在送电结束后只需加入少量铝粒及电石即可将黑渣改质为白渣，缩短了变渣时间(精炼周期相同，缩短变渣时间即增加了白渣时间，夹杂物上浮更充分)，后根据渣子流动性补加石灰，保证终渣(FeO+MnO)＜2％，渣中CaO/Al2O3比值在2.0±0.2之间。
(3)脱硫：渣子变性后进行大氩气搅拌脱硫，保证硫≤0.003％；
(4)Ti合金化：脱硫至[S]≤0.003％后向渣面加入20～30kg铝粒，搅拌1～2min重新造渣后再进行钛铁合金化，钛合金化目标按内控目标上限控制，避免二次补钛；
(5)软吹钙处理：
软吹分二段式软吹，钙前软吹7min，钙后软吹12min，软吹流量保证渣面蠕动即可(软吹流量范围15-25m3/h)，保证夹杂物充分上浮；
采用无缝金属钙包芯线进行钙处理，加入量200m，保证中包Ca/Al≥0.06；为提高钙收得率，钙前12min禁止补铝、补钛。
(6)出站添加无碳碱性覆盖剂保温。
首先，降低生产成本，降低转炉出钢碳要求，以此可以降低钢铁料消耗，降低终渣氧化性，保护转炉耐材，提高炉役寿命，降减少脱氧剂消耗。
钢铁料消耗：钢铁料消耗降低8.3kg/t，钢铁料单价2600元/t，降本约21.6元/t。
氧气消耗：氧气消耗降低2.72m3/t，氧气单价0.42元/m3，降本约1.14元/t。
脱氧剂消耗：脱氧剂消耗降低1.075kg/t，原工艺有750ppm的氧需要用铝脱除，且铝的收得率低，只有80％左右，脱钢中氧需要消耗铝1.08kg/t，而新工艺经过RH后钢中氧只有0-50ppm，且真空室内铝的收得率高，接近99％，脱钢中氧只需要消耗铝0.005kg/t，铝单价为18000元/t，吨钢降本约为19.3元/t。
合金降本：转炉出钢不进行铝锭脱氧，只进行合金化，采用高碳铬铁替代低碳铬铁、高碳锰铁替代低碳锰铁，吨钢降本超30元/t。
降本总额超72元/t(降本总额＝钢铁料消耗降+氧气消耗降本+脱氧剂降本+合金降本＝21.6+1.14+19.3+30＝72.04元/t)。
其次，提高钢水质量：
首先从夹杂物源头控制，通过RH真空处理脱碳脱氧，降低铝消耗1.075kg/t，减少铝系夹杂物产生2.03kg/t，同时改变软吹工艺，保证软吹时间，提高夹杂物上浮效率，提高钢水纯净度。
钛合金化工艺改进：LF终渣样氧化性要求(FeO+MnO)＜2％，将钛铁合金替换为钛铁包芯线，可以有效提高钛元素的收得率，确保成分稳定，同时减少氧化铁、钛氮化合物的生成。
拉速保证：稳定全无头轧制产线连铸浇铸过程液面和热电偶波动，可提高拉速至5.Om/min。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.一种低成本稳拉速冶炼耐候钢方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、提高转炉终点碳含量；
S2、改变出钢脱氧合金；
S3、进行RH轻处理工艺；
S4、LF进行造渣脱硫处理；
所述S4步骤中钢中氧经过RH处理后已经被脱除干净，在LF只需进行变渣脱硫处理，具体包括如下步骤：
S41、升温；
S42、造渣；
S43、脱硫；
S44、Ti合金化；
S45、软吹钙处理；
S46、出站添加无碳碱性覆盖剂保温；
所述S41步骤具体如下：
钢水到站测温后加入电石进行送电加热，电石加入量≥150kg/炉；电石发泡量及发泡时间较其它发泡剂效果要好，但是会导致钢水增碳，由于钢水经过RH轻处理后碳≤0.03％，LF工序增碳压力降低，使用电石提高埋弧效果，减少送电过程吸氧、吸氮同时提高加热效率；
所述S42步骤具体如下：
钢水升温至1605℃进行变渣操作，因电石脱氧能力强，在送电过程已经脱除部分渣中氧，所以在送电结束后只需加入少量铝粒及电石即可将黑渣改质为白渣，缩短了变渣时间，精炼周期相同，缩短变渣时间即增加了白渣时间，夹杂物上浮更充分，后根据渣子流动性补加石灰，保证终渣(FeO+MnO)＜2％，渣中CaO/Al2O3比值在2.0±0.2之间；
所述S43步骤中渣子变性后进行大氩气搅拌脱硫，保证硫≤0.003％；
所述S44步骤中脱硫至[S]≤0.003％后向渣面加入20～30kg铝粒，搅拌1～2min重新造渣后再进行钛铁合金化，钛合金化目标按内控目标上限控制，避免二次补钛。
2.根据权利要求1所述的低成本稳拉速冶炼耐候钢方法，其特征在于：所述S2步骤中转炉出钢不进行铝锭脱氧，只进行合金化，主要采用高碳铬铁替代低碳铬铁、高碳锰铁替代低碳锰铁，Cr、Mn按照目标成分的90％进行控制，Cr按照0.28％，Mn按照0.35％控制。
3.根据权利要求1所述的低成本稳拉速冶炼耐候钢方法，其特征在于：所述S3步骤包括如下步骤：
真空到站定氧测温，到站温度≥1580℃；
最大真空度≤5mbar；
真空处理时间：15-30min；
脱氧合金化：脱碳终点C≤0.030％；脱碳结束后根据钢水氧含量进行铝脱氧及Si、Mn、Cr合金化，出站[Als]0.030～0.050％。
4.根据权利要求1所述的低成本稳拉速冶炼耐候钢方法，其特征在于：所述S45步骤中软吹分二段式软吹，钙前软吹7min，钙后软吹12min，软吹流量保证渣面蠕动，软吹流量范围15-25m3/h，保证夹杂物充分上浮；采用无缝金属钙包芯线进行钙处理，加入量200m，保证中包Ca/Al≥0.06；为提高钙收得率，钙前12min禁止补铝、补钛。
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