CN115323119A - 一种高纯净度if钢的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及钢材制备领域，尤其涉及一种高纯净度IF钢的制备方法；所述方法包括：对出炉铁水进行冶炼，后进行出钢，得到低碳含氧钢液；对所述低碳含量钢液进行真空脱碳脱氧和合金化，得到破空钢液；对所述破空钢液进行软吹，后进行二次渣改质，再进行浇注，得到高纯净度的钢坯；其中，所述软吹的流量为20L/min～60L/mi，所述出钢包括一次渣改质；利用软吹的小气泡对夹杂物粘附脱除，提高了钢液中夹杂物的去除效率，从而减少大中型夹杂物的残留，同时通过真空脱碳脱氧和合金化，降低钢包渣氧化性以减少钢液二次氧化，再通过两次渣改质，减少钢包渣卷入中间包中，从而能避免IF钢中夹杂物的再次形成，从而能形成不含或含有少量夹杂物的高纯净度IF钢。
Description
技术领域
本申请涉及钢材制备领域，尤其涉及一种高纯净度IF钢的制备方法。
背景技术
IF钢又称无间隙原子钢，由于C、N含量低，当加入一定量的Ti、Nb后，会使钢中的C、N原子被固定成为碳化物和氮化物，从而使钢材具有低的屈服点和屈强比、高伸长率、高的塑性应变比、高的加工硬化指数等深冲性能，同时具有无时效性；目前IF钢在脱氧等冶炼过程中不可避免产生包括内生夹杂物和外来夹杂物的夹杂物，其中，内生夹杂物可以采用手段进行降低但不可能完全去除，外来夹杂物可以通过合适的工艺有效降低产生几率。
由于目前IF钢大多用于汽车行业，相较于镀锡板和轴承钢，传统汽车工业对IF钢中夹杂物要求不是特别严格，但是随着汽车工业的发展，汽车成型工艺越来越复杂，对IF钢中夹杂物的要求越来越苛刻，特别是炼钢过程中产生的钙铝酸盐等液态夹杂物，因这类液态夹杂物在传统工艺中无法去除，但是残留在钢液中造成轧制缺陷。
因此如何有效地去除IF钢的液态夹杂物，以得到高纯净度的IF钢，是目前亟需解决的技术问题。
发明内容
本申请提供了一种高纯净度IF钢的制备方法，以解决现有技术中IF钢的液态夹杂物难以去除的技术问题。
第一方面，本申请提供了一种高纯净度IF钢的制备方法，所述方法包括：
对出炉铁水进行冶炼，后进行出钢，得到低碳含氧钢液；
对所述低碳含量钢液进行真空脱碳脱氧和合金化，得到破空钢液；
对所述破空钢液进行软吹，后进行二次渣改质，再进行浇注，得到高纯净度的钢坯；
其中，所述软吹的流量为20L/min～60L/mi，所述出钢包括一次渣改质。
可选的，所述软吹包括以预设惰性气体进行软吹，所述预设惰性气体的纯度＞99.95％，所述软吹的时间为6min～15min。
可选的，所述一次渣改质所用的渣改质剂为白灰、萤石、铝矾土和铝质改质剂的混合物；
所述白灰、所述萤石和所述铝矾土的投加时间为0～2/3T，所述铝质改质剂的投加时刻为所述出钢结束后；
其中，T为所述出钢的总耗时。
可选的，所述白灰的加入量为1.5kg/t～4.0kg/t，所述萤石的加入量为1.0kg/t～2.0kg/t，所述铝矾土的加入量为0kg/t～1.5kg/t。
可选的，所述铝质改质剂的加入量满足：(0.25*低碳含氧钢液的终点氧含量+100)/(所述铝质改质剂中Al元素含量)。
可选的，所述铝质改质剂包括铝粒、铝豆、铝渣和低碳铝渣球中的至少一种，所述铝质改质剂的粒度为5mm～50mm，所述铝质改质剂的碳含量≤0.1％。
可选的，所述出钢还包括钢包底吹，所述钢包底吹的流量为200L/min～800L/min；
所述出钢的钢包渣满足：[FeO]+[MnO]≤6％，式中，[FeO]为所述钢包渣的FeO含量，[MnO]为所述出钢的钢包渣的MnO的含量。
可选的，所述二次渣改质所用的渣改质剂包括碳含量≤0.1％的改质剂，所述改质剂包括铝粒、铝豆、铝渣和低碳铝渣球中的至少一种，所述改质剂的加入量为50kg～300kg。
可选的，所述二次渣改质的钢包渣满足：[FeO]+[MnO]≤6％，式中，[FeO]为所述钢包渣的FeO含量，[MnO]为所述二次渣改质的钢包渣的MnO的含量；
所述二次渣改质的钢包顶渣的CaO和Al2O3之比为1.0～2.0。
可选的，所述真空脱碳脱氧后的钢液中碳含量≤50ppm。
本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
本申请实施例提供的一种高纯净度IF钢的制备方法，在保证钢液不增碳的前提下，通过软吹的慢流速方式，利用软吹的小气泡对夹杂物粘附脱除，提高了钢液中夹杂物的去除效率，从而减少大中型夹杂物的残留，同时通过真空脱碳脱氧和合金化，降低钢包渣氧化性以减少钢液二次氧化，再通过两次渣改质，减少钢包渣卷入中间包中，从而能避免IF钢中夹杂物的再次形成，从而能形成不含或含有少量夹杂物的高纯净度IF钢，解决传统工艺生产IF钢存在的液态夹杂物难以去除的问题。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请的创造性思维为：软吹，即小流量底吹，一般多应用于钙处理钢种，能够促进钙铝酸盐、氧化铝等夹杂物上浮；由于目前IF钢大多用于汽车行业，相较于镀锡板和轴承钢，传统汽车工业对IF钢中夹杂物要求不是特别严格，并且改质剂中的增碳问题也限制了在IF钢冶炼阶段应用软吹，但是随着汽车工业的发展，汽车成型工艺越来越复杂，对IF钢中夹杂物的要求越来越苛刻，特别是炼钢过程中产生的钙铝酸盐等液态夹杂物，因这类液态夹杂物在传统工艺中无法去除，残留在钢液中会造成轧制缺陷。
在本申请一个实施例中，如图1所示，提供一种高纯净度IF钢的制备方法，所述方法包括：
S1.对出炉铁水进行冶炼，后进行出钢，得到低碳含氧钢液；
S2.对所述低碳含量钢液进行真空脱碳脱氧和合金化，得到破空钢液；
S3.对所述破空钢液进行软吹，后进行二次渣改质，再进行浇注，得到高纯净度的钢坯；
其中，所述软吹的流量为20L/min～60L/mi，所述出钢包括一次渣改质。
本申请实施例中，软吹的流量为20L/min～60L/mi的积极效果是在该流量范围内，能保证软吹过程中氩气流量足够使渣面微微涌动，保证钢液不裸露；当流量的取值大于该范围的端点最大值，将导致软吹的流量过快，钢液中的惰性气体泡会聚集成大气泡或气泡群，导致钢液中气体的体积分数减小，不利于夹杂物在气泡上的粘附脱除，当流量的取值小于该范围的端点最小值，将导致软吹的流量不足，促进夹杂物上浮的能力不足，夹杂物去除效果不佳。
在一些可选的实施方式中，所述软吹包括以预设惰性气体进行软吹，所述预设惰性气体的纯度＞99.95％，所述软吹的时间为6min～15min。
本申请实施例中，预设惰性气体的纯度＞99.95％的积极效果是在该纯度的条件下，能保证钢液不被二次氧化，从而形成夹杂残渣；当纯度的取值小于该范围的端点值，将导致的不利影响是气体中存在的氧气等杂质将造成钢液二次氧化。
软吹的时间为6min～15min的积极效果是在该时间范围内，能保证大夹杂物充分上浮，从而能被去除；当时间的取值大于或小于该范围的端点值，将导致的不利影响是软吹时间过短，钢液中的夹杂物去除效果不佳，软吹时间过长，会造成钢液温度低。
在一些可选的实施方式中，所述一次渣改质所用的渣改质剂为白灰、萤石、铝矾土和铝质改质剂的混合物；
所述白灰、所述萤石和所述铝矾土的投加时间为0～2/3T，所述铝质改质剂的投加时刻为所述出钢结束后；
其中，T为所述出钢的总耗时。
本申请实施例中，白灰、萤石和铝矾土的投加时间为0～2/3T的积极效果是由于白灰、萤石、铝矾土的熔点较高，限定其投加时间，可以利用出钢过程钢流的搅拌作用使渣钢充分接触，渣料快速融化成渣，进而促使后续钢液中的夹杂物被充分去除。
在一些可选的实施方式中，所述白灰的加入量为1.5kg/t～4.0kg/t，所述萤石的加入量为1.0kg/t～2.0kg/t，所述铝矾土的加入量为0kg/t～1.5kg/t。
本申请实施例中，白灰的加入量为1.5kg/t～4.0kg/t的积极效果是在该加入量的范围内，能够使渣系成分在低熔点区域，而低熔点的渣系有利于钢渣吸附夹杂物，从而完成夹杂物的充分去除；当加入量的取值大于或小于该范围的端点值，将导致的不利影响是由于白灰的加入过大，将导致钢包渣不融化，或由于白灰的加入量过低，导致钢水的碱度低。
萤石的加入量为1.0kg/t～2.0kg/t的积极效果是在该加入量的范围内，能够使渣系成分在低熔点区域，而低熔点的渣系有利于钢渣吸附夹杂物，从而完成夹杂物的充分去除；当加入量的取值大于或小于该范围的端点值，将导致的不利影响是钢包渣的融化效果差。
铝矾土的加入量为0kg/t～1.5kg/t的积极效果是在该加入量的范围内，能够使渣系成分在低熔点区域，而低熔点的渣系有利于钢渣吸附夹杂物，从而完成夹杂物的充分去除；当加入量的取值大于或小于该范围的端点值，将导致的不利影响是钢包渣的融化效果差。
在一些可选的实施方式中，所述铝质改质剂的加入量满足：(0.25*低碳含氧钢液的终点氧含量+100)/所述铝质改质剂中Al元素含量)。
本申请实施例中，限定铝质改质剂的加入量的关系式，能保证铝质改质剂的加入充分，同时由于理论和实际的偏差，该铝质改质剂的加入量和公式所计算理论值在±50kg范围内的偏差均可，修正后的加入量能进一步准确的满足铝质改质剂的功能。
在一些可选的实施方式中，所述铝质改质剂包括铝粒、铝豆、铝渣和低碳铝渣球中的至少一种，所述铝质改质剂的粒度为5mm～50mm，所述铝质改质剂的碳含量≤0.1％。
本申请实施例中，铝质改质剂的粒度为5mm～50mm的积极效果是保证铝质改质剂能完全覆盖在渣面上，进而保证其融化效果；当粒度的取值大于或小于该范围的端点值，若粒度过大，则铝质改质剂融化效果不佳，不能起到渣改质效果，若粒度过小，则改质过程中被部分铝质改质剂将被除尘装置抽吸而无法覆盖在渣面上。
铝质改质剂的碳含量≤0.1％的积极效果是在该碳含量范围内，能保证最终对产品的碳含量影响最小；当碳含量的取值大于该范围的端点值，将导致软吹后的钢液增碳严重，造成IF钢成分超标。
在一些可选的实施方式中，所述出钢还包括钢包底吹，所述钢包底吹的流量为200L/min～800L/min；
所述出钢的钢包渣满足：[FeO]+[MnO]≤6％，式中，[FeO]为所述钢包渣的FeO含量，[MnO]为所述出钢的钢包渣的MnO的含量。
本申请实施例中，钢包底吹的流量为200L/min～800L/min的积极效果是在该流量范围内，保证钢液的搅拌效果和搅拌的稳定；当流量的取值大于或小于该范围的端点值，流量过大，会造成钢液裸露严重，造成钢液增氮及钢液喷溅，流量过小，将导致底吹搅拌效果不佳。
出钢的钢包渣满足[FeO]+[MnO]≤6％的积极效果是在该范围内，能降低钢包渣的氧化性，从而能避免钢液出现二次氧化，形成大量夹杂物，影响对夹杂物的去除。
在一些可选的实施方式中，所述二次渣改质所用的渣改质剂包括碳含量≤0.1％的改质剂，所述改质剂包括铝粒、铝豆、铝渣和低碳铝渣球中的至少一种，所述改质剂的加入量为50kg～300kg。
本申请实施例中，碳含量≤0.1％的改质剂的积极效果是在该碳含量的范围内，能保证最终对产品的碳含量影响最小；当碳含量的取值大于该范围的端点值，将导致软吹后的钢液增碳严重，造成IF钢成分超标。
改质剂的加入量为50kg～300kg的积极效果是在该加入量的范围，能保证钢包渣氧化性稳定，同时保证改质剂的量适宜；当加入量的取值大于或小于该范围的端点值，将导致改质剂的资源浪费。
在一些可选的实施方式中，所述二次渣改质的钢包渣满足：[FeO]+[MnO]≤6％，式中，[FeO]为所述钢包渣的FeO含量，[MnO]为所述二次渣改质的钢包渣的MnO的含量；
所述二次渣改质的钢包顶渣的CaO和Al2O3之比为1.0～2.0。
本申请实施例中，二次渣改质的钢包渣满足[FeO]+[MnO]≤6％的积极效果是在该范围内，能降低钢包渣的氧化性，从而能避免钢液出现二次氧化，形成大量夹杂物，影响对夹杂物的去除。
二次渣改质的钢包顶渣的CaO和Al2O3之比为1.0～2.0的积极效果是在该比例范围内，能保证钢包渣更容易吸附夹杂物，从而能提高钢液纯净度；当该比例的取值大于或小于该范围的端点值，将导致的不利影响是钢包渣吸附夹杂物能力变差，上浮的夹杂物不能去除，影响钢水的纯净度。
在一些可选的实施方式中，所述真空脱碳脱氧后的钢液中碳含量≤50ppm。
本申请实施例中，真空脱碳脱氧后的钢液中碳含量≤50ppm的积极效果是在该碳含量的取值范围内，将钢中碳含量降低至极低水平，能更好的保证钢种性能；当碳含量的取值大于该范围端点值，将导致钢种的碳含量增加，无法保证钢种的性能稳定。
在一些可选的实施方式中，所述浇注满足：中间包上水口与浸入式水口板件氩气背压≥0.1bar。
本申请实施例中，通过限定中间包上水口与浸入式水口板件氩气背压的关系，能减少浇注过程中钢液吸入空气，从而提高钢液纯净度。
在一些可选的实施方式中，所述浇注还满足浇注结束时预留钢液5t～20t。
本申请实施例中，浇注结束时预留钢液5t～20t的积极效果是在该重量范围内，能防止钢包浇注后期钢包渣卷入中间包，影响钢液纯净度。
各实施例和对比例的工艺参数如表1和表2所示。
表1
表2
相关实验：
统计各个实施例和对比例的方法中，中间包中粒径在20μm以上的夹杂物密度以及中间包中粒径在50μm以上的夹杂物的密度，结果如表3所示。
相关实验的测试方法：
夹杂物密度：使用Aspex等电镜设备对钢试样进行夹杂物扫描，机器自动统计夹杂物总数量和分析夹杂物成分，其中，夹杂物密度＝夹杂物总数量/扫描面积。
表3
表1、表2和表3的具体分析：
中间包中夹杂物密度是指在冶炼过程中钢材的中间包中夹杂物的聚集程度，当夹杂物密度越小，说明其含有的夹杂物数量越少，间接说明夹杂物的去除效率高。
由实施例1-3的数据可知：
采用本申请的方法，在保证钢液不增碳的前提下，利用软吹的小气泡对夹杂物粘附脱除，提高了钢液中夹杂物的去除效率，从而减少大中型夹杂物的残留，同时通过真空脱碳脱氧和合金化，降低钢包渣氧化性以减少钢液二次氧化，再通过两次渣改质，减少钢包渣卷入中间包中，从而能避免IF钢中夹杂物的再次形成，解决传统工艺生产IF钢存在的液态夹杂物难以去除的问题，得到高纯净度的IF钢。
由对比例1-5的数据可知：
对比例1中，若出钢过程中底吹氩气流量过大，钢包渣中[FeO]+[MnO]为7.5％，钢包渣氧化性强，将导致钢液二次氧化严重，造成中间包大尺寸夹杂物多。
对比例2中，当铝质改质剂铝粒加入量为132kg，说明改质剂加入量不足，钢包渣中[FeO]+[MnO]较大，同时钢包渣中CaO/Al2O3之比为0.8，说明钙铝比不在1.0～2.0范围内，造成钢包渣吸附夹杂物能力降低。
对比例3中，未使用低碳铝质改质剂，造成真空脱碳脱氧后增碳严重，造成成分超判定，同时IF钢破空后的软吹流量为160L/min，说明软吹流量大，会造成夹杂物去除效果差。
对比例4中，若IF钢破空后未进行软吹，将导致钢包中大型夹杂物上浮不充分，钢液纯净度差。
对比例5中，若连铸未进行留钢操作，造成中间包钢液中大型夹杂物增多。
本申请实施例中的一个或多个技术方案，至少还具有如下技术效果或优点：
(1)本申请实施例提供的方法，利用软吹的小气泡对夹杂物粘附脱除，提高了钢液中夹杂物的去除效率，从而减少大中型夹杂物的残留，同时通过真空脱碳脱氧和合金化，降低钢包渣氧化性以减少钢液二次氧化，再通过两次渣改质，减少钢包渣卷入中间包中，从而能避免IF钢中夹杂物的再次形成，从而能形成不含或含有少量夹杂物的高纯净度IF钢。
(2)本申请实施例提供的方法，能有效的改善钙铝酸盐夹杂及变形量汽车板的夹杂问题，并且改善效果明显，能广泛用于汽车制造方面。
(3)本申请实施例提供的方法，从操作上，只需对钢包渣进行改质并吹入少量氩气，就能减少IF钢大中型夹杂物的残留，得到高纯净度的IF钢。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种高纯净度IF钢的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
对出炉铁水进行冶炼，后进行出钢，得到低碳含氧钢液；
对所述低碳含量钢液进行真空脱碳脱氧和合金化，得到破空钢液；
对所述破空钢液进行软吹，后进行二次渣改质，再进行浇注，得到高纯净度的钢坯；
其中，所述软吹的流量为20L/min～60L/mi，所述出钢包括一次渣改质。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述软吹包括以预设惰性气体进行软吹，所述预设惰性气体的纯度＞99.95％，所述软吹的时间为6min～15min。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一次渣改质所用的渣改质剂为白灰、萤石、铝矾土和铝质改质剂的混合物；
所述白灰、所述萤石和所述铝矾土的投加时间为0～2/3T，所述铝质改质剂的投加时刻为所述出钢结束后；
其中，T为所述出钢的总耗时。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述白灰的加入量为1.5kg/t～4.0kg/t，所述萤石的加入量为1.0kg/t～2.0kg/t，所述铝矾土的加入量为0kg/t～1.5kg/t。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述铝质改质剂的加入量满足：(0.25*低碳含氧钢液的终点氧含量+100)/所述铝质改质剂中Al元素含量)。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述铝质改质剂包括铝粒、铝豆、铝渣和低碳铝渣球中的至少一种，所述铝质改质剂的粒度为5mm～50mm，所述铝质改质剂的碳含量≤0.1％。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述出钢还包括钢包底吹，所述钢包底吹的流量为200L/min～800L/min；
所述出钢的钢包渣满足：[FeO]+[MnO]≤6％，式中，[FeO]为所述钢包渣的FeO含量，[MnO]为所述出钢的钢包渣的MnO的含量。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述二次渣改质所用的渣改质剂包括碳含量≤0.1％的改质剂，所述改质剂包括铝粒、铝豆、铝渣和低碳铝渣球中的至少一种，所述改质剂的加入量为50kg～300kg。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述二次渣改质的钢包渣满足：[FeO]+[MnO]≤6％，式中，[FeO]为所述钢包渣的FeO含量，[MnO]为所述二次渣改质的钢包渣的MnO的含量；
所述二次渣改质的钢包顶渣的CaO和Al2O3之比为1.0～2.0。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述真空脱碳脱氧后的钢液中碳含量≤50ppm。
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