CN115418443A - 一种高锰钢洁净度控制的方法 - Google Patents

一种高锰钢洁净度控制的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高锰钢洁净度控制的方法，属于钢铁冶炼技术领域。本发明适用于管线钢、重轨钢等对钢水洁净度要求较高的高锰钢洁净度控制，采用的工艺流程为铁水预处理‑转炉‑LF‑RH‑连铸。通过设计合理的合金化工艺路线以及精炼工艺制度，有效控制精炼终点钢中夹杂物数量、尺寸、类型等性质以及在钢中的分布，同时为连铸钢水凝固过程硫化物夹杂析出提供大量细小、弥散的形核质点，从而达到有效控制钢中A类、B类、C类以及D类夹杂物尺寸、形态以及分布的目的。该技术应用后，重轨钢中(A+B+C+D)≤2.5级比例由75％提高到96％以上；管线钢(A+B+C+D)≤2.5级比例由82％提高到100％，产品质量获得大幅提升。

Description

一种高锰钢洁净度控制的方法
技术领域
本发明属于钢铁冶炼-精炼技术领域，具体涉及一种高锰钢洁净度控制的方法。
背景技术
国内外学者对于提高管线钢、钢轨钢等高锰钢钢水洁净度进行了大量的研究，尤其是对于A类夹杂物的控制，研究最多的为采用钙处理或者镁处理技术对夹杂物进行改性。由于钙处理和镁处理过程钢水反应剧烈，不但产生大量烟尘对环境污染较大，且由于钙和镁的蒸气压较低，反应过程钙、镁的收得率不稳定，导致处理后往往达不到理想效果。为此，有研究者又提出了碲处理或者锆、La等稀土处理技术，同样由于处理过程不能稳定控制，且稀土形成的氧化物易堵塞水口，故这些技术目前在高锰钢的应用，尤其是重轨钢等硅脱氧钢的工业生产中很难被广泛应用。
公开号CN110042202B，公开了一种RH精炼炉真空过程钙处理方法，该方法通过在RH真空精炼炉真空循环处理过程，利用RH合金料仓向真空室内循环的钢水中加入含钙合金进行夹杂物改性。该方法从真空料仓加入合金，虽然能降低钙与氧的反应性，但真空条件下，钙更容易汽化，真空室内同样反应剧烈，故存在安全隐患以及钙收得率低且不稳定的问题。
公开号CN107699659A，公开了一种重轨钢硫化物夹杂的变性方法，该方法通过在RH精炼过程向钢水中加入TiO2的方法，对MnS夹杂物进行变性处理。
该技术存在的问题为，加入到钢中的TiO2在精炼-连铸过程中，易与钢包渣、中包渣或者结晶器保护渣的CaO发生反应生成高熔点钙钛矿，造成水口堵塞或者结晶器渣况恶化等问题。故，该技术不适用于规模化工业应用。
公开号CN114058784A，公开了“用于钢轨生产的含镁复合包芯线、钢轨及其生产方法”。该包芯线由芯粉和低碳钢组成，其芯粉成分为：Mg5％～20％、Si25％～35％，碳酸钙5％～15％，其余为Fe和不可避免的杂质；该包芯线在RH处理结束时，向钢水中喂入2～6m/吨钢。该技术与传统钙处理喂线技术类似，均存在喂线过程钢水反应剧烈，生产现场烟尘大，环境污染严重，以及镁收得率不稳定等问题。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明针对高锰钢夹杂物评级较高，钢质洁净度较差的问题，结合管线钢、重轨钢等高锰钢成分及生产工艺特点，提供了一种高锰钢洁净度控制的方法。该方法在转炉出钢以及LF精炼工序完成脱氧合金化，并将钢中C、Si、Mn控制在成品要求范围。RH处理工序在真空度小于100pa先处理3～5min，确保钢中大于3μm夹杂物全部去除以及氢、氮、氧等气体的充分脱除，其中氢＜1×10-6，氧活度＜10×10-6，此时钢水纯净度控制在一个较高水平。再通过真空料仓加入一种夹杂物改性剂。熔化时由于铝等元素在钢液中局部浓度富集，根据热力学平衡，铝、硅、锰均会不同程度与钢液中的氧反应，由于钢中氧活度很低，生成的Al2O3等夹杂物为小于1μm的微型夹杂物，这些夹杂物与钢中的MnO-SiO2、CaO-SiO2等夹杂物反应，生成微型的低熔点的CaO-SiO2-Al2O3系夹杂物，这些夹杂物尺寸小，表面张力低，均匀分布在钢中，在连铸过程为MnS夹杂物的析出提供大量形核质点，可有效诱导钢中MnS夹杂物的析出，降低长条状MnS夹杂物析出概率。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种高锰钢洁净度控制的方法，
包括铁水预处理-转炉工序-LF工序-RH工序-连铸工序的工艺流程；所述转炉工序和LF工序完成脱氧合金化，实现钢中硫、锰、硅等主要元素的有效控制，所述RH工序加入夹杂物改性剂并通过控制RH工序处理工艺参数，有效控制钢中夹杂物的种类、数量以及尺寸，同时为所述连铸工序中钢水凝固过程MnS夹杂物的析出提供大量有效的形核质点；
所述夹杂物改性剂包括Al：11wt％～19wt％、Si：11wt％～29wt％、Mn：11wt％～19wt％，Zr:1wt％～1.9wt％，其余为铁和不可避免的杂质。
进一步地，上述技术方案中，所述的转炉工序脱氧合金化的步骤包括：在转炉出钢1/7～1/5时，向钢包内依次加入增碳剂、硅铁合金、硅锰合金或者依次加入增碳剂、硅铁合金、硅锰合金、钒铁合金对钢水进行脱氧以及合金化。脱氧后控制钢中氧含量在20×10- 4wt％～50×10-4wt％。出钢结束对钢水进行弱吹氩搅拌，吹氩过程钢水不裸露，钢液面微微波动为准。
进一步地，上述技术方案中，增碳剂与硅铁合金加入间隔20秒～40秒；硅铁合金与硅锰合金加入间隔10秒～30秒；硅锰合金与钒铁合金加入间隔10秒～30秒。
进一步地，上述技术方案中，吹氩流量为125～150NL/min，吹氩时间为5～8min。
进一步地，上述技术方案中，所述LF工序脱氧合金化的步骤包括：根据进站硫含量，加入活性石灰3～8kg/吨钢、萤石0.5～1kg/吨钢、铝矾土0.5～3kg/吨钢；处理2～5分钟后根据钢水氧活度向渣面加入0.5～2.0kg/吨钢的脱氧合金。LF工序处理时间25～40分钟，确保LF工序出站[S]0.002wt％～0.0015wt％，a[O]16～20×10-4wt％。
进一步地，上述技术方案中，所述脱氧合金为硅钙钡、碳化硅中的至少一种。
进一步地，上述技术方案中，所述RH工序处理参数为：真空处理开始提升气体流量为1400～1600NL/min，当真空度降到小于100pa时处理3～5min后，将提升气体流量降到1200～1400NL/min，并从真空料仓加入夹杂物改性剂0.1～0.3kg/t钢，加入后再循环3～5min，再加入夹杂物改性剂0.1～0.3kg/t钢后循环5～10min，真空结束。
进一步地，上述技术方案中，所述夹杂物改性剂的粒度为10～50mm。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明充分利用合金加入到钢中的热力学反应原理、重轨钢等硅脱氧钢精炼过程钢中夹杂物的性质，并通过有效控制钢中夹杂物的种类以及尺寸和数量，为连铸过程MnS的析出提供大量的形核质点，从而实现MnS夹杂物在钢中弥散分布，与非金属氧化物夹杂形成包裹，提高钢质洁净度的同时，提高产品力学性能。
(2)本发明降低了传统钙、镁等合金或者包芯线直接加入到钢水里，发生剧烈反应，合金收得率低、不稳定且喂线成本高以及现场烟尘大等问题。
(3)本发明设计的合金成分常见、易加工，成本低，易推广应用。
(4)本发明通过设计合理的合金化工艺路线以及精炼工艺制度、夹杂物改性剂，有效控制精炼终点钢中夹杂物数量、尺寸、类型等性质以及在钢中的分布，同时为连铸钢水凝固过程硫化物夹杂析出提供大量细小、弥散的形核质点，从而达到有效控制钢中A类、B类、C类以及D类夹杂物尺寸、形态以及分布的目的。该技术应用后，重轨钢中(A+B+C+D)≤2.5级比例由75％提高到96％以上；管线钢(A+B+C+D)≤2.5级比例由82％提高到100％，产品质量获得大幅提升。
附图说明
图1为本发明实施例1中轧材中夹杂物形貌图；(a)为对比例1工艺，(b)为本发明实施例1工艺。
图2为本发明实施例2中轧材中夹杂物形貌图；(a)为对比例1工艺，(b)为本发明实施例2工艺。
具体实施方式
以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。鉴于本领域的技术人员在夹杂物领域开展了大量的研究工作，在理论与实践方面均积累了大量的、丰富的经验。在认真阅读了本实施例及其相应的分析后，一定能够根据其它的具体条件，在本发明提出的工艺方案和合金成分设计比例的范围内，(至多再做几次有限的常规试验)具体的选择出几组满足其它条件的工艺技术方案，以实现本发明所述的技术效果。所以，以下仅举出部分实施例。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例，凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。
对比例1
钢水冶炼采用“铁水预处理-转炉工序-LF工序-RH工序-连铸工序”工艺流程。产品成分如表1所示：
表1钢种成分要求/wt％
C Si Mn P S Al
0.60～0.80 0.15～0.60 0.70～1.20 ≤0.030 ≤0.025 ≤0.010
铁水预处理：铁水预处理采用喷吹脱硫工艺，加入1.2kg/吨钢镁粉和5.0kg/吨钢活性石灰，铁水脱后硫0.003wt％。
转炉工序：转炉出钢1/2时，向钢包内加入硅钙钡合金1～2kg/吨钢，在加入硅锰合金、增碳剂(石油焦)、硅铁合金对钢水进行脱氧以及合金化，脱氧后控制钢中氧含量在小于15×10-4wt％。出钢结束对钢水进行弱吹氩搅拌，吹氩标准为钢液面微微波动，吹氩流量为125NL/min，吹氩时间为8min。吹氩结束钢中a[O]15×10-4wt％，[C]0.56wt％、[Si]0.18wt％、[Mn]0.67wt％、[P]0.016wt％、[S]0.010wt％、[Al]0.003wt％。
LF工序：LF进站[S]0.011wt％、a[O]16×10-4wt％，进站加入活性石灰5kg/吨钢、萤石1.5kg/吨钢；LF继续处理35分钟，取出站样。LF出站[S]0.006wt％，a[O]14×10-4wt％。
RH工序：RH处理4min后，加入锰铁和石油焦增碳剂、硅铁等合金，钢中[C]、[Si]、[Mn]元素含量分别为0.70wt％，0.38wt％，0.92wt％。
真空处理全程提升气体流量为1400NL/min，真空处理时间为15min。
连铸工序：
连铸过程全程保护浇注；钢水浇注温度稳定，保证连铸过程中间包钢水过热度控制在25℃～35℃之间；二冷采用凝固终点区域强冷的二冷制度，同时适当提高冷却强度，比水量为0.40kg/t钢～0.49kg/t钢；拉速为0.8m/min。
该炉次生产的轧材中夹杂物形貌，如图1(a)和图2(a)所示。
实施例1
钢水冶炼采用“铁水预处理-转炉工序-LF工序-RH工序-连铸工序”工艺流程。产品成分如表2所示：
表2钢种成分要求/wt％
C Si Mn P S Al
0.60～0.80 0.15～0.60 0.70～1.20 ≤0.030 ≤0.025 ≤0.010
铁水预处理：铁水预处理采用喷吹脱硫工艺，加入1.4kg/吨钢镁粉和5.6kg/吨钢活性石灰，铁水脱后硫0.002wt％。
转炉工序：转炉出钢1/5时，向钢包内依次加入增碳剂(石油焦)、硅铁合金、硅锰合金对钢水进行脱氧以及合金化，且每一批原料加入后间隔15-25秒。脱氧后控制钢中氧含量在30×10-4wt％～50×10-4wt％。出钢结束对钢水进行弱吹氩搅拌，吹氩标准为吹氩过程钢水不裸露，钢液面微微波动，吹氩流量为125NL/min，吹氩时间为8min。吹氩结束钢中a[O]35×10-4wt％，[C]0.65wt％、[Si]0.20wt％、[Mn]0.75wt％、[P]0.015wt％、[S]0.008wt％、[Al]0.003wt％。
LF工序：LF进站[S]0.008wt％、a[O]38×10-4wt％，进站加入活性石灰3kg/吨钢、萤石0.5kg/吨钢、铝矾土0.5kg/吨钢；处理3分钟后向渣面加入0.6kg/吨钢的硅钙钡后，LF继续处理25分钟，取出站样。LF出站[S]0.006wt％，a[O]17.5ppm。
RH工序：本发明在转炉工序和LF工序已全部完成了[C]、[Si]、[Mn]、[S]等钢中主要成分的控制。本技术RH主要功能除脱氢、氧、氮等气体元素以及净化钢液外，重点是控制钢中夹杂物种类、尺寸以及数量，为连铸过程MnS的形成提供大量弥散的形核质点。
RH工序加入的夹杂物改性剂指标，如表3所示。
表3夹杂物改性剂指标
Al/wt％ Si/wt％ Mn/wt％ 其它组分 粒度/mm
13 27 14 铁和不可避免 10～50
真空处理开始提升气体流量为1400NL/min，处理1.5min真空度降到小于100pa，再处理3min后，将提升气体流量降到1200NL/min，并从真空料仓加入夹杂物改性剂0.3kg/t钢，加入后循环3min，再加入第二批夹杂物改性剂0.2kg/t钢后循环10min，真空结束。
连铸工序：
连铸过程全程保护浇注；钢水浇注温度稳定，保证连铸过程中间包钢水过热度控制在10℃～20℃之间；二冷采用凝固终点区域强冷的二冷制度，同时适当提高冷却强度，比水量为0.50kg/t钢～0.63kg/t钢；拉速为1.0m/min。低过热度，强冷有利于降低大型凝固过程夹杂的形成尺寸，并防止非金属氧化物夹杂物在钢中聚集长大。
该炉次生产的轧材中夹杂物形貌，如图1示。轧材夹杂物评级(A+B+C+D)≤1.5级。
实施例2
钢水冶炼采用“铁水预处理-转炉工序-LF工序-RH工序-连铸工序”工艺流程。产品成分如表4所示：
表4钢种成分要求/wt％
C Si Mn P S Al V
0.60～0.80 0.50～0.70 0.70～1.20 ≤0.025 ≤0.025 ≤0.004 0.02～0.10
铁水预处理：铁水预处理采用喷吹脱硫工艺，加入1.5kg/吨钢镁粉和6.0kg/吨钢活性石灰，铁水脱后硫0.001wt％。
转炉工序：转炉出钢1/5时，向钢包内依次加入增碳剂(石油焦)、硅铁合金、硅锰合金、钒铁合金对钢水进行脱氧以及合金化，且每一批原料加入后间隔15-25秒。脱氧后控制钢中氧含量在30×10-4wt％～50×10-4wt％。出钢结束对钢水进行弱吹氩搅拌，吹氩标准为吹氩过程钢水不裸露，钢液面微微波动，吹氩流量为150NL/min，吹氩时间为5min。吹氩结束钢中a[O]45×10-4wt％，[C]0.67wt％、[Si]0.54wt％、[Mn]0.81wt％、[P]0.012wt％、[S]0.012wt％、[Al]0.003wt％、V0.05wt％。
LF工序：LF进站[S]0.012wt％、a[O]28×10-4wt％，进站加入活性石灰8kg/吨钢、萤石1kg/吨钢、铝矾土3kg/吨钢；处理5分钟后向渣面加入1.9kg/吨钢的硅钙钡后，LF继续处理40分钟，取出站样。LF出站[S]0.007wt％，a[O]11ppm。
RH工序：本发明在转炉工序和LF工序已全部完成了[C]、[Si]、[Mn]、[S]等钢中主要成分的控制。本技术RH主要功能除脱氢、氧、氮等气体元素以及净化钢液外，重点是合理控制钢中夹杂物种类、数量以及尺寸，为连铸过程MnS的析出提供大量弥散的形核质点。
RH工序加入的夹杂物改性剂指标，如表5所示。
表5夹杂物改性剂指标
Al/wt％ Si/wt％ Mn/wt％ 其它组分 粒度/mm
33 12 18 铁和不可避免 10～50
真空处理开始提升气体流量为1600NL/min，处理1min真空度降到小于100pa，再处理5min后，将提升气体流量降到1400NL/min，并从真空料仓加入夹杂物改性剂0.1kg/t钢，加入后循环5min，再加入第二批夹杂物改性剂0.1kg/t钢后循环5min，真空结束。
连铸工序：
连铸过程全程保护浇注；钢水浇注温度稳定，保证连铸过程中间包钢水过热度控制在10℃～20℃之间；二冷采用凝固终点区域强冷的二冷制度，同时适当提高冷却强度，比水量为0.50kg/t钢～0.63kg/t钢；拉速为1.1m/min。低过热度，强冷有利于降低大型凝固过程夹杂的形成尺寸，并防止非金属氧化物夹杂物在钢中聚集长大。
该炉次生产的轧材中夹杂物形貌，如图2所示。轧材夹杂物评级(A+B+C+D)为2.0级。

Claims (8)

1.一种高锰钢洁净度控制的方法，其特征在于：
包括铁水预处理-转炉工序-LF工序-RH工序-连铸工序的工艺流程；所述转炉工序和LF工序完成脱氧合金化，实现钢中硫、锰、硅元素的有效控制，所述RH工序加入夹杂物改性剂并通过控制RH工序处理工艺参数，有效控制钢中夹杂物的种类、数量以及尺寸，同时为所述连铸工序中钢水凝固过程MnS夹杂物的析出提供大量有效的形核质点；
所述夹杂物改性剂包括Al：11wt％～19wt％、Si：11wt％～29wt％、Mn：11wt％～19wt％，Zr:1wt％～1.9wt％，其余为铁和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种高锰钢洁净度控制的方法，其特征在于：所述的转炉工序的步骤包括：在转炉出钢1/7～1/5时，向钢包内依次加入增碳剂、硅铁合金、硅锰合金或者依次加入增碳剂、硅铁合金、硅锰合金、钒铁合金对钢水进行脱氧以及合金化；脱氧后控制钢中氧含量在20×10-4wt％～50×10-4wt％；出钢结束对钢水进行弱吹氩搅拌，吹氩过程钢水不裸露，钢液面微微波动为准。
3.根据权利要求2所述的一种高锰钢洁净度控制的方法，其特征在于：增碳剂与硅铁合金加入间隔20秒～40秒；硅铁合金与硅锰合金加入间隔10秒～30秒；硅锰合金与钒铁合金加入间隔10秒～30秒。
4.根据权利要求2所述的一种高锰钢洁净度控制的方法，其特征在于：吹氩流量为125～150NL/min，吹氩时间为5～8min。
5.根据权利要求1所述的一种高锰钢洁净度控制的方法，其特征在于：所述LF工序的步骤包括：根据进站硫含量，加入活性石灰3～8kg/吨钢、萤石0.5～1kg/吨钢、铝矾土0.5～3kg/吨钢；处理2分钟～5分钟后根据钢水氧活度向渣面加入0.5～2.0kg/吨钢的脱氧合金；LF工序处理时间25～40分钟，确保LF工序出站[S]0.002wt％～0.0015wt％，a[O]16～20×10-4wt％。
6.根据权利要求5所述的一种高锰钢洁净度控制的方法，其特征在于：所述脱氧合金为硅钙钡、碳化硅中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种高锰钢洁净度控制的方法，其特征在于：所述RH工序处理参数为：真空处理开始提升气体流量为1400～1600NL/min，当真空度降到小于100pa时处理3～5min后，将提升气体流量降到1200～1400NL/min，加入夹杂物改性剂0.1～0.3kg/t钢，加入后再循环3～5min，再加入夹杂物改性剂0.1～0.3kg/t钢后循环5～10min，真空结束。
8.根据权利要求1所述的一种高锰钢洁净度控制的方法，其特征在于：所述夹杂物改性剂的粒度为10～50mm。
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