CN115537502B

CN115537502B - 一种钢液的钙处理方法

Info

Publication number: CN115537502B
Application number: CN202110724486.3A
Authority: CN
Inventors: 胡汉涛; 马志刚; 吴雄; 沈燕; 王波; 陈兆平; 谢树元
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2021-06-29
Filing date: 2021-06-29
Publication date: 2024-04-05
Anticipated expiration: 2041-06-29
Also published as: CN115537502A; WO2023274222A1

Abstract

本发明公开了一种钢液的钙处理方法，其中钢液的钙处理方法包括铁水预处理、初炼、真空精炼和浇铸，真空精炼中，钢液成分调整结束后，调整真空系统压力至5～25kPa，然后向钢液中添加Ca进行钙处理。该钢液的钙处理方法，通过在钢液真空精炼中，向钢液中添加钙，取消钙线工位，能够解决传统以钙线形式向钢包中加钙的弊端，达到缓解厂房拥挤，缩短精炼时间，提高钢液纯净度和改善环境的效果。

Description

一种钢液的钙处理方法

技术领域

本发明属于冶金炼钢工艺领域，尤其涉及一种钢液的钙处理方法。

背景技术

钢铁冶炼经历一般为：碳质还原剂还原铁氧化物-氧化剂脱除铁液中的碳-金属还原剂脱除钢液中的氧；作为常用的还原剂铝，常常用作钢液终脱氧剂，与氧的反应产物三氧化二铝绝大部分上浮至钢包顶渣中，少量以第二相夹杂物形式残留钢中；在随后轧制或加工过程中，硬度大得多的三氧化二铝与钢基体相互作用，造成钢基体损伤，成为钢中裂纹的诱因甚至直接产生裂纹，降低钢的力学性能。

钢中硫作为一种易偏析元素，极易与Mn反应，生成硫化锰；随后加热和压力加工时，延展性良好的硫化锰形成长带状第二相，长度甚至达1m以上，大幅度降低钢的横向冲击性能，且钢基体点腐蚀和氢脆与钢中硫化锰夹杂也有密切联系。

鉴于此，为消除或抑制钢中Al₂O₃和MnS危害，通常会向脱氧后的钢液中加入Ca，对钢液进行钙处理。加入Ca后，钢液中发生下述反应

2[Ca]+[S]＝(CaS)(s) (1)

x[Ca]+y(Al₂O₃)＝(x CaO·z Al₂O₃)+2(y-z)[Al] (2)

使得钢液中Al₂O₃转化为硬度较低的铝酸钙类夹杂，钢中的硫优先与Ca反应抑制硫化锰的生成，进而提高钢的力学性能和机械性能。

向钢液加入钙的常见方法是通过喂丝机在专用喂丝位，以200-400m/min高速向钢液中加入纯Ca线、钙铁和硅钙合金线，前者以多种特殊材料包裹，后二者以粉末形式填充于钢制空心管内，同时辅以钢包底部吹入惰性气体(Ar或N₂)搅拌钢液，使得加入钢液中的钙充分混合均匀。这种钙加入方式至少存在几个弊端：1)需单独设立加入工位，占据厂房空间；2)钢包需要运行于不同处理位置，延长整个精炼时间；3)钢包底部搅拌气体流量难以精确控制，导致钢液中钙混合不均匀(搅拌气体流量过小)或钢包顶渣吹开钢液裸露而被氧化(气体流量偏大)；4)向钢包加入Ca线时，钙与钢液反应激烈，易产生大量烟尘，污染环境。

鉴于上述情况，业界亟待研发一种新的钢液钙处理方法，无需单独设立钙线工位，能够解决传统以钙线形式向钢包中加钙的弊端，达到缓解厂房拥挤，缩短精炼时间，提高钢液纯净度和改善环境的效果。

发明内容

针对现有技术存在的上述缺陷，本发明目的是提供一种钢液的钙处理方法，通过在钢液真空精炼中，向钢液中添加钙，取消钙线工位，能够解决传统以钙线形式向钢包中加钙的弊端，达到缓解厂房拥挤，缩短精炼时间，提高钢液纯净度和改善环境的效果。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种钢液的钙处理方法，包括铁水预处理、初炼、LF炉精炼、真空精炼和浇铸，所述真空精炼中，钢液成分调整结束后，调整真空系统压力至5～25kPa，然后向钢液中添加Ca进行钙处理。

优选地，所述真空精炼中：

所述钢液成分调整结束后，钢液循环2～8min，再调整真空系统压力；和/或

所述钙处理过程中，Ca的添加量为0.1～0.25kg/t钢，Ca的添加方式为真空加入；和/或

所述钙处理结束后，钢液循环1～8min，真空精炼结束；和/或

钢包渣厚度小于300mm；和/或

所述真空精炼结束后，钢液中的化学成分为：S≤0.0020％，Mn：0.1～2.0％，Al：0.015～0.1％，Ca：0.0005～0.0025％；和/或

所述真空精炼中所用的真空精炼装置为RH炉或VD炉或VOD炉。

优选地，所述真空精炼装置采用VD炉或VOD炉时，所述添加Ca的过程中，在钢包底部全程进行吹Ar搅拌，控制Ar流量为10～50Nl/(h·t钢)。

优选地，所述铁水预处理过程中，铁水脱硫至S含量≤20ppm。

优选地，所述初炼过程中：

出钢量达到1/5时，向钢包中加入石灰1.5～3.5kg/t钢，出钢结束前，向钢包中加入铝渣0.3～1.5kg/t钢；和/或

出钢结束后，钢包中钢液S含量≤80ppm；和/或

所述初炼所用的装置为转炉或AOD炉或电炉。

优选地，所述LF炉精炼过程中：

所述LF炉精炼前，钢包渣厚度小于80mm，钢包中钢液S含量≤80ppm；和/或

所述LF炉精炼后，钢包渣厚度小于300mm，钢包中钢液S含量≤20ppm。

优选地，所述铸坯的夹杂物中，CaO的质量百分比与Al₂O₃的质量百分比的比值为0.7～1.1。

本发明所提供的钢液的钙处理方法，还具有以下几点有益效果：

1、无需单独设立Ca加入工位，节省厂房空间；

2、省掉钢包运行于不同处理位置的过程，缩短了精炼时间；

3、钢液无裸漏风险，钢液纯净度稳定可控；

4、无大量烟尘直接释放到厂房内，降低了环境污染。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明钢液的钙处理方法的流程示意图；

图2为本发明在不同温度下的钢液中，Ca的饱和浓度与真空系统压强的关系图。

具体实施方式

为了能更好地理解本发明的上述技术方案，下面结合实施例进一步说明本发明的技术方案。

结合图1所示，本发明所提供的钢液的钙处理方法，包括铁水预处理、初炼、LF炉精炼、真空精炼和浇铸，真空精炼中，钢液成分调整结束后，调整真空系统压力至5～25kPa，然后向钢液中添加Ca进行钙处理；其中上述的钢液的钙处理方法适用对象为钙处理类钢产品，其工艺流程如下：

铁水预处理-初炼炉(转炉、AOD炉、电炉等)-LF炉-真空精炼炉-浇注(模铸、连铸)。

上述钢液的钙处理方法中：

铁水预处理过程中，对铁水深脱硫至S含量≤20ppm；然后送入初炼炉进行初炼，当出钢量达到1/5时，向钢包中加入石灰1.5～3.5kg/t钢，出钢结束前，向钢包加入铝渣0.3～1.5kg/t钢，需要特别注意的是，要严格控制进入钢包中的炉渣量，出钢结束后，钢包中顶渣厚度应小于80mm；其中初炼炉可以是转炉、AOD炉、电炉。

为满足超低碳钢成品对硫的要求以及减轻后续真空精炼中的脱硫负荷，需严格控制钢液中的硫含量：钢液中硫的控制，在铁水预处理中，对铁水深脱硫至S含量≤20ppm；初炼完成后，严格控制转炉炉料的硫含量，出钢后钢包中S≤80ppm(即LF冶炼前钢液中硫含量S≤80ppm)，减轻后续精炼炉的脱硫负荷，进而控制整个真空精炼过程中钢包渣厚度小于300mm。

LF炉精炼过程中：在LF炉精炼前，钢包渣厚度小于80mm，钢包中钢液S含量≤80ppm；经LF炉精炼后，钢包渣厚度小于300mm，钢包中钢液S含量≤20ppm。

真空精炼过程中，将LF炉精炼过程得到的钢液转入真空精炼装置中，在钢液成分调整结束后，钢液继续循环2～8min，在调整真空系统压力至5～25kPa，然后向钢液中加入Ca进行钙处理，其中在钙处理过程中Ca的添加量为0.1～0.25kg/t钢，Ca的添加方式为真空加入，添加Ca之后，钢液继续循环1～8min，真空精炼结束；最终真空精炼结束后，钢液中化学成分为：S≤0.002wt％，Mn：0.1～2.2wt％，Al：0.015～0.1wt％，Ca：0.0005～0.0025wt％；上述真空精炼中所使用的真空精炼装置采用RH炉或VD炉或VOD炉，RH炉为优选的真空精炼装置；其中当真空精炼装置采用VD炉或VOD炉时，为保证Ca充分混匀，在上述钙处理中，整个Ca的添加中，在钢包底部全程进行吹Ar搅拌，并控制Ar流量为10～50Nl/(h·t钢)，同时为在钙处理过程中避免烟尘释放至大气中，需要控制整个真空精炼过程中钢包渣厚度小于300mm。

真空精炼后钢液进行浇铸，得到铸坯，其中铸坯的夹杂物中，CaO的质量百分比与Al₂O₃的质量百分比的比值为0.7～1.1。

上述整个钢液的钙处理方法中，由于Ca的蒸汽压较高(983℃时1.33kPa),易挥发。系统真空度越高，Ca挥发速率越大。结合图2所示，一定温度下，Ca在钢液中的饱和浓度随真空系统压力的增加而增加，基于本发明要求在Ca加入前，真空系统的真空度需调整至5～25kPa，并保持稳定，以此来降低Ca的挥发速率提高Ca在钢液中的饱和浓度，并使之保持稳定；通过真空加Ca后，为确保加入钢液中的Ca混合均匀且与已有的夹杂物反应充分，加Ca后钢液至少循环1min，考虑到连铸浇注周期、钢液温降和能源消耗等因素，加Ca后钢液循环时间不超过8min。

关于钙的加入量，需使得生成的氧化物夹杂物呈液相形式，且不能存在单独的固相Al₂O₃夹杂。加入的Ca量过大，导致CaO生成，易造成热轧板探伤不合格率上升，进而导致后续生产的冷轧板锈蚀风险加大，以及原料成本上升；Ca的加入量过低，则钢液中Al₂O₃类夹杂物反应不充分，有单独的固相Al₂O₃夹杂存在，热轧产品中甚至有MnS生成；根据理论计算和实际情况验证，Ca的加入量上限为0.25kg/t钢，下限为0.1kg/t钢。

下面结合具体的例子对本发明的钢液钙处理方法进一步介绍。下述实施例以及对比例属热轧类产品，以主要组成成分为：C：0.01～0.1wt％、Si≤0.03wt％、Mn：0.8～2.2wt％、Al：0.02～0.08wt％、Ti：0.02～0.08wt％、P≤0.015wt％、S≤0.0020wt％、N≤0.004wt％以及Fe。

实施例1

本实施例所采用的工艺路线为：铁水预处理(脱硫、脱磷)→初炼(转炉顶底复吹冶炼、出钢)→钢包顶渣改质→LF炉精炼(升温、脱氧、脱硫)→RH炉真空精炼(合金化-真空脱气、调整成分、添加Ca进行Ca处理)→浇铸→热轧。

本实施例为本发明冶炼的典型炉次：转炉吹炼结束，挡渣出钢，出钢量达到1/5时，加入石灰2.5kg/t钢，出钢末期加入铝渣1.2kg/t钢。LF处理前，钢包渣厚度为65mm，钢包中钢液硫含量75ppm；LF炉精炼结束，钢包中钢液硫含量20ppm，钢包渣厚度220mm。钢液真空精炼处理脱除气体，调整钢液成分至规格值，钢液循环5min，调整钢液上方真空压力至7kPa，添加纯Ca 0.15kg/t钢，然后钢液继续循环5min，结束真空处理，浇注，随后热轧；其中浇铸后得到的铸坯以及热轧后得到的热轧板的性能参数详见表2。

表1为实际生产中应用本发明方案例的其他情况、对比例1～6采用常规喂线工艺添加Ca包芯线进行Ca处理的工艺的情况对比。其中实施例1～6所采用的工艺路线为：铁水预处理(脱硫、脱磷)→初炼(转炉顶底复吹冶炼、出钢)→钢包顶渣改质→LF炉精炼(升温、脱氧、脱硫)→RH炉真空精炼(合金化-真空脱气、调整成分、添加Ca进行Ca处理)→浇铸→热轧。对比例1-6所采用的工艺路线为：铁水预处理(脱硫、脱磷)→初炼(转炉顶底复吹冶炼、出钢)→钢包顶渣改质→LF炉精炼(升温、脱氧、脱硫)→RH炉真空精炼(合金化-真空脱气、调整成分、喂线工位添加含Ca包芯线进行Ca处理)→浇铸→热轧。实施例和对比例具体控制参数以及铸坯、热轧板的性能情况详见表1。

表1

续表1

结合表1、续表1可知，实施例1～6中，铸坯中夹杂物的密度为7.0～8.0个/mm²，夹杂物CaO的质量百分比与Al₂O₃的质量百分比的比值0.7～1.1，热轧板的探伤缺陷率全部为0，-20℃冲击功KV2为430～475J，从RH排气开始至钢包起吊时间为30～35min，且Ca处理过程中无烟尘释放至大气中；实施例与对比例相比，采用本发明的技术对钢液进行Ca处理，铸坯中夹杂物的密度较常规喂线工艺低10～20％；本发明的热轧板探伤缺陷率全部为0，常规喂线工艺则存在少量探伤缺陷；热轧板-20℃冲击功KV2约450J,与常规喂线工艺相当；从RH排气开始至钢包起吊时间平均值34min，较常规喂线工艺缩短10min左右；且本发明的Ca处理中无烟尘释放至大气中。由此可见，与常规喂线工艺相比，本发明的钢液钙处理方法生产的产品性能相当，而稳定性更好，能大幅度提高生产效率，且对环境无污染。

综上所述，本发明的钢液钙处理方法，无需单独设立Ca加入工位，节省厂房空间；省掉钢包运行于不同处理位置的过程，缩短了精炼时间；钢液无裸漏风险，钢液纯净度稳定可控；无大量烟尘直接释放到厂房内，降低了环境污染。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims

1.一种钢液的钙处理方法，其特征在于，包括铁水预处理、初炼、LF炉精炼、真空精炼和浇铸，

所述铁水预处理过程中，铁水深脱硫至S含量≤20ppm；

所述初炼过程中：出钢量达到1/5时，向钢包中加入石灰1.5～3.5kg/t钢，出钢结束前，向钢包中加入铝渣0.3～1.5kg/t钢；出钢结束后，钢包中钢液S含量≤80ppm；

所述LF炉精炼过程中：

所述LF炉精炼前，钢包渣厚度小于80mm，钢包中钢液S含量≤80ppm；

所述LF炉精炼后，钢包渣厚度小于300mm，钢包中钢液S含量≤20ppm；

所述真空精炼中，钢液成分调整结束后，调整真空系统压力至5～25kPa，并保持稳定，然后向钢液中添加Ca进行钙处理，

所述真空精炼中：

所述钢液成分调整结束后，钢液循环2～8min，再调整真空系统压力；

所述钙处理过程中，Ca的添加量为0.1～0.25kg/t钢，Ca的添加方式为真空加入；

所述钙处理结束后，钢液循环1～8min，真空精炼结束；

钢包渣厚度小于300mm；

所述真空精炼结束后，钢液中的化学成分为：S≤0.0020wt％，Mn：0.1～2.0wt％，Al：0.015～0.1wt％，Ca：0.0005～0.0025wt％；

所述浇铸处理后得到铸坯，所述铸坯的夹杂物中，CaO的质量百分比与Al₂O₃的质量百分比的比值为0.7～1.1。

2.根据权利要求1所述的钢液的钙处理方法，其特征在于，所述真空精炼中所用的真空精炼装置为RH炉或VD炉或VOD炉。

3.根据权利要求2所述的钢液的钙处理方法，其特征在于，所述真空精炼装置采用VD炉或VOD炉时，所述添加Ca的过程中，在钢包底部全程进行吹Ar搅拌，控制Ar流量为10～50Nl/(h·t钢)。

4.根据权利要求1所述的钢液的钙处理方法，其特征在于，所述初炼所用的装置为转炉或AOD炉或电炉。