CN115572793A - 一种低碳铝镇静钢rh冶炼方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种低碳铝镇静钢RH冶炼方法及系统，该方法具体包括如下步骤：S1、收集进RH站时的钢水相关参数，计算RH过程中的废钢加入量；S2、基于废钢加入量及钢水进站时的碳含量自适应的选择RH处理模式，包括：完全脱碳模式、不脱碳模式、保碳模式；其中，完全脱碳模式是对钢水进行完全脱碳，不脱碳模式是对钢水不进行脱碳，保碳模式是对钢水进行部分脱碳。本发明根据钢水进站条件、RH装备特点以及低碳铝镇静钢的碳含量范围及目标值，确定不同的RH操作模式，以提高标准化操作水平，压缩RH总体处理时间，提高生产效率，降低生产成本、稳定成分控制水平。

Description

一种低碳铝镇静钢RH冶炼方法及系统

技术领域

本发明属于炼钢炉外精炼技术领域，更具体地，本发明涉及一种低碳铝镇静钢RH冶炼方法及系统。

背景技术

低碳铝镇静钢(C含量介于0.015％-0.075％))是生产冷轧薄板的主要钢种之一，被广泛用于汽车、家电、包装等行业。为获得良好的成型性需要，其需具备低碳、低硅、低氮的特点。

目前生产低碳铝镇静钢的炉外精炼装备有：LF、CAS、RH，由于装备自身特点，LF炉生产容易造成Si含量超标，且冶炼周期长，成本高，且LF冶炼过程增C；CAS生产不能脱碳，且钢水洁净度欠缺，容易产生表面质量问题，难以满足高档产品需求；RH生产冶炼周期较短，生产成本低，钢水洁净度高，且具备脱碳功能。因此，冶金行业普遍采用RH炉作为炉外精炼装备生产低碳铝镇静钢。另一方面，根据不同产品要求，对低碳铝镇静钢的碳含量也有不同要求，部分冲压性能要求高的产品要求C介于0.015-0.025％之间，由于转炉终点C含量难以稳定控制在此之下，部分炉次需脱碳，因此LF、CAS不具备此类钢种的生产能力，必须采用RH进行脱碳处理。因此，RH为低碳铝镇静钢的主流生产装备。

RH精炼炉具有脱碳、脱气、均匀钢水成分和温度、去除夹杂物等多种精炼功能。在RH真空条件下，碳、氧反应生成CO气体，由于降低了气相中CO的分压，使[C]和[O]的反应向着生成CO气体的方向进行，随着气相中一氧化碳分压下降，氧的脱碳能力逐步增大。在向钢水中添加足量的含铝材料时，由于铝有很强的脱氧能力，会将钢水中的氧脱至很低水平。在这种情况下，脱碳反应终止。RH冶炼低碳铝镇静钢时，多采取轻处理模式。轻处理是指在4～27kPa较低真空度下(与本处理相比)进行成分、温度调整的处理方式。RH冶炼低碳铝镇静钢一般有如下三阶段：(1)碳氧反应阶段。从抽真空开始，RH真空室内发生“[C]+[O]→CO↑”的化学反应，该反应可节省脱氧所需的合金铝，同时可提高钢水的纯净度。(2)脱氧合金化阶段。一般认为钢中w([C])≤0.01％后即可执行加铝脱氧的操作，随后进行其他合金元素的调整，如碳和锰等。(3)纯循环阶段。指的是加入最后一批合金料至破空这段时间，是成分均匀化与夹杂物上浮去除的阶段。

目前冶金行业在低碳铝镇静钢生产实践中，RH均采用轻处理，将钢水碳基本脱除(脱碳结束C含量目标为0.0010％-0.010％)，再根据钢水目标C含量添加含碳原料增碳至目标，其优点在于RH出站C含量控制稳定，缺点在于RH处理周期相对偏长，增加生产成本；另外，在钢厂大批量工业生产中，转炉出钢C含量波动范围较大(0.015％-0.070％)，某些炉次转炉出钢C含量甚至低于低碳铝镇静钢的C目标范围下限，在这种情况下，RH即使不脱碳，RH破空时钢水C含量也符合产品要求。因此，这种情况下RH再进行脱碳处理，存在RH处理周期相对偏长，增加生产成本的问题。

发明内容

本发明提供一种低碳铝镇静钢RH冶炼方法，旨在改善上述问题。

本发明是这样实现的，一种低碳铝镇静钢RH冶炼方法，所述方法具体包括如下步骤：

一种低碳铝镇静钢RH冶炼方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：

S1、收集进RH站时的钢水相关参数，计算RH过程中的废钢加入量；

S2、基于废钢加入量及钢水进站时的碳含量自适应的选择RH处理模式，包括：完全脱碳模式、不脱碳模式、保碳模式；

其中，完全脱碳模式是对钢水进行完全脱碳，不脱碳模式是对钢水不进行脱碳，保碳模式是对钢水进行部分脱碳。

进一步的，在废钢加入量大于设定值时，采用完全脱碳模式。

进一步的，在废钢加入量小于或等于设定值时，基于钢水进站时的碳含量自适应的选择RH处理模式。

进一步的，钢水进站时的碳含量≤RH的碳控制范围上限-0.005％时，选择不脱碳模式；

RH的碳控制范围上限-0.005％＜钢水进站时的碳含量≤RH的碳控制范围上限+0.010％时，选择保碳模式；

钢水进站时的碳含量＞RH的碳控制范围上限+0.010％时，选择完全脱碳模式；

所冶炼低碳铝镇静钢牌号的C含量目标值所允许的碳含量偏差即形成RH的碳控制范围。

进一步的，废钢加入量的计算公式具体如下：

废钢加入量＝(RH进站温度+钢水进RH站时的氧含量/25-RH破空目标温度-RH加入合金的温降-不脱碳模式下RH钢水自然温降)/1.80*钢水量。

进一步的，保碳模式下对钢水进行部分脱碳，脱碳至钢水中的碳含量处于[C含量目标值-0.005％，C含量目标值+0.005％]。

进一步的，钢水在真空槽内进行循环时，开始进行完全脱碳模式下的脱碳、不脱碳模式下的铝脱氧及合金化、以及保碳模式下的脱碳操作。

进一步的，在真空槽真空度达到20-40kPa时，钢水在真空槽内开始循环，之后真空度控制在(4～27)kPa区间。

本发明是这样实现的，一种低碳铝镇静钢RH冶炼系统，其特征在于，所述系统包括：

采集单元，用于收集RH站时的钢水相关参数，包括：实时采集的RH进站温度及钢水进RH站时的氧含量，读取的RH破空目标温度、RH加入合金的温降、不脱碳模式条件下RH钢水自然温降值，并将收集到的钢水相关参数发送至控制器

控制器基于上述低碳铝镇静钢RH冶炼方法来选择RH处理模式。

本发明根据钢水进站条件、RH装备特点以及低碳铝镇静钢的碳含量范围及目标值，确定不同的RH操作模式，以提高标准化操作水平，压缩长周期RH的总体处理时间，提高生产效率，降低生产成本、稳定成分控制水平。同时，考虑到参数较多，现场操作者难以快速收集、分析相关参数，本发明人对相关参数进行程序化处理，直接输出合理的“RH操作模式”，便于执行。

附图说明

图1为本发明实施例提供的低碳铝镇静钢RH冶炼方法流程图；

图2为本发明技术提供的低碳铝镇静钢“保碳模式”的显示界面。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

所述低碳铝镇静钢包括下表所示的质量百分比的化学成分(％)：

表1低碳铝镇静钢的RH破空钢水成分控制范围表

其中，RH目标值即为所冶炼低碳铝镇静钢牌号上对应元素含量的目标值，包括C含量目标值a，a为介于0.015～0.050％的某一数值；Si含量目标值b，b为≤0.15％的某一数值；Mn含量目标值c，c为介于0.10-0.50％的某一数值；P含量目标值d，d为≤0.035％的某一数值；S含量目标值e，e为≤0.035％的某一数值，Als含量目标值f，f为介于0.020～0.080％的某一数值。

依据RH是否需要脱碳、脱碳程度及需降低温度的幅度(通过废钢加入量来反应)，将RH的处理模式分为三种模式，分别为：完全脱碳模式、不脱碳模式、保碳模式。具体定义如下：

(1)不脱碳模式：RH开始处理即启动真空泵→钢水在真空槽内开始循环时，加铝脱氧合金化→加入锰铁进行合金化、加入废钢(如有必要)→净循环(调整钢水温度)→破空；

(2)保碳模式：RH开始处理即启动真空泵→钢水在真空槽内进行循环时，进行脱碳→在钢水碳含量位于[C含量目标值-0.005％,C含量目标值+0.005％]时，加铝脱氧合金化→加入锰铁进行合金化、加入废钢(如有必要)→净循环(调整钢水温度)→破空；

(3)完全脱碳模式：RH开始处理启动真空泵→钢水在真空槽内开始循环时进行脱碳→脱碳至碳含量为0.003％-0.010％时，加铝脱氧及合金化→加入锰铁进行合金化、加入废钢(如有必要)→净循环(调整钢水温度)→破空。

在本发明实施例中，RH开启真空泵后，真空槽真空度由大气压逐步下降，在真空度下降到20-40kPa时，钢水在真空槽内开始循环，后续真空度控制在4～27kPa区间，完成脱碳、脱氧、合金化、调整温度等操作。

图1为本发明实施例提供的低碳铝镇静钢RH冶炼方法流程图，该方法具体包括如下步骤：

S1、收集进RH站时的钢水相关参数，计算RH过程中的废钢加入量；

收集RH进站温度、钢水进站时的碳含量及氧含量、RH破空目标温度、所冶炼低碳铝镇静钢牌号的C含量目标值及RH的碳控制范围、RH加入合金的温降、不脱碳模式条件下RH钢水自然温降等参数；

在在RH处理过程中，在钢水温度较高时，可以加入废钢，加入废钢后钢水要保持一定的循环时间，比如大于3分钟，其中废钢加入量的计算公式具体如下：

废钢加入量(kg)＝(RH进站温度+钢水进站时的氧含量/25-RH破空目标温度-RH加入合金的温降-不脱碳模式条件下RH钢水自然温降)/1.80*钢水量(吨)；

式中，25—用铝脱氧，每脱去25ppm氧，钢水温度增加1℃,单位：ppm/℃；1.80—每吨钢水每降低1℃需加入废钢量，单位：℃/(kg/吨钢)，RH加入合金的温降、不脱碳模式条件下RH钢水自然温降是设定值，在理论计算值的基础上，基于实际经验对理论计算值进行调整后形成，RH进站温度+钢水进站时的氧含量为实际采集值，RH破空目标温度为设定值。

S2、基于废钢加入量及钢水进站时的碳含量自适应的选择RH处理模式，包括：完全脱碳模式、不脱碳模式、保碳模式。

在本发明实施例中，在废钢加入量大于设定值时，采用完全脱碳模式，其中，设定值为废钢称量料斗一次性最大称量废钢量，取决于RH具体装备情况；

首先，所需的废钢加入量大，说明此时钢水温度高，采用完全脱碳模式的原因在于：RH废钢备料耗时长，历经“废钢称量→废钢通过皮带转料至上料钟→下料钟→加入钢水”等阶段，且在废钢到达下料钟后，需对下料种进行抽真空且真空度接近真空槽内真空度时方可加入钢水，因此，若两批次加入废钢必然大幅增加RH处理周期。在此情况下，采用完全脱碳模式，是因为完全脱碳模式存在较长的脱碳时间，RH过程温度损耗大，且脱碳过程耗氧量大，脱碳结束氧含量低，温度补偿少。

在废钢加入量小于或等于设定值时，基于钢水进站时的碳含量自适应的选择RH处理模式，其选择方法具体如下：

钢水进站时的碳含量≤RH的碳控制范围上限-0.005％时，选择不脱碳模式；RH的碳控制范围上限-0.005％＜钢水进站时的碳含量≤RH的碳控制范围上限+0.010％时，选择保碳模式，保碳模式下的显示界面见图2，图2中钢水进站时，C含量：0.0436％，钢种要求C上限0.045％、下限0.025％、目标0.035％，故选择“保碳模式”；钢水进站时的碳含量＞RH的碳控制范围上限+0.010％时，选择完全脱碳模式；

所冶炼低碳铝镇静钢牌号的C含量目标值所允许的碳含量偏差即形成RH的碳控制范围。

本发明还提供一种低碳铝镇静钢RH冶炼系统，该系统包括：

采集单元，用于收集RH站时的钢水相关参数，包括：实时采集的RH进站温度及钢水进RH站时的氧含量，输入的RH破空目标温度、RH加入合金的温降、不脱碳模式条件下RH钢水自然温降值，并将收集到的钢水相关参数发送至控制器；

控制器基于上述低碳铝镇静钢RH冶炼方法来选择RH处理模式。

下面以300TRH精炼炉冶炼低碳铝镇静钢为例，对本发明做进一步说明。为便于说明本专利技术的思路，每个实施例与相应的对比例均采用同一钢种，钢水进站条件基本一致。

实施例1所述低碳铝镇静钢RH破空钢水成分要求，见表2。

表2低碳铝镇静钢RH破空钢水成分要求(％)

1、根据RH具体装备情况确定废钢称量料斗一次性最大称量废钢量:2500kg。

2、测定RH进站温度及氧含量、收集进站碳含量及其它合金元素含量、RH破空目标温度、所冶炼低碳铝镇静钢牌号的C含量目标值及目标范围、其它合金元素目标值、RH加入合金的温降等参数，具体如表3：

表3实施例1基本参数

3、预算废钢加入量：废钢加入量＝(1615+303/25-1576-2.8-20)/1.80*305＝4799(kg)

4、确定RH处理模式：由于预算废钢加入量为4799kg，≥废钢称量料斗一次性最大称量废钢量(2500kg)，故选定完全脱碳模式。

5、完全脱碳模式的操作：RH开启真空泵后，真空槽内真空度由大气压逐步下降，在4～27kPa真空度下处理钢水。开抽后，RH进行脱碳，当根据脱碳模型(已有)推定的实时碳含量达到0.0030％-0.010％区间时，加铝脱氧及合金化，后续加入锰铁，废钢2400kg(废钢加入量根据行业常规做法确定)。加入锰铁、废钢后，保持净循环≥4min，关闭真空泵，RH处理结束。

对比例1：RH的操作：RH进站后，采用轻处理。将钢水碳脱除至约0.005％时，加铝脱氧合金化，后加入锰铁、增碳剂调整Mn、C至目标值，加入废钢调整温度，加入锰铁、增碳剂、废钢后，保持净循环≥4min,关闭真空泵，RH处理结束。

实施例2：实施例2所述低碳铝镇静钢RH破空钢水成分要求，见表4。

表4低碳铝镇静钢RH破空钢水成分要求(％)

1、根据RH具体装备情况确定废钢称量料斗一次性最大称量废钢量:2500kg。

2、测定RH进站温度及氧含量、进站碳含量及其它合金元素含量、RH破空目标温度、所冶炼低碳铝镇静钢牌号的C含量目标值及目标范围、其它元素目标值、RH加入合金的温降等参数，具体如表5。

表5实施例2基本参数

3、预算废钢加入量：废钢加入量＝(1608+126/25-1581-2.1-20)/1.80*312＝1723(kg)

4、确定RH处理模式：由于预算废钢加入量为1723kg，＜废钢称量料斗一次性最大称量废钢量(2500kg)，且进站碳含量(0.058％)，介于“RH控制要求上限0.050％-0.005％、RH控制要求上限0.050％+0.010％”之间，故选择保碳模式。

5、保碳模式的操作：RH开启真空泵后，真空槽内真空度由大气压逐步下降，在4～27kPa真空度下处理钢水。开抽后，RH进行脱碳，当根据脱碳模型(已有)推定的实时碳含量达到[0.045％-0.005％,0.045％+0.005％]时加铝脱氧合金化，后续加入锰铁，废钢1500kg(废钢加入量根据行业常规做法确定)。加入锰铁、废钢后，保持净循环≥4min,关闭真空泵，RH处理结束。

对比例2：RH的操作：RH进站后，采用轻处理。将钢水碳脱除至0.005％时，加铝脱氧合金化，后加入锰铁、增碳剂调整Mn、C至目标值，加入废钢调整温度，加入锰铁、增碳剂、废钢后，保持净循环≥4min,关闭真空泵，RH处理结束。

实施例3所述低碳铝镇静钢RH破空钢水成分要求，见表6。

表6低碳铝镇静钢RH破空钢水成分要求(％)

1、根据RH具体装备情况确定废钢称量料斗一次性最大称量废钢量:2500kg。

2、测定RH进站温度及氧含量、进站碳含量及其它合金元素含量、RH破空目标温度、所冶炼低碳铝镇静钢牌号的C含量目标值及目标范围、其它元素目标值、RH加入合金的温降等参数，具体如表7：

表7实施例3基本参数

3、预算废钢加入量：废钢加入量＝(1597+336/25-1576-3.4-20)/1.80*308＝1940(kg)

4、确定RH处理模式：由于预算废钢加入量为1940kg，＜废钢称量料斗一次性最大称量废钢量(2500kg),且进站碳含量(0.028％)≤RH控制要求上限(0.050％)-0.005％，故选择不脱碳模式。

5、不脱碳模式的操作：RH开启真空泵后，真空槽内真空度由大气压逐步下降，在4～27kPa真空度下处理钢水。开抽后，在真空槽真空度达到20-40kPa时加铝脱氧合金化，后续加入锰铁，废钢2000kg(废钢加入量根据行业常规做法确定)。加入锰铁、废钢后，保持净循环≥4min,关闭真空泵，RH处理结束。

对比例3：RH的操作：RH进站后，采用轻处理。将钢水碳脱除至0.005％时，加铝脱氧合金化，后加入锰铁、增碳剂调整Mn、C至目标值，加入废钢调整温度，加入锰铁、增碳剂、废钢后，保持净循环≥4min,关闭真空泵，RH处理结束。

实施例与对比例RH冶炼主要指标对比如表8所示。

表8实施例与对比例的RH主要指标

传统工艺生产与本专利技术生产RH处理时间如表9所示：

表9传统工艺生产与本专利技术生产RH处理时间对比

由表8、表9可知：(1)生产低碳铝镇静钢，采用本专利技术后平均处理时间为16.1分钟，比采用传统技术生产的21.5分钟，减少了5.4分钟；(2)生产低碳铝镇静钢，采用本专利技术后平均增碳剂加入量为11.8kg/炉，比采用传统技术生产的42kg/炉，减少了30.2kg/炉；C、Si、Mn、Als等元素均符合控制范围要求。

本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低碳铝镇静钢RH冶炼方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：

S1、收集进RH站时的钢水相关参数，计算RH过程中的废钢加入量；

S2、基于废钢加入量及钢水进站时的碳含量自适应的选择RH处理模式，包括：完全脱碳模式、不脱碳模式、保碳模式；

其中，完全脱碳模式是对钢水进行完全脱碳，不脱碳模式是对钢水不进行脱碳，保碳模式是对钢水进行部分脱碳。

2.如权利要求1所述低碳铝镇静钢RH冶炼方法，其特征在于，在废钢加入量大于设定值时，采用完全脱碳模式。

3.如权利要求2所述低碳铝镇静钢RH冶炼方法，其特征在于，在废钢加入量小于或等于设定值时，基于钢水进站时的碳含量自适应的选择RH处理模式。

4.如权利要求3所述低碳铝镇静钢RH冶炼方法，其特征在于，

钢水进站时的碳含量≤RH的碳控制范围上限-0.005％时，选择不脱碳模式；

RH的碳控制范围上限-0.005％＜钢水进站时的碳含量≤RH的碳控制范围上限+0.010％时，选择保碳模式；

钢水进站时的碳含量＞RH的碳控制范围上限+0.010％时，选择完全脱碳模式；

所冶炼低碳铝镇静钢牌号的C含量目标值所允许的碳含量偏差即形成RH的碳控制范围。

5.如权利要求1所述低碳铝镇静钢RH冶炼方法，其特征在于，废钢加入量的计算公式具体如下：

废钢加入量＝(RH进站温度+钢水进RH站时的氧含量/25-RH破空目标温度-RH加入合金的温降-不脱碳模式下RH钢水自然温降)/1.80*钢水量。

6.如权利要求1所述低碳铝镇静钢RH冶炼方法，其特征在于，完全脱碳模式下对钢水进行完全脱碳，脱碳至钢水中的碳含量处于[0.0030％，0.0100％]。

7.如权利要求1所述低碳铝镇静钢RH冶炼方法，其特征在于，保碳模式下对钢水进行部分脱碳，脱碳至钢水中的碳含量处于[C含量目标值-0.005％，C含量目标值+0.005％]。

8.如权利要求1所述低碳铝镇静钢RH冶炼方法，其特征在于，钢水在真空槽内进行循环时，开始进行完全脱碳模式下的脱碳、不脱碳模式下的铝脱氧及合金化、以及保碳模式下的脱碳操作。

9.如权利要求8所述低碳铝镇静钢RH冶炼方法，其特征在于，在真空槽真空度达到20-40kPa时，钢水在真空槽内开始循环，之后真空度控制在(4～27)kPa区间。

10.一种低碳铝镇静钢RH冶炼系统，其特征在于，所述系统包括：

采集单元，用于收集RH站时的钢水相关参数，包括：实时采集的RH进站温度及钢水进RH站时的氧含量，读取的RH破空目标温度、RH加入合金的温降、不脱碳模式条件下RH钢水自然温降值，并将收集到的钢水相关参数发送至控制器

控制器基于权利要求1至9任一权利要求所述低碳铝镇静钢RH冶炼方法来选择RH处理模式。

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