CN115572890B - 一种低硫包晶钢连铸板坯的生产方法 - Google Patents

一种低硫包晶钢连铸板坯的生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低硫包晶钢连铸板坯的生产方法，主要解决现有用板坯连铸机生产的低硫包晶钢连铸板坯角部裂纹发生率高、生产成本高的技术问题。技术方案为，一种低硫包晶钢连铸板坯的生产方法，包括：1)铁水预处理，对铁水进行脱硫，控制脱硫后铁水中w[S]≤0.003％；2)采用顶底复吹转炉冶炼；3)转炉冶炼终点的控制；4)转炉吹炼结束后立即出钢；5)将钢包中的钢水运至吹氩站进行钢水中铝元素含量的调控；6)将钢包中的钢水运至LF精炼炉进行钢水中硫元素含量的调控和钢水温度调控；7)对钢水进行板坯连铸，得到连铸板坯。本发明方法生产的低硫包晶钢连铸板坯的角裂发生率≤0.3％；生产成本下降32元/吨钢。

Description

一种低硫包晶钢连铸板坯的生产方法
技术领域
本发明涉及一种包晶钢钢的生产方法，特别涉及一种低硫包晶钢连铸板坯的生产方法，属于钢的冶炼及连续铸造技术领域。
背景技术
碳含量为0.08％～0.17％的钢种为包晶钢，板坯连铸机生产包晶钢时，发生包晶反应，使得晶界强度变弱，若发生氮化铝析出，则进一步引起晶界脆化，容易引起板坯角部裂纹的发生。其中，低硫包晶钢生产时，一般需要在LF精炼炉进行脱硫。由于LF精炼炉脱硫过程中，铝含量高有利于脱硫反应的进行。降低铝含量可能会影响脱硫反应的进行。因此，现有低硫包晶钢连铸板坯角裂发生率高、生产成本高。
中国专利CN105506224A公开了“一种采用低碱度精炼渣的LF炉脱硫精炼工艺”，通过精炼渣和铝粒的添加，控制精炼结束钢渣氧化性(FeO+MnO)≤3.0％，炉渣二元碱度(CaO)/(SiO2)为1.8～3.0，可以将钢中的硫含量脱除至0.005％以内，精炼脱硫率达到58.3％～83.3％；通过低碱度炉渣进行脱硫，不能有效解决低硫包晶钢连铸板坯角裂发生率高。
中国专利CN103433438 A公开了“一种控制大方坯亚包晶钢连铸坯的质量的方法”，通过连铸的过热度、保护渣和二冷配水进行要求，解决了大方坯亚包晶钢表面裂纹问题，其中化学成分中铝含量≥0.02％；通过连铸工艺和保护渣调整，来控制包晶钢大方坯连铸坯质量，不能有效解决低硫包晶钢连铸板坯角裂发生率高。
中国专利CN103215496 A公开了“一种含硼包晶钢的生产方法”，通过连铸拉速、结晶器配水和保护渣优化，解决了转炉冶炼-LF钢包炉精炼-小方坯连铸工艺生产SWRCH18KB钢的角部裂纹问题。其LF钢包炉出站钢水中的铝含量为0.026％～0.053％，平均为0.04％；通过连铸工艺和保护渣调整，来控制含硼包晶钢小方坯角裂的发生，不能有效解决低硫包晶钢连铸板坯角裂发生率高。
中国专利CN101992283 A公开了“一种防止包晶钢连铸坯产生裂纹的方法”，通过保护渣性能、结晶器震动参数和结晶器配水量的优化，解决了包晶钢连铸坯表面裂纹的问题。介绍了通过调整保护渣性能和连铸工艺，防止包晶钢连铸坯表面裂纹的发生，不能有效解决低硫包晶钢连铸板坯角裂发生率高。
现有技术中主要通过连铸工艺和保护渣调整，来控制包晶钢连铸坯表面质量问题。连铸工序优化可以在一定程度上解决铸坯表面质量问题，但不能有效解决低硫包晶钢连铸板坯角裂发生率高的问题。
现有技术缺乏有效解决低硫包晶钢连铸板坯角部裂纹缺陷发生率高的技术方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种低硫包晶钢连铸板坯的生产方法，主要解决现有用板坯连铸机生产的低硫包晶钢连铸板坯角部裂纹发生率高、生产成本高的技术问题；本发明方法降低了低硫包晶钢的角部裂纹的发生率，降低了低硫包晶钢的冶炼成本。
本发明的技术思路是，现有的低硫包晶钢化学成分重量百分比为：C：0.08％～0.17％、Si≤0.15％，Mn：1.0％～1.5％，P≤0.020％，S≤0.006％，N≤0.007％，Al：0.010％～0.060％，余量为Fe及不可避免的杂质元素；现有低硫包晶钢连铸板坯生产流程为铁水预处理-转炉冶炼-LF炉精炼-连铸工艺流程，中包钢水铝、氮含量平均为0.04％和0.0050％；申请人研究发现，对于连铸坯角部裂纹缺陷，其控制根源在于钢水成分的控制，具体为钢水中铝、氮含量的控制；因钢水中铝、氮含量高，造成铝氮积高；铝氮积，即，钢水的铝的质量百分比含量与钢水中溶解氮的质量百分比含量的乘积值，高达2.0×10-4，造成大量的氮化铝在板坯连铸过程中析出，板坯角裂发生率高达5.5％；本发明通过钢水低铝含量条件下进行脱硫，降低钢水中的铝、氮含量，有效地降低钢水的铝氮积，从而抑制钢中氮化铝析出，控制低硫包晶钢连铸板坯角部裂纹的发生，从源头上解决连铸板坯角部裂纹的发生。
本发明采用的技术方案是，一种低硫包晶钢连铸板坯的生产方法，包括以下步骤：
1)铁水预处理，对铁水进行脱硫，控制脱硫后铁水中w[S]≤0.003％；
2)采用顶底复吹转炉冶炼，投入金属原料组成的质量百分比为，铁水80％～100％，余量为废钢；冶炼全程底吹氩气，氩气流量为0.02～0.10Nm3/(min﹒t)；
3)转炉冶炼终点的控制，取样检测转炉吹炼终点钢水中w[C]和钢水温度，检测到转炉吹炼终点钢水中w[C]为0.04％～0.10％，转炉吹炼终点钢水温度为1600～1630℃时，转炉吹炼结束；
4)转炉吹炼结束后立即出钢，当转炉出钢的钢水量达钢水总量的10％～20％时，向钢包钢水内加入石灰；当转炉出钢的钢水量达钢水总量的30％～40％时，向钢包钢水内依次加入硅铁合金、铝铁合金、碳粉和锰铁合金，控制钢包钢水中氧的重量百分含量为0.001％～0.005％；出钢结束时，向钢包钢水内加入中铝脱氧剂；石灰的加入量为3.5～5.5千克/吨钢，石灰化学成分的重量百分比为CaO≥90％、SiO2≤3.5％和烧损不大于5％；硅铁合金的加入量为0.8～2.5千克/吨钢；碳粉和锰铁合金的加入量按生产钢水的目标成分而定；中铝脱氧剂的加入量为1.7～2.3千克/吨钢，中铝脱氧剂化学成分的重量百分比为Al15％～20％、Al2O3 50％～60％、CaO 15％～25％、SiO2≤5％和H2O≤1％；
5)将钢包中的钢水运至吹氩站进行钢水中铝元素含量的调控，将钢包中的钢水运至吹氩站，向钢水内通入氩气搅拌钢水3～4分钟，控制氩气流量为50～60升/小时；停止向钢水内通入氩气，取样检测钢水中的铝含量、硫含量；再次向钢水内通入氩气，控制氩气流量为30～40升/小时，向钢水内喂入铝线，铝线的加入量根据钢水中硫含量而定；喂完铝线，关闭氩气，吹氩站钢水处理结束；
6)将钢包中的钢水运至LF精炼炉进行钢水中硫元素含量的调控和钢水温度调控，将钢包中的钢水运至LF精炼炉，向钢水内通入氩气搅拌钢水4～5分钟，控制氩气流量为30～40升/小时,同时对钢水进行加热，调控钢水的温度；停止向钢水内通入氩气，测量钢水温度；再次向钢水内通入氩气，控制流量为30～40升/小时,向钢水内加入石灰，石灰的加入量为2.5～3.5千克/吨钢，并再次对钢水进行加热，将钢水温度调控至1590～1610℃；向钢水内加入中铝脱氧剂对钢水进行脱氧，中铝脱氧剂的加入量为0.6～1.2千克/吨钢，控制钢包渣化学组分的重量百分比为：CaO 52％～56％、SiO2 5％～8％、Al2O3 33％～35％、MgO 3％～5％和TFe≤1％，控制氩气流量为40～60升/小时，搅拌钢水8～12分钟；对钢水进行弱搅拌，控制氩气流量为20～30升/小时，弱搅拌钢水5～8分钟，得到成品钢水，成品钢水化学成分重量百分比为：C：0.08％～0.17％，Si：0.05％～0.15％，Mn：1.0％～1.5％，P≤0.020％，S≤0.006％，N≤0.007％，Al：0.01％～0.02％，余量为Fe及不可避免的杂质元素；
7)对钢水进行板坯连铸，得到连铸板坯。
本发明方法生产的低硫包晶钢连铸板坯的角裂发生率≤0.3％。
进一步，本发明步骤4)中，所述硅铁合金化学成分的重量百分比为Si 72％～78％、Fe 20％～26％和其他≤2％。
所述碳粉化学成分的重量百分比为C 97％～99％和其他≤3％。
所述锰铁合金化学成分的重量百分比为Mn 72％～78％、Fe 19％～25％和其他≤3％。
本发明步骤4)中，所述铝铁合金的加入量为(45～55)×w[O]，单位为千克/吨钢，w[O]为转炉终点钢水中的氧的重量百分含量；铝铁合金化学成分的重量百分比为铝50％～54％、Fe44％～48％和其他≤2％。
本发明步骤5)中，所述铝线的加入量为0.2+(7～8)×(w[S])，单位为千克/吨钢，w[S]为吹氩站进站钢水中的硫的重量百分含量。
本发明步骤5)中，所述铝线与硫含量的关系符合关系式：2[Al]+3(CaO)+3[S]＝(Al2O3)+(CaS)，铝线的加入量为钢水中铝含量的设计上限和脱硫需要的铝之和。
本发明步骤6)中，所述的弱搅拌为钢包内钢水裸露面积≤50cm2。
本发明从钢水氮含量和铝含量控制两个方面，实现了低硫包晶钢钢水的生产，有效地抑制了钢水连铸过程中氮化铝的析出，解决了板坯连铸机生产低硫包晶钢的角部裂纹缺陷风险。
本发明工艺控制参数确定的理由如下：
1、钢中氮含量调控，一方面，转炉出钢脱氧时，控制吹氩站进站钢水中的氧的重量百分含量为0.001％～0.005％，钢水微氧含量控制可减少出钢过程钢水吸氮；另一方面，铁水进行深脱硫，控制入转炉的铁水硫含量≤0.003％，可以减少LF精炼的脱硫周期，减少LF精炼过程钢水吸氮。通过转炉出钢过程脱氧和LF精炼脱硫控制钢水吸氮，钢水氮含量得到降低，较原工艺氮含量下降0.0005％～0.0010％。
2、钢中铝含量调控，一方面，控制LF精炼钢包渣的钙铝比值((w(CaO)/w(Al2O3))为1.5～1.7，提高了钢包渣中CaO的活度，提高了LF精炼脱硫热力学条件；另一方面，控制LF精炼钢包渣的MI值(w(CaO)/(w(SiO2)×w(Al2O3)))为0.19～0.34，钢包渣流动性好，提高了LF精炼脱硫动力学条件。当LF精炼脱硫的热力学和动力学条件均得到改善时，根据脱硫反应平衡式，可以降低钢水中的铝含量，从而实现低铝含量情况下的脱硫反应。通过LF精炼钢包渣设计，实现LF精炼钢水低铝脱硫，硫含量≤0.006％和铝含量为0.01％～0.02％达到平衡，较原工艺铝含量下降0.02％～0.03％。
本发明相比现有技术具有如下积极效果：1、本发明方法将钢水中的铝氮积由2.0×10-4降低至0.3～1.0×10-4，低硫包晶钢连铸板坯的角裂发生率从5.5％下降至≤0.3％，大幅提高了低硫包晶钢连铸板坯质量。2、本发明方法减少了低硫包晶钢连铸板坯清理，低硫包晶钢连铸板坯热送比例由50％提高至90％，低硫包晶钢连铸板坯冶炼成本下降32元/吨钢。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
本发明实施例，以150吨顶底复吹转炉冶炼Q460C钢水为例。本发明实施例钢水生产的控制参数见表1至表6。
表1本发明实施例转炉冶炼金属料参数
Figure BDA0003124871860000041
表2本发明实施例转炉冶炼终点钢水成分与温度
Figure BDA0003124871860000051
表3本发明实施例转炉出钢过程辅料及合金加入量单位：千克/吨钢。
Figure BDA0003124871860000052
表4本发明实施例吹氩站进站钢水成分及温度
Figure BDA0003124871860000053
表5本发明实施例吹氩站和LF精炼炉过程参数
Figure BDA0003124871860000054
表6本发明实施例LF精炼炉出站钢水成分及温度
Figure BDA0003124871860000061
本发明生产的低硫包晶钢，采用铁水预处理-转炉冶炼-吹氩站-LF精炼-连铸工艺生产，通过冶炼过程的钢水氮、铝控制，尤其是通过LF精炼炉低铝脱硫技术应用，实现钢水铝含量为0.01％～0.02％与硫含量≤0.006％的平衡，有效地降低了钢水中的铝含量，铝氮积大幅度下降，从源头上解决了包晶钢板坯角部裂纹问题。如本发明实施例1～5所示，与现有常规工艺相比，本发明方法降低了钢水中的铝、氮含量，铝含量平均下降了0.024％，氮含量平均下降了0.0010％，铝氮积由2.0×10-4降低至0.64×10-4，低硫包晶钢连铸板坯角部裂纹缺陷发生率由5.5％降低至0；低硫包晶钢连铸板坯热送比例由50％提高至90％，冶炼成本下降32元/吨钢。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims (6)

1.一种低硫包晶钢连铸板坯的生产方法，其特征是，所述的方法包括以下步骤：
1)铁水预处理，对铁水进行脱硫，控制脱硫后铁水中w[S]≤0.003％；
2)采用顶底复吹转炉冶炼，投入金属原料组成的质量百分比为，铁水80％～100％，余量为废钢；冶炼全程底吹氩气，氩气流量为0.02～0.10Nm3/(min﹒t)；
3)转炉冶炼终点的控制，取样检测转炉吹炼终点钢水中w[C]和钢水温度，检测到转炉吹炼终点钢水中w[C]为0.04％～0.10％，转炉吹炼终点钢水温度为1600～1630℃时，转炉吹炼结束；
4)转炉吹炼结束后立即出钢，当转炉出钢的钢水量达钢水总量的10％～20％时，向钢包钢水内加入石灰；当转炉出钢的钢水量达钢水总量的30％～40％时，向钢包钢水内依次加入硅铁合金、铝铁合金、碳粉和锰铁合金，控制钢包钢水中氧的重量百分含量为0.001％～0.005％；出钢结束时，向钢包钢水内加入中铝脱氧剂；石灰的加入量为3.5～5.5千克/吨钢，石灰化学成分的重量百分比为CaO≥90％、SiO2≤3.5％和烧损不大于5％；硅铁合金的加入量为0.8～2.5千克/吨钢；碳粉和锰铁合金的加入量按生产钢水的目标成分而定；中铝脱氧剂的加入量为1.7～2.3千克/吨钢，中铝脱氧剂化学成分的重量百分比为Al 15％～20％、Al2O3 50％～60％、CaO 15％～25％、SiO2≤5％和H2O≤1％；
5)将钢包中的钢水运至吹氩站进行钢水中铝元素含量的调控，将钢包中的钢水运至吹氩站，向钢水内通入氩气搅拌钢水3～4分钟，控制氩气流量为50～60升/小时；停止向钢水内通入氩气，取样检测钢水中的铝含量、硫含量；再次向钢水内通入氩气，控制氩气流量为30～40升/小时，向钢水内喂入铝线，铝线的加入量根据钢水中硫含量而定；喂完铝线，关闭氩气，吹氩站钢水处理结束；
6)将钢包中的钢水运至LF精炼炉进行钢水中硫元素含量的调控和钢水温度调控，将钢包中的钢水运至LF精炼炉，向钢水内通入氩气搅拌钢水4～5分钟，控制氩气流量为30～40升/小时,同时对钢水进行加热，调控钢水的温度；停止向钢水内通入氩气，测量钢水温度；再次向钢水内通入氩气，控制流量为30～40升/小时,向钢水内加入石灰，石灰的加入量为2.5～3.5千克/吨钢，并再次对钢水进行加热，将钢水温度调控至1590～1610℃；向钢水内加入中铝脱氧剂对钢水进行脱氧，中铝脱氧剂的加入量为0.6～1.2千克/吨钢，控制钢包渣化学组分的重量百分比为：CaO 52％～56％、SiO2 5％～8％、Al2O3 33％～35％、MgO 3％～5％和TFe≤1％，控制氩气流量为40～60升/小时，搅拌钢水8～12分钟；对钢水进行弱搅拌，控制氩气流量为20～30升/小时，弱搅拌钢水5～8分钟，得到成品钢水，成品钢水化学成分重量百分比为：C：0.08％～0.17％，Si：0.05％～0.15％，Mn：1.0％～1.5％，P≤0.020％，S≤0.006％，N≤0.007％，Al：0.01％～0.02％，余量为Fe及不可避免的杂质元素；
7)对钢水进行板坯连铸，得到连铸板坯。
2.如权利要求1所述的低硫包晶钢连铸板坯的生产方法，其特征是，步骤4)中，步骤4)中，所述铝铁合金的加入量为(45～55)×w[O]，单位为千克/吨钢，w[O]为转炉终点钢水中的氧的重量百分含量；铝铁合金化学成分的重量百分比为铝50％～54％、Fe 44％～48％和其他≤2％。
3.如权利要求1所述的低硫包晶钢连铸板坯的生产方法，其特征是，步骤4)中，所述硅铁合金化学成分的重量百分比为Si 72％～78％、Fe 20％～26％和其他≤2％；所述碳粉化学成分的重量百分比为C 97％～99％和其他≤3％；所述锰铁合金化学成分的重量百分比为Mn 72％～78％、Fe 19％～25％和其他≤3％。
4.如权利要求1所述的低硫包晶钢连铸板坯的生产方法，其特征是，步骤5)中，所述铝线的加入量为0.2+(7～8)×(w[S])，单位为千克/吨钢，w[S]为吹氩站进站钢水中的硫的重量百分含量。
5.如权利要求1所述的低硫包晶钢连铸板坯的生产方法，其特征是，步骤6)中，所述的弱搅拌为钢包内钢水裸露面积≤50cm2。
6.如权利要求1所述的低硫包晶钢连铸板坯的生产方法，其特征是，所述低硫包晶钢连铸板坯的角裂发生率≤0.3％。
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