CN115747621B

CN115747621B - 一种高铝或高硅电工钢的超低钛冶炼方法

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Publication number: CN115747621B
Application number: CN202211343536.4A
Authority: CN
Inventors: 徐小伟; 徐葆春; 单永刚; 龙胜平; 张立鑫
Original assignee: Maanshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Maanshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2022-10-31
Filing date: 2022-10-31
Publication date: 2024-03-19
Anticipated expiration: 2042-10-31
Also published as: CN115747621A

Abstract

本发明公开了一种高铝或高硅电工钢的超低钛冶炼方法，属于钢铁冶炼技术领域。本发明的方法包括：步骤S1、铁水脱硫预处理；步骤S2、转炉一次造渣；步骤S3、转炉二次造渣；步骤S4、转炉碳含量＜0.30％后，控制底吹强度为0.05～0.20m³/(min.t)；步骤S5、转炉出钢；步骤S6、转炉出钢过程加入石灰入钢包对精炼渣系进行调整；步骤S7、RH真空处理。通过转炉低钛冶炼、出钢过程下渣控制，钢包顶渣调整，钢包管控，实现了极低Ti含量高铝或高硅电工钢生产，具有操作简便、成本低廉、磁性优良的特点。同时，转炉对铁水钛含量适应性广，粗炼结束后精炼开始前，不需要进行扒渣、除渣，无须限制脱氧、合金化效果，Ti含量稳定控制在20ppm以内。

Description

一种高铝或高硅电工钢的超低钛冶炼方法

技术领域

本发明属于钢铁冶炼领域，涉及铁水预处理、转炉冶炼工艺，特别涉及一种高铝或高硅电工钢的超低钛冶炼方法。

背景技术

Ti对C、N元素具有较强的亲和力，在钢中容易形成TiN、Ti(NC)等化合物。无取向电工钢中Ti含量越高，析出的细小弥散的TiN、Ti(CN)化合物越多，在其钉钆作用下，金属晶体中位错移动困难并对晶界迁移产生拖曳，抑制了非{1 1 1}晶粒正常长大，减少了{1 1 1}位向被吞并的数量，导致难磁化晶粒位向增多，磁性恶化；取向电工钢中Ti钛含量过高会使AlN析出量减少，降低了磁性，因此电工钢对Ti含量提出了严格要求，希望Ti的质量分数不大于30.00ppm。

目前，对于超低钛高铝或高硅电工钢，大部分钢铁企业或采用低钛矿石冶炼铁水，或铁水进行炉外预脱钛，或通过使用超低钛含量的合金、废钢，甚至精炼进站前进行扒渣操作，这种方法可得30.00ppm以下钛含量钢水，但生产成本高，若进一步稳定控制在20.00ppm以下，尚有难度。

经检索，中国专利(申请号为201510215143.9)公开了一种高铝超低钛钢水的生产方法，主要解决现有经转炉冶炼和RH真空循环脱气法精炼后所生产钢水化学成分中0.2％≤w[Al]≤0.3％、w[Ti]≤0.0015％难以实现的技术问题。该专利采用顶底复吹转炉冶炼，投入金属主料的质量百分比为：铁水86％～92％，余量为非IF钢类含钛废钢，铁水中w[Ti]≤0.050％，轻型废钢化学成分中w[Ti]≤0.040％，此工艺存在的主要问题有二，其一对铁水、废钢中钛含量有较苛刻的要求；其次该专利适用于铝含量为0.2％≤w[Al]≤0.3％钢水，铝含量高时不能获得较好的效果。

中国专利申请号为201210020927.2的专利公开了一种利用脱磷站进行铁水脱钛的工艺，该专利申请利用已有的铁水脱磷站的供辅系统、动力系统、喷吹系统、称量系统、操控系统，进行脱钛操作；脱钛剂采用氧化铁皮，铁水温度控制在1300℃到1400℃区间；配置顶吹氧枪，调整吹氧量，控制铁水的温度不降低，该技术主要对炼钢主原料铁水进行脱钛，单一的技术措施并不能保证成品可稳定获得超低钛钢水。

日本专利特开2004-307942提出将铁水Ti含量严格限制在500ppm以内，这样可以将钢中的Ti含量控制在20ppm以内。然而，由于高炉炼铁过程为还原气氛，本身不具备脱除Ti的条件，因此严格限制铁水Ti含量的苛刻要求，最终只能通过提高冶炼铁水用原、辅材料的品质级别予以实现，这样也会大幅增加成品钢的制造成本，不利于改善或提高产品的市场竞争力。此外，由于对铁矿石、熔剂等原、辅材料的品质级别提出了苛刻要求，不利于高炉炉况的保养和维护。日本专利特开2002-322508,对钢液脱氧、合金化过程中还原材料的添加数量提出了严格要求，硅铁所占比例不能高于0.05％，铝所占比例不能高于0.002％。因此，为满足该工艺的控制要求，必须采用超高纯度的铁合金，但这会大幅增加钢的制造成本，同时,也很难通过工业化的方式，稳定、批量获得这些高纯度的铁合金。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对以上背景技术中提出的不足，本发明提供了一种高铝或高硅电工钢的超低钛冶炼方法，通过转炉低钛冶炼、出钢过程下渣控制，钢包顶渣调整，钢包管控，实现了极低Ti含量高铝或高硅电工钢生产，具有操作简便、成本低廉、磁性优良的特点。同时，转炉对铁水钛含量适应性广，粗炼结束后精炼开始前，不需要进行扒渣、除渣，无须限制脱氧、合金化效果，Ti含量稳定控制在20ppm以内。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种高铝或高硅电工钢的超低钛冶炼方法，使用的超低钛高铝或高硅电工钢的标志性成分为：Ti≤0.0020％，Si 2.5％～4.0％，Al 0.0010％～1.5％，具体的冶炼方法包括如下步骤：

步骤一、采用机械搅拌法在铁水罐内对铁水进行预处理脱硫，脱硫前扒除铁水表面浮渣，铁水亮面＞80％；然后加入脱硫剂进行脱硫，脱硫剂的加入量为7～12kg/t铁水，快速脱硫到硫含量为S≤0.0030％；最后脱硫后扒除脱硫渣铁水亮面＞85％，其中，铁水亮面＝(1-铁水包表面浮渣面积/铁水包表面积)×100％。

步骤二、转炉一次造渣。

前炉留渣量为30～60kg/t，采用石灰、含镁材料(轻烧白云石、白云石、镁球)造渣，造渣R＝1.2～1.8，MgO含量4.0％～6.0％；渣料一次性加入，供氧强度2.8～4.5m³/(min.t)，枪位1.15×(40～50)×D_喉，所述D_喉为氧枪喷头喉口直径，单位为mm；控制底吹强度为0.03～1.0m³/(min.t)；供氧为12～15m³/t时进行倒渣，倒渣量为35％～65％。

步骤三、转炉二次造渣。

采用石灰、含镁材料(轻烧白云石、白云石、镁球)造渣，造渣R＝3.2～4.5，MgO含量5.0％～7.0％；二次造渣开吹即加入石灰总量的50～80％、含镁造渣料一次性全部投入，剩余石灰量在供氧量达75％前加完；转炉供氧采用变枪位、恒流量的操作方式，供氧强度3.0～4.5m³/(min.t)；脱碳枪位1.15×(35～45)×D_喉，压枪枪位1.15×(25～35)×D_喉，所述D_喉为氧枪喷头喉口直径，单位为mm；底吹强度为0.03～0.08m³/(min.t)。

步骤四、转炉碳含量＜0.30％后，控制底吹强度为0.05～0.20m³/(min.t)。

步骤五、转炉出钢时温度为1645～1680℃，氧含量为0.040～0.080％，S＜0.0040％，Ti＜0.00060％。

步骤六、转炉出钢过程加入1.0～6.0kg/t石灰入钢包对精炼渣系进行调整；冶炼无取向电工钢时，出钢过程不进行脱氧合金化处理；冶炼取向电工钢时，出钢过程加入铜、硅铁、铝进行脱氧合金化；出钢挡渣；出钢结束后将钢水运送到RH进行精炼。

步骤七、RH真空处理：冶炼无取向电工钢时，RH进站后进行脱碳操作，RH真空压力不大于200Pa，脱碳后加入铝脱氧、合金化，纯循环3～5min后再加入硅铁、锰铁合金化，合金化后进行脱硫，然后破空、出站；冶炼取向电工钢时，RH真空压力不大于300Pa，对硅、铝等成分进行微调，然后破空、出站。

生产高铝或高硅电工钢的前一炉须经步骤一至步骤四的预处理，控制转炉终点S不大于0.0060％。生产高铝或高硅电工钢生产时，冶炼方法经步骤一至步骤七处理，可将钢中钛含量稳定控制在0.0020％以下。

更进一步的，脱硫剂由石灰、萤石混合而成，脱硫剂中CaO的质量百分含量≥75％，CaF₂的质量百分含量8～15％。

更进一步的，步骤二中，一次造渣结束时，半钢温度控制在1320～1400℃。

更进一步的，步骤三中，若铁水Ti大于0.120％，加入二氧化硅3～6kg/t。

更进一步的，步骤五中，严控转炉终点硫含量，尽量减少RH喷粉量。

更进一步的，步骤六中，采用无钛污染的清洁钢包，钢包内无残钢、残渣，上炉未经LF造渣脱硫处理。同时，应减少前期出钢口下渣量，降低出钢过程涡流卷渣，提高出钢结束截流成功率，下渣量小于5.0kg/t钢水；出钢后转炉留渣溅渣，留渣量30-60kg/t钢。

更进一步的，步骤七中，冶炼前RH生产一组低碳、无钛合金化钢种对真空槽进行清洗，避免槽体含钛残钢、挂渣等对钢液的污染。而冶炼无取向电工钢脱硫时，脱硫剂由石灰、萤石混合而成，脱硫剂中CaO的质量百分含量60％～70％，CaF₂的质量百分含量30％～40％，Ti元素含量＜0.070％。

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明提供了一种基于“转炉+RH”组合的低成本、高命中率的超低钛冶炼方法，可稳定实现高铝或高硅电工钢Ti含量控制在20ppm以内。

(2)本发明的冶炼方法，原料适应性广，成本低，对铁水钛含量适应性广，铁水Ti含量超过1200ppm条件下，转炉终点Ti含量稳定控制在6ppm以内，精炼后成品Ti含量稳定控制在20ppm以内。

(3)本发明提供了一种降低系统钛负荷的管控优化方法，精炼过程增钛少。

(4)本发明对钢液脱氧、合金化过程中还原材料的添加数量要求不严格，硅、铝所占比例最高可高达4.0％、1.5％。

本发明通过对高铝或高硅电工钢的超低钛冶炼方法进行优化设计，采用本发明的技术方案进行冶炼：实施效果如下：

1、转炉终点平均钛含量由9.1ppm降低至3.4ppm；

2、成品钢液钛含量由26.3ppm降至15.5ppm。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1

本实施例生产钢种为超低钛高铝高硅电工钢W290，成分范围为：Ti≤0.0020％，Si：

2.90％～3.05％，C：≤0.0025％，Mn：0.15％～0.25％，P：≤0.015％，S：≤0.0020％，Als：0.80％～0.90％，N≤0.0020％；W290冶炼前，采用无钛污染的清洁钢包，钢包内无残钢、残渣且上炉未经LF造渣脱硫处理；冶炼前RH生产一组低碳、无钛合金化钢种DC01对真空槽进行清洗，避免槽体含钛残钢、挂渣等对钢液的污染；本实施例中炉次“0”为W290冶炼前一炉铁水及转炉冶炼数据。

(1)采用机械搅拌法在铁水罐内对铁水进行预处理脱硫，脱硫剂由石灰、萤石混合而成，批次脱硫剂中CaO的质量百分含量88.6％，CaF₂的质量百分含量10.2％，铁水成分、脱硫剂加入量及脱硫效果见表1。

表1铁水成分、脱硫剂加入量及脱硫效果

(2)转炉一次造渣。300吨顶底复吹转炉冶炼，采用石灰、镁球造渣；石灰、镁球吹炼开始时一次性加入，枪位1.15×(40～50)×D_喉，300吨转炉D_喉＝50.4mm；供氧12～15m³/t时倒渣。

表2一次造渣关键参数

(3)转炉二次造渣。采用石灰、镁球造渣，二次造渣开吹即加入石灰总量的50-80％、含镁造渣料一次性全部投入，剩余石灰量在供氧量达75％前加完；转炉供氧采用变枪位、恒流量的操作方式；脱碳枪位1.15×(35～45)×D_喉，压枪枪位1.15×(25～35)×D_喉，所述D_喉为氧枪喷头喉口直径，300吨转炉D_喉＝50.4mm。

表3二次造渣关键参数

(4)转炉碳含量＜0.30％后，底吹强度0.10m³/(min.t)。

(5)转炉出钢时温度1650～1670℃，氧含量0.040～0.070％，S＜0.0030％，Ti＜0.00060％。

表4转炉终点及出钢关键参数

(6)转炉出钢过程加入3.0-4.0kg/t石灰入钢包对精炼渣系进行调整，出钢过程不进行脱氧合金化处理；出钢挡渣；出钢结束后将钢水运送到RH进行精炼。

(7)RH真空处理：RH进站后进行脱碳操作，RH真空压力不大于200pa，脱碳后加入铝脱氧、合金化，纯循环4～5min后再加入硅铁、锰铁合金化，合金化后进行脱硫，然后破空、出站；脱硫剂由石灰、萤石混合而成，批次脱硫剂中CaO的质量百分含量67.2％，CaF₂的质量百分含量32.3％，Ti元素含量0.065％；低钛硅铁，钛含量0.018％。

表5 RH真空处理参数

表6冶炼成分

炉次	Ti％	Si％	C％	Mn％	P％	S％	Als％	N％
									1	0.0015	2.95	0.0016	0.21	0.012	0.0008	0.86	0.0018
2	0.0014	2.93	0.0015	0.20	0.013	0.0009	0.87	0.0017

实施例2

本实施例生产取向电工钢，钢种为CGO，成分范围为：Ti≤0.0020％，Si：3.0％～3.2％，C：0.030％～0.04％，Mn：0.15％～0.25％，P：≤0.015％，S：0.030％～0.07％，Als：0.015％～0.020％，N:0.0075％～0.010％；CU:0.47％～0.52％；CGO冶炼前，采用无钛污染的清洁钢包，钢包内无残钢、残渣且上炉未经LF造渣脱硫处理；冶炼前RH生产一组低碳、无钛合金化钢种DC01对真空槽进行清洗，避免槽体含钛残钢、挂渣等对钢液的污染；本实施例中炉次“0”为WCGO冶炼前一炉铁水及转炉冶炼数据。

(1)采用机械搅拌法在铁水罐内对铁水进行预处理脱硫，脱硫剂由石灰、萤石混合而成，批次脱硫剂中CaO的质量百分含量86.5％，CaF₂的质量百分含量11.3％，铁水成分、脱硫剂加入量及脱硫效果见表1。

表1铁水成分、脱硫剂加入量及脱硫效果

表2一次造渣关键参数

(3)转炉二次造渣。采用石灰、镁球造渣，加入黄沙补充二氧化硅，二次造渣开吹即加入石灰总量的50-80％、含镁造渣料及黄沙一次性全部投入，剩余石灰量在供氧量达75％前加完；转炉供氧采用变枪位、恒流量的操作方式；脱碳枪位1.15×(35～45)×D_喉，压枪枪位1.15×(25～35)×D_喉，所述D_喉为氧枪喷头喉口直径，300吨转炉D_喉＝50.4mm。

表3二次造渣关键参数

(4)转炉碳含量＜0.30％后，底吹强度0.10m³/(min.t)。

(5)转炉出钢时温度1645～1665℃，氧含量0.040～0.070％，S＜0.0040％，Ti＜0.00060％。

表4转炉终点及出钢关键参数

(6)转炉出钢过程加入4.0-5.0kg/t石灰入钢包对精炼渣系进行调整，出钢过程先后加入铜、硅铁、铝进行脱氧合金化，低钛硅铁钛含量0.018％；出钢挡渣；出钢结束后将钢水运送到RH进行精炼。

表5转炉脱氧合金化

(7)RH真空处理：RH真空压力不大于200pa，过程取样并对硅、铝、铜、碳、氮等成分进行微调，采用增硫法，避免喷粉脱硫，成分、温度合格后破空、出站。

表6冶炼成分

炉次	Ti％	Si％	C％	Mn％	P％	S％	Als％	Cu％	N％
										1	0.0017	3.08	0.035	0.21	0.011	0.040	0.017	0.49	0.0085
2	0.0016	3.12	0.036	0.20	0.010	0.042	0.019	0.49	0.0090

在上文中结合具体的示例性实施例详细描述了本发明。但是，应当理解，可在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下进行各种修改和变型。详细的描述应仅被认为是说明性的，而不是限制性的，如果存在任何这样的修改和变型，那么它们都将落入在此描述的本发明的范围内。此外，背景技术旨在为了说明本技术的研发现状和意义，并不旨在限制本发明或本申请和本发明的应用领域。

更具体地，尽管在此已经描述了本发明的示例性实施例，但是本发明并不局限于这些实施例，而是包括本领域技术人员根据前面的详细描述可认识到的经过修改、省略、例如各个实施例之间的组合、适应性改变和/或替换的任何和全部实施例。权利要求中的限定可根据权利要求中使用的语言而进行广泛的解释，且不限于在前述详细描述中或在实施该申请期间描述的示例，这些示例应被认为是非排他性的。在任何方法或过程权利要求中列举的任何步骤可以以任何顺序执行并且不限于权利要求中提出的顺序。因此，本发明的范围应当仅由所附权利要求及其合法等同物来确定，而不是由上文给出的说明和示例来确定。

除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。质量、浓度、温度、时间、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，1-50的范围应理解为包括选自1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49或50的任何数字、数字的组合、或子范围、以及所有介于上述整数之间的小数值，例如，1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8和1.9。关于子范围，具体考虑从范围内的任意端点开始延伸的“嵌套的子范围”。例如，示例性范围1-50的嵌套子范围可以包括一个方向上的1-10、1-20、1-30和1-40，或在另一方向上的50-40、50-30、50-20和50-10。

Claims

1.一种高铝或高硅电工钢的超低钛冶炼方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1、铁水脱硫预处理；

步骤S2、转炉一次造渣；

前炉留渣量为30~60kg/t，造渣R=1.2~1.8，供氧强度2.8~4.5m³/（min.t），枪位1.15×（40~50）×D_喉，所述D_喉为氧枪喷头喉口直径，单位为mm；控制底吹强度为0.03~1.0m³/（min.t）；供氧为12~15 m³/t时进行倒渣，倒渣量为35%~65%，一次造渣结束时，半钢温度控制在1320~1400℃；

步骤S3、转炉二次造渣；

采用石灰、含镁材料造渣，造渣R=3.2~4.5，MgO含量5.0%~7.0%；二次造渣开吹即加入石灰总量的50~80%、含镁造渣料一次性全部投入，剩余石灰量在供氧量达75%前加完；转炉供氧采用变枪位、恒流量的操作方式，供氧强度3.0~4.5m³/（min.t）；脱碳枪位 1.15×（35~45）×D_喉，压枪枪位 1.15×（25~35）×D_喉，所述D_喉为氧枪喷头喉口直径，单位为mm；底吹强度为0.03~0.08 m³/（min.t）；若铁水Ti大于0.120%，加入二氧化硅3~6kg/t；

步骤S4、转炉碳含量＜0.30%后，控制底吹强度为0.05～0.20 m³/（min.t）；

步骤S5、转炉出钢；

步骤S6、转炉出钢过程加入石灰入钢包对精炼渣系进行调整；

步骤S7、RH真空处理；

电工钢的主要成分包括Ti≤0.0020%，Si 2.5%~4.0%，Al 0.0010%~1.5%。

2.根据权利要求1所述的一种高铝或高硅电工钢的超低钛冶炼方法，其特征在于，铁水温度为1300～1450℃。

3.根据权利要求1所述的一种高铝或高硅电工钢的超低钛冶炼方法，其特征在于，步骤S1中，采用机械搅拌法在铁水罐内对铁水进行预处理脱硫，脱硫前扒除铁水表面浮渣，铁水亮面＞80%；然后加入脱硫剂进行脱硫，脱硫剂的加入量为7~12kg/t铁水，快速脱硫到硫含量为S≤0.0030%；最后脱硫后扒除脱硫渣铁水亮面＞85%。

4.根据权利要求3所述的一种高铝或高硅电工钢的超低钛冶炼方法，其特征在于：所述脱硫剂由石灰、萤石混合而成，脱硫剂中CaO的质量百分含量≥75％，CaF₂的质量百分含量8~15%。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种高铝或高硅电工钢的超低钛冶炼方法，其特征在于，步骤S5中，转炉出钢时温度为1645~1680℃，氧含量为0.040~0.080%，S＜0.0040%，Ti＜0.00060%；步骤S6中，石灰加入量为1.0~6.0kg/t，冶炼无取向电工钢时，出钢过程不进行脱氧合金化处理；冶炼取向电工钢时，出钢过程加入铜、硅铁、铝进行脱氧合金化；出钢挡渣；出钢结束后将钢水运送到RH进行精炼。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的一种高铝或高硅电工钢的超低钛冶炼方法，其特征在于：步骤S7中，冶炼无取向电工钢时，RH进站后进行脱碳操作，RH真空压力不大于200Pa，脱碳后加入铝脱氧、合金化，纯循环3~5min后再加入硅铁、锰铁合金化，合金化后进行脱硫，然后破空、出站；冶炼取向电工钢时，RH真空压力不大于300Pa，对硅、铝等成分进行微调，然后破空、出站。

7.根据权利要求6所述的一种高铝或高硅电工钢的超低钛冶炼方法，其特征在于：步骤S7中，冶炼前RH生产一组低碳、无钛合金化钢种对真空槽进行清洗，避免槽体含钛残钢、挂渣对钢液的污染，而冶炼无取向电工钢脱硫时，脱硫剂由石灰、萤石混合而成，脱硫剂中CaO的质量百分含量60%~70%，CaF₂的质量百分含量30%~40%，Ti元素含量＜0.070%。