CN116064996A

CN116064996A - 一种低成本高质量品种钢rh直上连铸工艺

Info

Publication number: CN116064996A
Application number: CN202211672928.5A
Authority: CN
Inventors: 汪洪峰; 张明海; 赵强; 张军国; 张贺君; 尹宽; 刘鹏举
Original assignee: Tangshan Iron and Steel Group Co Ltd; HBIS Co Ltd Tangshan Branch; Hegang Leting Steel Co Ltd
Current assignee: Tangshan Iron and Steel Group Co Ltd; HBIS Co Ltd Tangshan Branch; Hegang Leting Steel Co Ltd
Priority date: 2022-12-26
Filing date: 2022-12-26
Publication date: 2023-05-05

Abstract

本发明公开了一种低成本高质量品种钢RH直上连铸工艺，根据钢种的不同采用下述RH工艺；超低碳钢：RH进站钢水中游离氧[O]≤550ppm、碳含量[C]=0.025%～0.055%；RH脱碳的氧含量[O]不足时，进行RH吹氧强制脱碳，吹氧量/m³≤钢水重量的40%；当烟气中CO含量≤2%则RH脱碳结束；控制超低碳钢种RH脱碳结束时钢水游离氧[O]=250～350ppm；RH脱碳结束加铝后，采用低真空度50～80mbar直至RH破空。本工艺针对不同品种钢的不同钢种特性与质量要求，合理选择钢水RH直上连铸的最优工艺方法和工艺参数窗口，分别实现成本最低、效率最高、操作最稳定的脱碳、脱氧、脱氢、脱氮目的；实现了不同要求品种钢RH直上连铸工艺的低成本、高质量、高效率的技术效果。

Description

一种低成本高质量品种钢RH直上连铸工艺

技术领域

本发明涉及一种钢水精炼方法，尤其是一种低成本高质量品种钢RH直上连铸工艺。

背景技术

RH精炼工艺是依靠真空室和大气间的压差，将钢包中的钢水提升到真空室，并通过吹氩造成钢水连续地循环处理的一种冶金方法；其主要任务是脱气，并通过钢水循环使得非金属夹杂物上浮、均匀钢水成分和温度，同时通过物料添加系统使其具有脱氧、脱碳、脱硫、脱磷、成分微调等多项冶金功能。RH真空处理既是转炉充分发挥效率的可靠保证，又是为连铸提供优质钢水、稳定连铸生产的重要手段。随着冶金工业的发展，对钢材质量的要求越来越高，RH已成为高附加值品种钢生产最重要的精炼手段。

尤其是近年来，受产能过剩的影响，国内钢铁市场日趋严峻，市场对高附加值钢种越来越青睐，RH精炼对于高附加值钢种冶炼至关重要，对低成本、高质量、高效率的转炉钢水RH直上连铸工艺方法的追求是钢铁企业发展的重要目标，但如何在保证钢液洁净度的情况下，针对不同钢种的不同钢种特性与质量要求，如何选择转炉钢水RH直上连铸的低成本、高质量、高效率的工艺方法也一直是冶金技术人员争相研究的重大技术热点和难点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种低成本高质量品种钢RH直上连铸工艺，以满足不同钢种特性与质量要求。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：根据钢种的不同采用下述RH工艺；

超低碳钢：RH进站钢水中游离氧[O]≤550ppm、碳含量[C]= 0.025%～0.055%；RH脱碳的氧含量[O]不足时，进行RH吹氧强制脱碳，吹氧量/m³≤钢水重量的40%；当烟气中CO含量≤2%则RH脱碳结束；控制超低碳钢种RH脱碳结束时钢水游离氧[O]=250～350ppm；RH脱碳结束加铝后，采用低真空度50～80mbar直至RH破空；

低碳钢：RH进站钢水中游离氧[O]≤400ppm；若RH进站钢水中游离氧含量[O]≥500ppm，则加入碳粉进行预脱氧，碳粉加入量按下式（Ⅰ）计算：

M_碳粉=([O]_进站-(0.8×[C]_进站+150ppm))×40/100kg （Ⅰ）

式中： M_碳粉为预脱氧时碳粉加入量、kg；[O]_进站为RH进站钢水中氧含量、ppm；[C]_进站为RH进站钢水中碳含量、ppm；

必须深脱氢或深脱氮的钢种：RH深脱氢要求要钢水中[O]≥100ppm；RH深脱氮要求要钢水中[O]≤200ppm、硫含量[S]≤60ppm。

进一步的，所述超低碳钢，RH采用本处理工艺，RH真空度≤2mbar的保持时间为20±5分钟。

进一步的，所述低碳钢，RH采用轻处理工艺，RH真空度50～80mbar的保持时间为10±2分钟。

进一步的，所述必须深脱氢或深脱氮的钢种，对于需要在RH吹氧升温的炉次，要保证转炉出钢后钢水Als的质量分数控制在0.025%～0.045%；RH吹氧升温前加入铝粒以控制RH吹氧后钢水w(Als)≥0.03%。

进一步的，所述必须深脱氢或深脱氮的钢种，成分及温度调整要在RH前期真空度到达100～150mbar时开始进行。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明针对不同品种钢的不同钢种特性与质量要求，合理选择钢水RH直上连铸的最优工艺方法和工艺参数窗口，分别实现成本最低、效率最高、操作最稳定的脱碳、脱氧、脱氢、脱氮目的。本发明实现了不同要求品种钢RH直上连铸工艺的低成本、高质量、高效率的技术效果。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本低成本高质量品种钢RH直上连铸工艺针对不同品种钢的不同钢种特性与质量要求，合理设计钢水RH直上连铸的工艺，工艺原理和工艺过程如下所述：

1、必须深脱碳、深脱氧的超低碳钢种：

超低碳钢种一般指含碳量在0～0.02wt%范围内的碳钢，如工业上应用极为广泛的超深冲IF钢、汽车面板、电工钢等，如SPHETi-3，SPHETi-36，SPHETi-32，TGW800-4等钢种。

1.1、工艺原理：

传统的理论认为，为了使RH达到最好的脱碳脱氧效率，要求转炉出钢钢水的氧含量与碳含量控制在一定范围内，即RH进站钢水初始碳/氧比[C]/[O]=0.75（[C]/[O]=12/16=0.75）。

本发明纠正了传统RH理论的技术偏见，认为：

（1）为了使转炉钢水中生成Al₂O₃夹杂物数量极小化（内生氧化物夹杂最小化），要求RH进站钢水中游离氧与碳含量越低越好，由于在一定条件下转炉的碳氧积[C]*[O]是相对固定值，在转炉低氧出钢的前提下可以适当提高[C]碳含量（[C]太高将延长RH脱碳时间，影响RH脱碳效率）。一般要求氧含量[O]≤550ppm、碳含量[C]=0.025%～0.055%。

RH进站钢水中游离氧越低越好可能会导致用于RH脱碳的氧含量[O]不足，此时完全可以通过RH吹氧强制脱碳的方法解决，但吹氧量/m³≤钢水重量的40%，否则吹氧过多造成钢水的过氧化，反而生成更多的夹杂物。

经生产实践证明本发明RH强制吹氧脱碳与自然脱碳工艺炉次相比，RH进站钢中的平均[O]含量渣中平均T.Fe含量也更低；而且强制脱碳工艺可有效降低IF钢[N]含量，这与强制脱碳工艺真空室内碳氧反应更剧烈所导致的CO气泡更多和气液反应面积更大有关，而且由于强制吹氧脱碳的搅拌和放热，有利于RH真空槽冷钢熔化；提升RH脱碳效率，减少夹杂，连铸连浇炉数极大提高，冷轧夹杂改判率显著降低，

此外在能满足RH脱碳效果的前提下，尽量提高转炉终点钢液碳含量、降低钢液氧含量，减少高氧化性对炉内耐材的侵蚀，有效保护炉体、炉况，提高转炉寿命。

以上的生产实践完全改变了传统上RH不能吹氧，“谈氧色变”的技术偏见，极大地提高了生产效率和成品质量。

（2）本发明RH采用本处理工艺，RH真空度≤2mbar的保持时间为20±5分钟；控制RH脱碳结束时钢水游离氧[O]=300ppm±50ppm；烟气中CO含量≤2%则RH脱碳结束；

传统理论认为，为了使最终钢水中Al₂O₃夹杂物数量极小化，RH脱碳结束时钢水游离氧[O]越低越好，此时游离氧[O]越低，用于脱氧的Al消耗越少，生成的Al₂O₃夹杂物数量也就越少。

本发明在实践中得出控制RH脱碳结束时钢水游离氧[O]=300ppm±50ppm为最佳；一方面为了减少脱氧Al的消耗和Al₂O₃夹杂物数量，另一方面，RH深脱碳是依靠碳氧反应进行的，要保证RH的深脱碳，必须保证有一定量过剩的游离氧，RH脱碳结束时钢水游离氧过低必然影响RH深脱碳。这也是纠正了传统上RH脱碳结束钢水游离氧[O]越低越好的技术偏见，极大地提高了RH的脱碳效率。

（3）传统RH理论认为，RH脱碳、脱氧过程中真空度越高越好。

本发明在实践中得出RH脱碳结束加铝后，采用低真空度50～80mbar去除不超过20μm夹杂物的效果更好。

原理是RH低真空度处理工艺下RH内钢液循环流量和钢液流速减小，降低了RH处理过程中夹杂物随钢液的跟随性，提高了≤20μm夹杂物的去除效率，有效改善了水口堵塞程度、提高了轧板表面质量。这也是纠正了传统上RH脱碳、脱氧过程中真空度越高越好的技术偏见，极大地提高了钢水洁净度。

1.2、工艺过程：

超低碳钢种由于碳含量超低，脱碳是限制环节，由于碳氧平衡，碳含量0.02%已是常规初炼炉（如转炉、电炉等）脱碳的极限，无法再进一步深脱碳，必须在RH用过剩氧脱碳。

RH处理过程中，真空下的脱碳是通过钢中的溶解氧或外加的氧源来进行的。在RH真空处理中脱氧与脱碳是不可分割互为一体的反应,其差别在于真空中脱氧是依靠碳来进行的，而脱碳则是依靠氧来进行的。

因此对于超低碳钢种的RH工艺，为达到既能深脱碳、碳含量20ppm以下，又能深脱氧、全氧T.O.含量20ppm以下，钢水高洁净高质量的目的，采用下述控制工艺：

为了使转炉钢水中生成Al₂O₃夹杂物数量极小化，在转炉低氧出钢的前提下可以适当提高[C]碳含量一般要求氧含量[O]≤550ppm、碳含量[C]=0.025%～0.055%（wt）；

当用于RH脱氧的氧含量[O]不足时，通过RH吹氧强制脱碳的方法解决，但吹氧量/m³≤钢水重量的40%，例如，钢包300吨钢水量，其吹氧量≤120m³；

RH采用本处理工艺，RH真空度≤2mbar的保持时间为20±5分钟；当烟气中CO含量≤2%（vol）则RH脱碳结束；控制RH脱碳结束时钢水游离氧[O]=300ppm±50ppm；

RH脱碳结束加铝后，采用低真空度50～80mbar直至RH破空，以更好去除≤20μm的细小夹杂物。

2、必须深脱氧的低碳钢种：

低碳钢一般指含碳量在0.02%～0.10%wt%范围内的碳钢，因其强度低、硬度低而软，故又称软钢，其生产的CQ、DQ和部分DDQ级产品用于制作汽车驾驶室、发电机罩、机械零件等工业制品，如SPHC，SPHC-S，MRT-2.5，MRT-4等钢种。

2.1、工艺原理：

原理同上，为了使转炉钢水中生成Al₂O₃夹杂物数量极小化，要求RH进站钢水中游离氧越低越好，要求氧含量[O]≤400ppm。

2.2、工艺过程：

低碳钢由于碳含量高，脱氧是限制环节，需尽可能用过剩碳脱氧而少用铝脱氧。通过碳脱氧，将钢种[O]降至一定水平后，再用铝进行终脱氧，具有减少铝耗，减少夹杂物数量提高质量，降低成本等优点。

因此对于低碳钢种的RH工艺，为达到碳深脱氧，即全氧T.O.含量20ppm以下,钢水高洁净高质量的目的，采用下述控制工艺：

为了使转炉钢水中生成Al₂O₃夹杂物数量极小化，要求RH进站钢水中游离氧越低越好，要求氧含量[O]≤400ppm；碳含量[C]为钢种碳含量范围的上限+(0～0.02%)（wt）；

若由于异常原因，RH进站钢水中游离氧含量[O]≥550ppm；则可以采用碳粉预脱氧的方式提前用碳预脱氧；预脱氧碳粉加入量可按下式（Ⅰ）计算：

M_碳粉=([O]_进站-(0.8×[C]_进站+150ppm))×40/100kg （Ⅰ）

RH采用轻处理工艺，RH真空度50～80mbar的保持时间为10±2分钟；

钢中游离氧[O]≤150pm时，RH结束真空碳脱碳；加铝终脱氧。

3、必须RH深脱氢或深脱氮的微合金与中高强钢种：

必须深脱氢或深脱氮的微合金与中高强钢种一般指碳含量在0.06%～1.0%wt%范围内的碳钢或微合金钢，具有钢质硬、抗拉强度高、重量轻等优质特性，在减轻汽车车身重量、降低油耗、提高汽车结构件强度方面起着重要作用，被广泛应用于汽车结构及工业用钢，产品附加值高，国内外各大知名钢厂均已着手开发并实现工业化生产，如380CL，H180BH，H220BH，CR1300，H220Y等钢种。

3.1、工艺原理：

氢对钢材的危害一是引起“氢脆”导致断裂；二是“白点”使钢材的延伸率显著下降。氮有时效倾向，可使塑性特别是韧性显著降低，可焊性变差，冷脆性加剧。因此很多品种钢，如微合金钢，特种钢等都要求钢水深脱氢或深脱氮处理。

在精炼温度范围内，当RH真空度达到2mbar,可控制钢种[H]≤1.5ppm、[N]≤20ppm。研究表明，RH的脱氢或脱氮反应中氢原子或氮原子向界面扩散是脱气过程中速度最慢的，是真空脱气的限制性环节，必须RH深真空保持一定时间。但由于钢水中氢的扩散速度远大于氮的扩散速度（约6倍），因此，RH脱氢要易于脱氮，影响脱氢和脱氮的动力学条件也有所区别。

3.2、工艺过程：

对于必须深脱氢或深脱氮的微合金与中高强钢种的RH工艺，采用下述控制工艺：

转炉需高温低氧出钢，成分及温度调整要在RH前期真空度到达100～150mbar时开始进行；

② 高温低氧出钢，要求转炉出钢钢水中氧含量[O]≤300ppm、转炉出钢终点温度控制在1670～1690℃；

③ RH本处理，RH真空度≤2mbar的保持时间为18±5分钟；

④ 脱氢要求要有钢中高氧含量，[O]≥100ppm；

⑤ 脱氮要求要有钢中低氧含量和低硫含量：[O]≤200ppm、钢中硫含量[S]≤60ppm；

⑥ 对于需要在RH吹氧升温的炉次，要保证转炉出钢后钢水Als的质量分数控制在0.025%～0.045%；RH吹氧升温前加入一定量的铝粒，以保证RH吹氧后钢水w(Als)≥0.03%，以保证钢水的充分脱氧和Al₂O₃夹杂物的数量和尺寸极小化。

实施例1：本低成本高质量品种钢RH直上连铸工艺采用下述具体工艺。

转炉钢水RH直上连铸超低碳IF钢SPHETi-3：转炉低氧出钢，控制出钢氧含量[O]≤550ppm、碳含量[C]=0.055%。RH钢包300吨钢水量，强制脱碳吹氧量=50m³。RH采用本处理工艺，RH真空度≤2mbar的保持时间为25分钟；当烟气中CO含量≤2%则RH脱碳结束；控制RH脱碳结束时钢水游离氧[O]=350ppm；RH脱碳结束加铝后，采用低真空度80mbar直至RH破空。

本实施例工艺于2022年某月生产SPHETi-3钢种21115吨，全工序夹杂降级率由4.5%降低到1.44%。

实施例2：本低成本高质量品种钢RH直上连铸工艺采用下述具体工艺。

转炉钢水RH直上连铸超低碳IF钢SPHETi-32：转炉低氧出钢，控制出钢氧含量[O]≤400ppm、碳含量[C]=0.045%。钢包300吨钢水量，强制脱碳吹氧升温其吹氧总量=120m³。RH采用本处理工艺，RH真空度≤2mbar的保持时间为20分钟；当烟气中CO含量≤2%则RH脱碳结束；控制RH脱碳结束时钢水游离氧[O]=300ppm；RH脱碳结束加铝后，采用低真空度60mbar直至RH破空。

本实施例工艺于2022年某月生产SPHETi-32钢种18778吨，全工序夹杂降级率由3.77%降低到1.31%。

实施例3：本低成本高质量品种钢RH直上连铸工艺采用下述具体工艺。

转炉钢水RH直上连铸超低碳IF钢TGW800-4：转炉低氧出钢，控制出钢 [O]≤450ppm、碳含量[C]=0.025%。钢包300吨钢水量，强制脱碳吹氧量=20m³。RH采用本处理工艺，RH真空度≤2mbar的保持时间为15分钟；当烟气中CO含量≤2%则RH脱碳结束；控制RH脱碳结束时钢水游离氧[O]=250ppm；RH脱碳结束加铝后，采用低真空度50mbar直至RH破空。

本实施例工艺于2022年某月生产TGW800-4钢种1038吨，全工序夹杂降级率由0.67%降低到0.21%。

实施例4：本低成本高质量品种钢RH直上连铸工艺采用下述具体工艺。

转炉钢水RH直上连铸低碳钢SPHC：RH进站钢水中氧含量[O]≤400ppm，碳含量[C]是该钢种碳含量范围的上限0.06%；对于进站[O]≥550ppm的异常炉次，加入碳粉预脱氧，预脱氧碳粉加入量按上述式（Ⅰ）计算； RH采用轻处理工艺，RH真空度80mbar的保持时间为10分钟。钢中游离氧[O]=150pm时，RH结束真空碳脱碳；加铝终脱氧。

本实施例工艺于2022年某月生产SPHC钢种30484吨，全工序夹杂降级率由1.65%降低到0.22%。

实施例5：本低成本高质量品种钢RH直上连铸工艺采用下述具体工艺。

转炉钢水RH直上连铸低碳钢SPHC-S：RH进站钢水中氧含量[O]≤350ppm；碳含量是该钢种碳含量范围的上限0.04%再+0.02%，因此[C]=0.06%。对于进站[O]≥550ppm的异常炉次，加入碳粉预脱氧，预脱氧碳粉加入量按上述式（Ⅰ）计算；RH采用轻处理工艺，RH真空度60mbar的保持时间为8分钟。钢中游离氧[O]=120pm时，RH结束真空碳脱碳；加铝终脱氧。

本实施例工艺于2022年某月生产SPHC-S钢种17732吨，全工序夹杂降级率由2.18%降低到1.20%。

实施例6：本低成本高质量品种钢RH直上连铸工艺采用下述具体工艺。

转炉钢水RH直上连铸低碳钢MRT-2.5：RH进站钢水中[O]≤300ppm，碳含量是该钢种碳含量范围的上限0.06%再+0.01%，因此[C]=0.07%；对于进站[O]≥550ppm的异常炉次，加入碳粉预脱氧，预脱氧碳粉加入量按上述式（Ⅰ）计算；RH采用轻处理工艺，RH真空度50mbar的保持时间为12分钟。钢中游离氧[O]=100pm时，RH结束真空碳脱碳；加铝终脱氧。

本实施例工艺于2022年某月生产MRT-2.5钢种21939吨，全工序夹杂降级率由1.53%降低到0.33%。

实施例7：本低成本高质量品种钢RH直上连铸工艺采用下述具体工艺。

转炉钢水RH直上连铸必须深脱氮的微合金钢种380CL：转炉需高温低氧出钢，成分及温度调整要在RH前期真空度到达150mbar时开始进行；控制氧含量[O]=150ppm、转炉出钢终点温度控制在1670℃；RH本处理，RH真空度≤2mbar的保持时间为13分钟；脱氮要求要有钢中低氧含量和低硫含量：[O]=150ppm、钢中硫含量[S]≤60ppm；

对于需要在RH吹氧升温的炉次，要保证转炉出钢后钢水Als的质量分数控制在0.025%；RH吹氧升温前加入一定量的铝粒,以保证RH吹氧后钢水w(Als)≥0.03%。

本实施例工艺于2022年某月生产380CL钢种1537吨，全工序夹杂降级率由0.33%降低到0.10%。

实施例8：本低成本高质量品种钢RH直上连铸工艺采用下述具体工艺。

转炉钢水RH直上连铸必须深脱氢的微合金钢种H220BH：转炉需高温低氧出钢，成分及温度调整要在RH前期真空度到达120mbar时开始进行；控制氧含量[O]=250ppm、转炉出钢终点温度控制在1680℃；RH本处理，RH真空度≤2mbar的保持时间为18分钟；脱氢要求要有钢中高氧含量[O]=100ppm；

对于需要在RH吹氧升温的炉次，要保证转炉出钢后钢水Als的质量分数控制在0.035%；RH吹氧升温前加入一定量的铝粒,以保证RH吹氧后钢水w(Als)≥0.03%。

本实施例工艺于2022年某月生产H220BH钢种4194吨，全工序夹杂降级率由0.89%降低到0.37%。

实施例9：本低成本高质量品种钢RH直上连铸工艺采用下述具体工艺。

转炉钢水RH直上连铸必须深脱氢脱氮的微合金高强钢CR1300：转炉需高温低氧出钢，成分及温度调整要在RH前期真空度到达100mbar时开始进行；控制氧含量[O]=300ppm、转炉出钢终点温度控制在1690℃；RH本处理，RH真空度≤2mbar的保持时间为23分钟；脱氢要求要有钢中高氧含量 [O]=200ppm；脱氮要求要有钢中低氧含量和低硫含量：[O]=200ppm、钢中硫含量[S]≤20ppm；

对于需要在RH吹氧升温的炉次，要保证转炉出钢后钢水Als的质量分数控制在0.045%；RH吹氧升温前加入一定量的铝粒,以保证RH吹氧后钢水w(Als)≥0.03%。

本实施例工艺于2022年某月生产CR1300钢种1349吨，全工序夹杂降级率由0.42%降低到0.12%。

Claims

1.一种低成本高质量品种钢RH直上连铸工艺，其特征在于：根据钢种的不同采用下述RH工艺；

M_碳粉=([O]_进站-(0.8×[C]_进站+150ppm))×40/100kg （Ⅰ）

2.根据权利要求1所述的一种低成本高质量品种钢RH直上连铸工艺，其特征在于：所述超低碳钢，RH采用本处理工艺，RH真空度≤2mbar的保持时间为20±5分钟。

3.根据权利要求1所述的一种低成本高质量品种钢RH直上连铸工艺，其特征在于：所述低碳钢，RH采用轻处理工艺，RH真空度50～80mbar的保持时间为10±2分钟。

4.根据权利要求1所述的一种低成本高质量品种钢RH直上连铸工艺，其特征在于：所述必须深脱氢或深脱氮的钢种，对于需要在RH吹氧升温的炉次，要保证转炉出钢后钢水Als的质量分数控制在0.025%～0.045%；RH吹氧升温前加入铝粒以控制RH吹氧后钢水w(Als)≥0.03%。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种低成本高质量品种钢RH直上连铸工艺，其特征在于：所述必须深脱氢或深脱氮的钢种，成分及温度调整要在RH前期真空度到达100～150mbar时开始进行。