CN116121625A - 一种低硫低氧高氮镀锡钢板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明特别涉及一种低硫低氧高氮镀锡钢板及其制备方法，属于钢材制备技术领域，方法包括：将铁水进行转炉冶炼，得到转炉钢水；将所述转炉钢水进行出钢处理，得到出钢钢水；将所述出钢钢水进行精炼，后进行连铸，得到钢板；所述出钢处理过程中加入辅料，所述辅料包括第一铝灰；通过在转炉出钢时加入低品质铝灰替代含氮合金为钢水增氮，低品质铝灰中的金属铝又能替代部分铝粒，出钢结束后向钢包顶渣渣面加入低品质铝灰替代铝渣球，使得顶渣氧化性进一步降低，促进钢水洁净度的提升。该方法实现了低品质铝灰的有效循环利用，同时降低了炼钢生产成本。

Description

一种低硫低氧高氮镀锡钢板及其制备方法
技术领域
本发明属于钢材制备技术领域，特别涉及一种低硫低氧高氮镀锡钢板及其制备方法。
背景技术
随着高氮钢生产工艺的发展，高氮钢的品种和产量不断增加。一些钢种利用氮元素的特殊作用，提高钢材性能，如高品质镀锡板，正是利用氮元素固溶强化作用，提高镀锡板强度和硬度。传统高氮钢生产的主要方式有合金增氮法和气体增氮法。合金增氮法主要是在精炼过程中向钢水中加入高氮合金进行增氮，同时用铝粒进行脱氧，用石灰进行脱硫等，但含氮合金、铝粒价格高，造成成本增加。气体增氮法是将氮气吹入钢液，通过增加气-液接触面积，促使钢水吸氮，达到增氮的目的，但由于氮气在钢水中的扩散、吸收不能被稳定控制，增氮效果不稳定。
发明内容
本申请的目的在于提供一种低硫低氧高氮镀锡钢板及其制备方法，以解决目前气体增氮法增氮效果不佳的问题。
本发明实施例提供了一种低硫低氧高氮镀锡钢板的制备方法，所述方法包括：
将铁水进行转炉冶炼，得到转炉钢水；
将所述转炉钢水进行出钢处理，得到出钢钢水；
将所述出钢钢水进行精炼，后进行连铸，得到钢板；
所述出钢处理过程中加入辅料，所述辅料包括第一铝灰。
可选的，所述第一铝灰中，30％≤AlN的质量含量≤50％，10％≤单质Al质量含量≤20％。
可选的，所述第一铝灰的加入时机为出钢钢液的质量为1/10-1/5时。
可选的，所述第一铝灰的加入量W(第一铝灰)为：W(第一铝灰)＝(N(目标)-N(初始))*钢水重量
/(S(AlN)*(41/14)/AlN的吸收率，其中，N(初始)为钢水初始氮含量、N(目标)为钢水N含量目标范围的中下线值、S(AlN)为第一铝灰中AlN占比。
可选的，所述辅料还包括石灰，所述石灰的加入时机为出钢钢液的质量为1/5-1/3时，所述石灰的加入量为6Kg/t钢-10Kg/t钢。
可选的，所述辅料还包括铝粒，所述铝粒的加入时机为出钢钢液的质量为1/3-1/2时，所述铝粒的加入量W(铝粒)为：W(铝粒)＝(([O]0-[O](AlN)-[O](第一铝灰))*54/48+Al(目标)-Al(初始))*钢水重量/铝粒的合金收得率，其中，[O]0为钢水初始氧含量，[O](AlN)为第一铝灰中AlN反应时消耗的氧量，[O](第一铝灰)为第一铝灰中单质铝的脱氧量，Al(目标)为钢水终点目标Al含量范围的中间值，Al(初始)为钢水初始Al含量。
可选的，所述方法还包括：向出钢结束后的钢包顶渣表面加入第二铝灰，所述第二铝灰的加入量为200Kg-600Kg。
可选的，所述出钢处理中钢包进行底吹氩气，所述底吹氩气的流量为600NL/min-1000NL/min。
可选的，所述钢板的化学成分以质量分数计包括：C：0.05％-0.09％，Si：≤0.05％，Mn：0.3％-0.5％，P：≤0.012％，S：≤0.004％，Al：0.04％-0.08％，N：0.013％-0.025％，T.O：≤0.0025％。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种低硫低氧高氮镀锡钢板，所述钢板采用如上所述的低硫低氧高氮镀锡钢板的制备方法制得。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明实施例提供的低硫低氧高氮镀锡钢板的制备方法，利用铝灰中的AlN对钢水进行增氮，充分利用高AlN含量铝灰的特性，替代增氮合金，实现钢水有效增氮，铝灰中的少量单质铝也起到替代部分铝粒的效果。同时，在出钢前期加入低品质铝灰，使得钢水部分脱氧，降低了氧化性，铝灰中的铝生成的脱氧产物较早，有充足的时间上浮去除，钢水更洁净。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例提供的方法的流程图。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
申请人在发明过程中发现：低品质铝灰作为铝工业的副产品，由于其中含有大量的氮化铝、氧化铝和其他的杂质成分，金属铝含量低，不易被利用，价格较低。若对低品质铝灰加以利用，不仅可以消除铝灰堆积产生的环境污染，还可以实现资源的有效循环利用。铝灰具有高AlN含量，将其加入钢水，实现钢水有效增氮。
根据本发明一种典型的实施方式，提供了一种低硫低氧高氮镀锡钢板的制备方法，所述方法包括：
S1.将铁水进行转炉冶炼，得到转炉钢水；测量转炉终点钢水成分，作为出钢加料操作的钢水初始条件，主要包括初始初始氧[O]0、初始Al(Al(初始))、初始N(N(初始))、初始S(S(初始))等。
S2.将所述转炉钢水进行出钢处理，得到出钢钢水；所述出钢处理过程中加入辅料，所述辅料包括第一铝灰；
低品质铝灰中的AlN与钢水中的溶解氧发生如下反应:2AlN+3[O]＝Al2O3+2[N]，产生的[N]弥散在钢水中，使得钢水增氮，增氮量记为N(铝灰-钢)，耗氧量记为[O](AlN)。
在一些实施例中，第一铝灰中，30％≤AlN的质量含量≤50％，10％≤单质Al质量含量≤20％。
在一些实施例中，第一铝灰的加入时机为出钢钢液的质量为1/10-1/5时；第一铝灰的加入量W(第一铝灰)根据钢水N(初始)、目标N含量范围的中间值(N(目标))、铝灰中AlN占比(S(AlN))等进行确定，具体表示为：W(第一铝灰)＝(N(目标)-N(初始))*钢水重量/(S(AlN)*(41/14)/AlN的吸收率，其中，N(初始)为钢水初始氮含量、N(目标)为钢水N含量目标范围的中下线值、S(AlN)为第一铝灰中AlN占比。
其中，第一铝灰中AlN的耗氧量[O](AlN)计算式如下：[O](AlN)＝W(铝灰)*S(AlN)*60％*48/82/钢水重量*100％。
第一铝灰中的单质铝与钢水中的溶解氧发生反应，使得钢水脱除一部分氧，钢水脱氧量记为[O](铝灰)，本实施例中，第一铝灰中单质铝的吸收量为75％。
本实施例中，第一铝灰的AlN的吸收率为60％。
控制第一铝灰的加入时机为出钢钢液的质量为1/10-1/5时；在该时段内加入第一铝灰，有利于铝灰充分溶解，与钢水反应充分。
在一些实施例中，辅料还包括石灰，所述石灰的加入时机为出钢钢液的质量为1/5-1/3时，所述石灰的加入量为6Kg/t钢-10Kg/t钢。
控制石灰的加入时机为出钢钢液的质量为1/5-1/3时；在出钢初期已加入低品质铝灰，使得钢水部分脱氧，降低了氧化性，此时再加入石灰脱硫，效果更好。
在一些实施例中，辅料还包括铝粒，所述铝粒的加入时机为出钢钢液的质量为1/3-1/2时，根据钢水目标Al含量范围的中值Al(目标)，以及前期加入的低品质铝灰中单质铝的脱氧量([O](铝灰))，AlN的耗氧量[O](AlN)，钢水初始氧含量[O]0，所述铝粒的加入量W(铝粒)可表示为：W(铝粒)＝(([O]0-[O](AlN)-[O](第一铝灰))*54/48+Al(目标)-Al(初始))*钢水重量/铝粒的合金收得率，其中，[O]0为钢水初始氧含量，[O](AlN)为第一铝灰中AlN反应时消耗的氧量，[O](第一铝灰)为第一铝灰中单质铝的脱氧量，Al(目标)为钢水终点目标Al含量范围的中间值，Al(初始)为钢水初始Al含量。
本实施例中，铝粒的合金收得率为78％。
控制铝粒的加入时机为出钢钢液的质量为1/3-1/2时；至少在出钢钢液质量一半前加入铝粒，有足够时间使得铝与钢液充分反应，对钢水终脱氧并铝合金化。
本实施例中，出钢处理过程中，全程对钢包进行底吹氩气操作，增加钢液循环搅拌，促进反应及成分均匀性，底吹氩气的流量为600NL/min-1000NL/min。
在一些实施例中，方法还包括：向出钢结束后的钢包顶渣表面加入第二铝灰，所述第二铝灰的加入量为200Kg-600Kg。
出钢结束后，在钢包顶渣加入低品质铝灰，完全替代铝渣球，AlN和金属Al降低了炉渣氧化性，可进一步提高钢水洁净度。
第二铝灰的AlN和单质Al与渣中的FeO和MnO发生反应，降低渣的氧化性，促进钢液洁净度提升。同时，AlN与FeO、MnO反应生成N2，通过扩散，继续使钢液增氮，增氮量记为N(铝灰-渣)。第二铝灰中AlN在渣中的吸收率为60％。钢液对第二铝灰中AlN产生的氮气的吸收率为30％。
S3.将所述出钢钢水进行精炼，后进行连铸，得到钢板；
在一些实施例中，钢板的化学成分以质量分数计包括：C：0.05％-0.09％，Si：≤0.05％，Mn：0.3％-0.5％，P：≤0.012％，S：≤0.004％，Al：0.04％-0.08％，N：0.013％-0.025％，T.O：≤0.0025％。
根据本发明另一种典型的实施方式，提供了一种低硫低氧高氮镀锡钢板，所述钢板采用如上所述的低硫低氧高氮镀锡钢板的制备方法制得。
下面将结合实施例、对照例及实验数据对本申请的低硫低氧高氮镀锡钢板及其制备方法进行详细说明。
实施例1
一种低硫低氧高氮镀锡板，具体操作步骤如下：
(1)测量转炉终点钢水成分，其中主要成分如下，初始[O]：0.050％，[N]:0.0013％、[S]:0.0060％，不含铝，钢水重量为300t；
(2)该钢种转炉炉后钢水主要成分目标值如下，N:0.015～0.020％(取中下线值0.016％作为N(目标))，Al：0.045～0.06％(取中间值0.0525％作为Al(目标))，S≤0.0040％，T.[O]≤0.0025％；
(3)出钢过程钢包全程底吹氩气，氩气流量700NL/min；
(4)出钢1/10时，向钢水中一次性加入低品质铝灰，该铝灰主要成分为35％的AlN，15％的单质铝，则铝灰加入量W(铝灰)计算式如下：
W(铝灰)＝(0.016％-0.0013％)*300*103/35％*(41/14)/60％＝615kg；
(5)低品质铝灰中的AlN的耗氧量[O](AlN)的计算式如下：
[O](AlN)＝W(铝灰)*S(AlN)*60％*48/82/钢水量＝615*35％*60％*48/82/(300*103)*100％＝0.025％
(6)低品质铝灰中的单质Al对钢水的脱氧量[O](铝灰)的计算式如下：
[O](铝灰)＝(W(铝灰)*15％*75％)*(48/54)/(300*103)*100％＝0.021％；
(7)出钢1/4时，向钢水中加入石灰脱硫，加入量8kg/t钢；
(8)出钢1/3时，向钢水中加入铝粒，进行钢水终脱氧及铝合金化，铝粒加入量计算式如下：
W(铝粒)＝((0.050％-0.025％-0.021％)*54/48+0.0525％)*300*103/78％＝219kg；
(9)出钢结束后，向钢包顶渣加入低品质铝灰，加入量为350kg，其中AlN产生的氮气对钢水的增氮量N(铝灰-渣)计算式如下：
N(铝灰-渣)＝350*35％*60％*(14/41)*30％/(300*103)＝0.0025％。
根据以上理论计算，通过向钢水和顶渣加入低品质铝灰，钢水的终点N含量为：
N(终点)＝N(目标)+N(铝灰-渣)＝0.016％+0.0025％＝0.0185％。
实施例2
一种低硫低氧高氮镀锡板，具体操作步骤如下：
(1)测量转炉终点钢水成分，其中主要成分如下，初始[O]:0.055％，N:0.0015％、S:0.0065％，不含铝，钢水重量为300t；
(2)该钢种转炉炉后钢水主要成分目标值如下，N:0.018～0.025％(取中下线值0.021％作为N(目标))，Al：0.06～0.08％(取中间值0.07％作为Al(目标))，S≤0.0035％，T.[O]≤0.0025％；
(3)出钢过程钢包全程底吹氩气，氩气流量700NL/min；
(4)出钢1/5时，向钢水中一次性加入低品质铝灰，该铝灰主要成分为38％的AlN、13％的单质铝，则铝灰加入量W(铝灰)计算式如下：
W(铝灰)＝(0.021％-0.0015％)*300*103/38％*(41/14)/60％＝751kg；
(5)低品质铝灰中的AlN的耗氧量[O](AlN)的计算式如下：
[O](AlN)＝751*38％*60％*48/82/(300*103)*100％＝0.033％
(5)低品质铝灰中的单质Al对钢水的脱氧量[O](铝灰)的计算式如下：
[O](铝灰)＝(W(铝灰)*13％*75％)*(48/54)/(300*103)*100％＝0.022％；
(6)出钢1/4时，向钢水中加入石灰脱硫，加入量8.5kg/t钢；
(7)出钢1/2时，向钢水中加入铝粒，进行钢水终脱氧及铝合金化，铝粒加入量计算式如下：
W(铝粒)＝((0.055％-0.033％-0.022％)*54/48+0.07％)*300*103/78％＝269kg；
(8)出钢结束后，向钢包顶渣加入低品质铝灰，加入量为380kg，其中AlN产生的氮气对钢水的增氮量N(铝灰-渣)计算式如下：
N(铝灰-渣)＝380*38％*60％*(14/41)*30％/(300*103)＝0.0029％。
根据以上理论计算，通过向钢水和顶渣加入低品质铝灰，钢水的终点N含量为：
N(终点)＝N(目标)+N(铝灰-渣)＝0.021％+0.0029％＝0.0239％。
实施例3
一种低硫低氧高氮镀锡板，具体操作步骤如下：
(1)测量转炉终点钢水成分，其中主要成分如下，初始[O]:0.040％，N:0.0020％、S:0.0080％，不含铝，钢水重量为300t；
(2)该钢种转炉炉后钢水主要成分目标值如下，N:0.013～0.016％(取中下线值0.014％作为N(目标))，Al：0.04～0.06％(取中间值0.05％作为Al(目标))，S≤0.0035％，T.[O]≤0.0025％；
(3)出钢过程钢包全程底吹氩气，氩气流量700NL/min；
(4)出钢1/5时，向钢水中一次性加入低品质铝灰，该铝灰主要成分为45％的AlN、15％的单质铝，则铝灰加入量W(铝灰)计算式如下：
W(铝灰)＝(0.014％-0.0020％)*300*103/45％*(41/14)/60％＝390kg；
(5)低品质铝灰中的AlN的耗氧量[O](AlN)的计算式如下：
[O](AlN)＝390*45％*60％*48/82/(300*103)*100％＝0.021％
(5)低品质铝灰中的单质Al对钢水的脱氧量[O](铝灰)的计算式如下：
[O](铝灰)＝(W(铝灰)*13％*75％)*(48/54)/(300*103)*100％＝0.011％；
(6)出钢1/4时，向钢水中加入石灰脱硫，加入量8.5kg/t钢；
(7)出钢1/2时，向钢水中加入铝粒，进行钢水终脱氧及铝合金化，铝粒加入量计算式如下：
W(铝粒)＝((0.040％-0.021％-0.011％)*54/48+0.05％)*300*103/78％＝227kg；
(8)出钢结束后，向钢包顶渣加入低品质铝灰，加入量为200kg，其中AlN产生的氮气对钢水的增氮量N(铝灰-渣)计算式如下：
N(铝灰-渣)＝200*45％*60％*(14/41)*30％/(300*103)＝0.0018％。
根据以上理论计算，通过向钢水和顶渣加入低品质铝灰，钢水的终点N含量为：
N(终点)＝N(目标)+N(铝灰-渣)＝0.014％+0.0018％＝0.0158％。
对比例1-2
对比例1和对比例2中均为利用氮气生产高氮钢实例，采用铝粒终脱氧和合金化。钢水初始条件和终点成分要求与本申请中实施例相差不多。
实施例1-3和对比例1-2的铝灰、铝粒消耗量和钢板的主要成分如下表所示：
Figure BDA0004094454960000071
由上表可得，采用本申请实施例提供的方法对低硫低氧高氮镀锡板完全符合目标要求。由对比例可知，现有高氮钢生产工艺通常采用RH过程喷吹氮气进行增氮，也可以达到较好的增氮效果，但是受钢水初始氮含量、真空室压力等影响较大，需要合理控制。钢水最终脱氧和铝合金化完全靠加入铝粒、铝块等铝合金实现，因此铝合金消耗较大，成本较高。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少还具有如下技术效果或优点：
(1)本发明实施例提供的方法提供了对低品质铝灰加以利用的途径，不仅可以消除铝灰堆积产生的环境污染，还可以实现资源的有效循环利用；
(2)本发明实施例提供的方法充分利用高AlN含量低品质铝灰的特性，实现钢水有效增氮，并显著降低生产成本；
(3)本发明实施例提供的方法利用低品质铝灰中的AlN对钢水进行增氮，替代增氮合金，铝灰中的少量单质铝也起到替代部分铝粒的效果，同时，低品质铝灰相对于铝粒和含氮合金来说，价格低廉；
(4)本发明实施例提供的方法在出钢前期加入低品质铝灰，使得钢水部分脱氧，降低了氧化性，在随后加入石灰脱硫时，效果更好；铝灰中的铝生成的脱氧产物较早，有充足的时间上浮去除，钢水更洁净；
(5)本发明实施例提供的方法在出钢结束后，在钢包顶渣加入低品质铝灰，完全替代铝渣球，AlN和金属Al降低了炉渣氧化性，可进一步提高钢水洁净度。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种低硫低氧高氮镀锡钢板的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
将铁水进行转炉冶炼，得到转炉钢水；
将所述转炉钢水进行出钢处理，得到出钢钢水；
将所述出钢钢水进行精炼，后进行连铸，得到钢板；
所述出钢处理过程中加入辅料，所述辅料包括第一铝灰。
2.根据权利要求1所述的低硫低氧高氮镀锡钢板的制备方法，其特征在于，所述第一铝灰中，30％≤AlN的质量含量≤50％，10％≤单质Al质量含量≤20％。
3.根据权利要求1所述的低硫低氧高氮镀锡钢板的制备方法，其特征在于，所述第一铝灰的加入时机为出钢钢液的质量为1/10-1/5时。
4.根据权利要求1所述的低硫低氧高氮镀锡钢板的制备方法，其特征在于，所述第一铝灰的加入量W(第一铝灰)为：W(第一铝灰)＝(N(目标)-N(初始))*钢水重量/(S(AlN)*(41/14)/AlN的吸收率，其中，N(初始)为钢水初始氮含量、N(目标)为钢水N含量目标范围的中下线值、S(AlN)为第一铝灰中AlN占比。
5.根据权利要求1所述的低硫低氧高氮镀锡钢板的制备方法，其特征在于，所述辅料还包括石灰，所述石灰的加入时机为出钢钢液的质量为1/5-1/3时，所述石灰的加入量为6Kg/t钢-10Kg/t钢。
6.根据权利要求1所述的低硫低氧高氮镀锡钢板的制备方法，其特征在于，所述辅料还包括铝粒，所述铝粒的加入时机为出钢钢液的质量为1/3-1/2时，所述铝粒的加入量W(铝粒)为：W(铝粒)＝(([O]0-[O](AlN)-[O](第一铝灰))*54/48+Al(目标)-Al(初始))*钢水重量/铝粒的合金收得率，其中，[O]0为钢水初始氧含量，[O](AlN)为第一铝灰中AlN反应时消耗的氧量，[O](第一铝灰)为第一铝灰中单质铝的脱氧量，Al(目标)为钢水终点目标Al含量范围的中间值，Al(初始)为钢水初始Al含量。
7.根据权利要求1所述的低硫低氧高氮镀锡钢板的制备方法，其特征在于，所述方法还包括：向出钢结束后的钢包顶渣表面加入第二铝灰，所述第二铝灰的加入量为200Kg-600Kg。
8.根据权利要求1所述的低硫低氧高氮镀锡钢板的制备方法，其特征在于，所述出钢处理中钢包进行底吹氩气，所述底吹氩气的流量为600NL/min-1000NL/min。
9.根据权利要求1所述的低硫低氧高氮镀锡钢板的制备方法，其特征在于，所述钢板的化学成分以质量分数计包括：C：0.05％-0.09％，Si：≤0.05％，Mn：0.3％-0.5％，P：≤0.012％，S：≤0.004％，Al：0.04％-0.08％，N：0.013％-0.025％，T.O：≤0.0025％。
10.一种低硫低氧高氮镀锡钢板，其特征在于，所述钢板采用权利要求1至9中任意一项所述的低硫低氧高氮镀锡钢板的制备方法制得。
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