CN116240338A - Lf炉炼钢方法和钢材制造方法 - Google Patents

Lf炉炼钢方法和钢材制造方法 Download PDF

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刘志龙
曾令宇
张建平
徐友顺
陈红帅
马欢
江育明
陈兵
谭聪
林伟忠
范林君
陈韶崇
刘金源
黄含哲
肖振华
肖亚强
佟迎
陈色
王超
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Abstract

本发明涉及炼钢技术领域，公开了一种LF炉炼钢方法和钢材制造方法。一种LF炉炼钢方法，包括：钢包达到LF炉，加渣完成后开始送电，待电极平稳后，向钢水内投加氧化铁皮使氧化铁投加完毕后钢水表面氧含量瞬时值增加30～50ppm使渣发泡，进而增加渣厚度。钢材制造方法，包括上述LF炉炼钢方法。本申请实施例提供的LF炉炼钢方法，通过投加氧化铁增加渣厚，实现好的埋弧效果，起到省电且保证钢材质量的效果。

Description

LF炉炼钢方法和钢材制造方法
技术领域
本发明涉及炼钢技术领域，具体而言，涉及LF炉炼钢方法和钢材制造方法。
背景技术
LF炉即钢包精炼炉，是钢铁生产中主要的炉外精炼设备。LF炉一般指钢铁行业中的精炼炉。实际就是电弧炉的一种特殊形式。在炼钢厂的LF炉工艺中，一般是转炉出钢加石灰、铝矾土，带LF炉后加石灰，精炼过程可根据埋弧好坏，适当增加石灰和萤石。
在LF炉炼钢过程中存在以下问题：以LF炉炼120吨钢为例，1吨渣料在不发泡的情况下，约9厘米的厚度，总是会出现埋弧不好的现象，一般渣量要1.6吨，渣厚14厘米才能较好的保证埋弧效果。如果为了提高埋弧效果，多加渣料，会增加渣料成本；而若渣料加入量较少，则会出现渣料厚度小，导致埋弧不好，从而造成升温速度变慢，进而导致电耗消耗高的问题。
增加渣厚度的方法还可加含发泡剂的东西，例如电石(碳化钙)、碳化硅以及铝钙碳等，但这些物料都要外购，成本较高。
鉴于此，特提出本申请。
发明内容
本发明的目的在于提供LF炉炼钢方法和钢材制造方法，旨在改善背景技术提到的至少一种问题。
本发明是这样实现的：
第一方面，本申请实施例提供一种LF炉炼钢方法，包括：
钢包达到LF炉，加渣完成后开始送电，待电极平稳后，向钢水内投加氧化铁皮使氧化铁投加完毕后钢水表面氧含量瞬时值增加30～50ppm使渣发泡，进而增加渣厚度。
在可选的实施方式中，炼制的钢种为螺纹钢时，氧化铁皮的投加量为每120吨钢水投加30～50kg。
在可选的实施方式中，LF炉炼钢过程中全程进行2次送电，第一次送电为加渣完成后开始送电，直至化渣后进行第一次取样并进行第二次送电直至出站。
在可选的实施方式中，LF炉炼钢过程中全程进行3次送电，第一次送电为加渣完成后开始送电，直至化渣后进行第一次取样并进行第二次送电，直至第二次取样后进行第三次送电直至出站。
在可选的实施方式中，一次取样完成后根据一次取样结果调节钢水化学成分，在调节钢水化学成分之前，氩气流量为15～35m3/h；调节钢水化学成分时控制氩气流量为60～100m3/h。
在可选的实施方式中，钢水化学成分调节完成后升高温度至超过出站温度10～15℃，然后进行脱氧。
在可选的实施方式中，脱氧的方式为按照每120吨钢水中投加20～30kg硅铁粉，脱氧过程氩气流量为60～100m3/h。
在可选的实施方式中，脱氧完成后就进行二次取样，二次取样结果表明钢水化学成分与目标值匹配则不再调节钢水化学成分，若二次取样结果表明钢水化学成分与目标值存在偏差则再次调节钢水化学成分。
在可选的实施方式中，进行第三次送电，使钢水升温至出站温度所需时间大于300秒时；在第三次送电过程中向钢水中加入石灰和萤石，石灰的加入量为每120吨钢水投加80～100kg，萤石的加入量为每120吨钢水投加30～40kg。
第二方面，本发明提供一种钢材制造方法，包括如前述实施方式任一项的LF炉炼钢方法。
本发明具有以下有益效果：
本申请提供的LF炉炼钢方法，送电开始后向钢包内投加氧化铁，使钢水中氧含量增加30～50ppm，一方面起到让渣发泡，增加渣厚度，提高埋弧效果，提高升温速率，从而达到省电的效果。另一方面，由于投入钢水中的渣料传热性较差，电极导通温度到钢水需要一定的时间，而投入氧化铁后，提高了传热速度，以达到省电的效果。因此，在LF炉炼钢过程中可通过向钢水中投加氧化铁来起到省电的效果。
故本申请提供的LF炉炼钢方法，能做到在加少量渣的前提下，通过投加氧化铁增加渣厚，实现好的埋弧效果，起到省电且保证钢材质量的效果。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本申请实施例提供的LF炉炼钢方法及钢材制造方法进行具体说明。
本申请实施例提供的LF炉炼钢方法，包括：
钢包达到LF炉，加渣完成后开始送电，待电极平稳后，向钢水内投加氧化铁皮使氧化铁投加完毕后钢水表面氧含量瞬时值增加30～50ppm使渣发泡，进而增加渣厚度。
本申请实施例提供的LF炉炼钢方法，送电开始后向钢包内投加氧化铁皮，使钢水中氧含量增加30～50ppm，一方面起到让渣发泡，增加渣厚度，提高埋弧效果，提高升温速率，从而达到省电的效果；另一方面，由于投入钢水中的渣料传热性较差，电极导通温度到钢水需要一定的时间，而投入氧化铁后，提高了传热速度，以达到省电的效果。因此，在LF炉炼钢过程中可通过向钢水中投加氧化铁来起到省电的效果。
对于钢厂而言，最不缺的就是氧化铁皮，不管是炼钢、精炼、连铸、水处理、渣池……随处可见。所以，若钢厂内部若要使用氧化铁皮，只需将随处可见的氧化铁皮收集起来，分袋包装，保证使用时的干燥既可。
氧化铁皮用于一些对钢水氧控要求较低的钢种，或者需要有一定氧含量的钢种，例如螺蚊钢、Q195LB拉丝钢、1215MS易切钢等等。以螺蚊钢为例，工艺对造渣埋弧的要求不高，只要能埋的到弧就行，所以设计的渣量较少，转炉渣洗+LF精炼炉＝1吨，经常出现埋弧不好，升温慢，电耗高，电极损耗大的现象。而氧化铁皮含有氧，可使炉渣发泡，从而增加炉渣厚度，提高埋弧效果，可应用于例如螺纹钢这类对氧控要求较低的钢种。
故本申请实施例提供的LF炉炼钢方法，能做到在加少量渣的前提下，通过投加氧化铁皮增加渣厚，实现好的埋弧效果，起到省电且保证钢材质量的效果。而使用的氧化铁皮不需要对外采购，钢厂内部随处可见，其成本几乎可以忽略，因此本申请提供的LF炉炼钢方法还具有成本低的优点。
具体地，本申请实施例提供的LF炉炼钢方法，送电次数可以是1次、2次或3次。一般来讲送电次数越少理论上越省电，但是目前受设备限制很难做到送电一次就能达到LF炉出站钢水温度达到目标值，因此，目前通常采取2次或3次送电。
两次送电具体方案以螺纹钢为例是：
转炉出钢后加石灰和铝矾土，钢包到LF炉后再投加一次石灰至总渣量目标值然后进行第一次送电，送电瓦数根据不同的钢种以及炼制量进行调节，以韶钢炼钢厂为例，一般在4-11档之间进行调节；
在第一次送电过程中，向LF炉内通入的氩气流量为15～35m3/h(5-15m3/h为软吹氩气、15-35为弱吹氩吹、35-45m3/h为正常炼钢氩气、45-60m3/h为强吹氩气、60-100m3为高压搅拌氩气)，在本申请中，采用软吹氩气或弱吹氩气以减少渣的流动性，减少弧光散到渣外。氩气流量具体可以是15m3/h、20m3/h、25m3/h、30m3/h或35m3/h。
待电极平稳后向钢水中投加氧化铁皮每120吨钢水投加30～50kg(例如30kg、40kg或50kg)，投加完毕后以使钢水上层氧含量瞬时值增加约30～50ppm。一般螺蚊钢转炉不加铝脱氧剂，全靠合金脱氧，到LF炉精炼会有10～30ppm氧，在精炼过程中，氧也保持有15～25ppm，手投氧化铁皮，氧化铁皮中含有氧，一包10kg的氧化铁皮能增氧10ppm，手投30～50kg，则能增氧30～50ppm。由于氧化铁皮的加入，使钢水中氧含量增多，渣发泡，层厚度增大，提高了埋弧效果，提高了升温速率从而达到了省电的效果。
本申请通过氩气控制，可以减少上层钢水的氧往下面钢水传递。氧含量的增加值是发明人在实践过程中，手投氧化铁皮后，用定氧仪表测的一个瞬时氧值，经验值是每手投10公斤氧化铁，能增加10ppm氧。一般，手投氧化铁皮，能听到炉渣发泡的声音即可，发泡时会发出咕噜咕噜的声音，没发泡是滋滋滋的电流声音。
需要说明的是，在本申请中，氧化铁皮的加入量主要是针对螺纹钢，当本申请提供的方法应用于炼制其他钢种时，根据具体的钢种成分氧化铁皮的加入量不同。
随着第一次送电持续，钢水温度升高，加入钢水中的石灰等物质熔化，石灰等物质熔化完成即化渣完成，化渣后进行第一次取样。
在第一次取样的样品成分出来后，需要配合金及脱氧，这样会使渣中氧含量下降，渣就不会再发泡，后面升温时，埋弧效果就比较差，因此根据生产节奏，第一次送电升温的时间尽可能长，以减少后期升温时间。
第一次取样完成后进行第二次送电，待一次取样结果出来后，根据一次取样结果调节钢水化学成分，在调节钢水化学成分之前，氩气流量为15～35m3/h(例如15m3/h、20m3/h、25m3/h、30m3/h或35m3/h)；调节钢水化学成分时控制氩气流量为60～100m3/h(例如60m3/h、70m3/h、80m3/h、90m3/h或100m3/h)。
需要说明的是，调节钢水化学成分之前选择弱吹氩气15～35m3/h，是根据钢包底吹大小而定的，对于底吹透气好的钢包，则可选择15～20m3/h的氩气流量；对于底吹透气差的钢包，则可选择30～35m3/h的氩气流量。选用氩气大小的原则是择中在钢水向下传热速度与氧化渣氧化钢水速度之间的一个合理值，在控制到弱吹状态时，炉渣与钢水之间的反应界面较小，而热量通过渣中氧化铁传递，即达到钢水升温又减少钢水元素氧化的目的。为了省电，氩气控制以弱软为主，保持渣的发泡性；而后期为了实现渣面更好脱氧，就需要大一些的渣气(氩气60～100m3/h)，促进硅铁粉与渣面反应。
钢水化学成分调节完成后升高温度至超过出站温度10～15℃(例如10℃、12℃或15℃)，然后进行脱氧。脱氧的方式为按照每120吨钢水中投加20～30kg(例如20kg、25kg或30kg)硅铁粉，脱氧过程氩气流量为60～100m3/h(例如60m3/h、70m3/h、80m3/h、90m3/h或100m3/h)。
添加适量的硅铁粉对炉渣进行还原，可避免渣中氧高，继续氧化钢水中的元素，导致出站钢水成分不稳定，影响钢水质量。如果不加硅铁粉，渣中的氧化锰、氧化铁会比较高，带有氧性的渣，还是会氧化钢水的元素的，只是速度较慢而已，如果在连铸结晶器内发生氧化反应，会导致液面波动，该对应的铸坯是不能正常出厂的。配完合金后，只有少量的元素被氧化到渣中，而将这些元素还原的硅铁粉量是一定的，硅铁粉加入过多，超出了所需量只会造成原料浪费成本增高。
前期为了提高升温效率，采用氧化法升温，后期用硅铁粉及合金对钢水还原，降低渣中氧化物，保证钢水质量，需要大氩气搅拌，使钢-渣充分反应。
脱氧完成后就进行二次取样，二次取样结果表明钢水化学成分与目标值匹配则不再调节钢水化学成分，若二次取样结果表明钢水化学成分与目标值存在偏差则再次调节钢水化学成分。
若不需再次调节化学成分脱氧后的钢水温度正好满足出站温度则无需三次送电；若需要再次调节化学成分，则调节完化学成分后钢水温度正好满足出站温度则无需三次送电。
三次送电的具体方案以螺纹钢是：
三次送电的方案与二次送电的方案基本相同，不同之处仅在于：
若不需再次调节化学成分脱氧后的钢水温度低于出站温度则需进行第三次送电，直到温度升高至出站温度；若需要再次调节化学成分，则调节完化学成分后钢水温度低于出站温度则需要进行第三次送电，直到温度升高至出站温度。
若进行第三次送电至钢水达到出站温度所需时间大于300秒；则在第三次送电过程中向钢水中加入石灰和萤石，石灰的加入量为每120吨钢水投加80～100kg，萤石的加入量为每120吨钢水投加30～40kg。若至钢水达到出站温度所需时间小于300秒，则不需要投加石灰和萤石。原因在于：以韶钢炼钢厂-生产120吨螺纹钢为例，搅拌后，渣中不发泡，厚度和未加氧化铁皮时一样，只有9厘米左右，也是会出现埋弧不好的现象，用4档送电，一分钟只能升温5℃，和第一次取样前每分钟升6℃对比，300秒的时间，少了5℃，这就意味着要多送电一分钟，而一分钟电耗是180度，以每度电0.68元计算，成本为122元，而100公斤石灰40元，40公斤萤石72元，电耗和渣料总价相差不多。所以，后期升温在300秒以内，则可以不加渣料。
本申请实施例还提供了一种钢材的制造方法，该方法包括本申请实施例提供的LF炉炼钢方法。因此，该钢材的制造方法能耗低，经济效益好。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供一种LF炉炼钢方法，以三次送电操作，在韶钢炼钢厂实施，LF炉炼制120吨螺纹钢，LF炉出站温度为1560℃±5℃，具体为：
转炉出钢后加300kg石灰和500kg铝矾土，钢包到LF炉后再投加200kg石灰至总渣量为1000kg，钢水到站温度1525℃，然后进行第一次送电，第一次送电调节为4档，对应有功功率为12500KW；
待电极平稳后向钢水中投加氧化铁皮40kg。
随着第一次送电持续350秒，钢水温度升高，化好渣后，进行第一次取样。测温1550℃。
第一次取样完成后进行第二次送电，第二次送电调节为4档，对应有功功率为12500KW。第一次取样结果出来显示碳、硅、锰等其它元素都很接近成分的目标范围，根据经验操作人员可一次将钢水成分调配至目标值，因此在本实施例中，第一次取样结果出来后操作人员将钢水成分一次调配至目标值。然后升温250秒，钢水温度升至1575℃，然后向钢水中投加20kg硅铁粉进行脱氧。
在进行调配钢水化学成分之前控制氩气流量为30m3/h，开始调节钢水化学成分后调节氩气流量为100m3/h。调节化学成分过程中以氩气流量为100m3/h搅拌3分钟均匀，配完后，氩气调小到10m3/h再测温，温度1558℃。
调配完成后进行第三次送电，第三次送电调节为4档，对应有功功率为12500KW，在70秒温度升高至1565℃，然后钢包出站。
本实施例提供的方法相较于未投加氧化铁皮的方法，采用4档送电，每秒用电3度电，总送电时间为350+250＝600秒，钢水升温60℃，电耗为600*3＝1800度电，每分钟升温6℃，未加氧化铁皮按每分钟升温5.5℃计算，耗电为60*60/5.5＝654.5秒，耗电为654.5*3＝1963.6度电，对比节省电1963.6-1800＝163.6度电。以工业用电1度电/元计，降本163.6元。
注明：因为最后70秒是进行了还原操作，渣层厚度与未加氧化铁皮的一样了，所以，电耗是一样的。
实施例2
本实施例相较于实施例1操作方法基本相同，只改变过程氩气控制，第一次取样后根据取样结果调节钢水化学成分之前，氩气流量控制为20m3/h。
本实施例由于氩气流量控制为20m3/h，钢与渣传递速度相对于30m3/h，会比较慢，电极放出的热量会因为向下传递不及时，而被上方的除尘抽走。
实施例3
本实施例相较于实施例1操作方法基本相同，只改变过程氩气控制，第一次取样后根据取样结果调节钢水化学成分之前，氩气流量控制为45m3/h。
本实施例由于氩气流量控制为45m3/h，氩气流量过大，一方面手投的氧化铁皮与钢水反应加快，氧化钢水中硅元素，导致后金配成分时，增加硅铁合金的消耗；另一方面，氧化铁与钢水反应了，则渣中氧化铁量就减少了，从而导致发泡减弱，进而导致渣的厚度降低。
对比例1
本对比例与实施例1操作方法基本相同，只改变手投氧化铁皮重量，本实施例中手投20公斤氧化铁皮，对应钢水表面氧含量瞬时值增量约为20ppm。
原本9厘米的炉渣，发泡程度较少，发泡后只有9.5-11厘米，埋弧效果较差，采用4档的升温效率，每分钟升温约5.6℃，对比节省节耗为60*60*3/5.6-1800＝128.5度电，降本128.5元。
对比例2
本对比例与实施例1操作方法基本相同，只改变手投氧化铁皮重量，本实施例中手投70公斤氧化铁皮，对应钢水表面氧含量瞬时值增量约为70ppm。
炉渣发泡会较好，渣厚度能达到15厘米。对于降低电耗是有利的，但如果继续增加用量，对降低电耗就没有明显效果，因为采用4档的升温效率，最大不会超过6.5℃的，所以以渣厚15厘米计，每分钟升温约6.3℃，对比节约电耗为60*60*3/6.3-1800＝-85.7度电，较实施例2多降本85.7元，但是由于氧量增多，后期手投硅铁粉的量需增加30kg，硅铁粉价格5000元/吨，则30公斤为150元，所以，氧化铁皮投加量增加，虽然可以降低电耗，但后期脱氧成本提高，综合成本无法达到最低。
综上，本申请提供的LF炉炼钢方法，送电开始后向钢包内投加氧化铁，使钢水中氧含量增加30～50ppm，一方面起到让渣发泡，增加渣厚度，提高埋弧效果，提高升温速率，从而达到省电的效果。另一方面，由于投入钢水中的渣料传热性较差，电极导通温度到钢水需要一定的时间，而投入氧化铁后，提高了传热速度，以达到省电的效果。因此，在LF炉炼钢过程中可通过向钢水中投加氧化铁来起到省电的效果。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种LF炉炼钢方法，其特征在于，包括：
钢包达到LF炉，加渣完成后开始送电，待电极平稳后，向钢水内投加氧化铁皮使氧化铁投加完毕后钢水表面氧含量瞬时值增加30～50ppm使渣发泡，进而增加渣厚度。
2.根据权利要求1所述的LF炉炼钢方法，其特征在于，炼制的钢种为螺纹钢时，所述氧化铁皮的投加量为每120吨钢水投加30～50kg。
3.根据权利要求2所述的LF炉炼钢方法，其特征在于，LF炉炼钢过程中全程进行2次送电，第一次送电为加渣完成后开始送电，直至化渣后进行第一次取样并进行第二次送电直至出站。
4.根据权利要求2所述的LF炉炼钢方法，其特征在于，LF炉炼钢过程中全程进行3次送电，第一次送电为加渣完成后开始送电，直至化渣后进行第一次取样并进行第二次送电，直至第二次取样后进行第三次送电直至出站。
5.根据权利要求3或4所述的LF炉炼钢方法，其特征在于，一次取样完成后根据一次取样结果调节钢水化学成分，在调节钢水化学成分之前，氩气流量为15～35m3/h；调节钢水化学成分时控制氩气流量为60～100m3/h。
6.根据权利要求5所述的LF炉炼钢方法，其特征在于，钢水化学成分调节完成后升高温度至超过出站温度10～15℃，然后进行脱氧。
7.根据权利要求6所述的LF炉炼钢方法，其特征在于，脱氧的方式为按照每120吨钢水中投加20～30kg硅铁粉，脱氧过程氩气流量为60～100m3/h。
8.根据权利要求7所述的LF炉炼钢方法，其特征在于，脱氧完成后就进行二次取样，二次取样结果表明钢水化学成分与目标值匹配则不再调节钢水化学成分，若二次取样结果表明钢水化学成分与目标值存在偏差则再次调节钢水化学成分。
9.根据权利要求4所述的LF炉炼钢方法，其特征在于，进行第三次送电，使钢水升温至出站温度所需时间大于300秒时；在第三次送电过程中向钢水中加入石灰和萤石，石灰的加入量为每120吨钢水投加80～100kg，萤石的加入量为每120吨钢水投加30～40kg。
10.一种钢材制造方法，其特征在于，包括如权利要求1～8任一项所述的LF炉炼钢方法。
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