CN117187490A - 一种用于含硅钢精炼脱硫的方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种用于含硅钢精炼脱硫的方法及其应用，该方法包括以下步骤：S10：提供精炼进站钢水；S20：在加热条件下，向所述精炼进站钢水中加入脱硫剂、硅系合金进行脱硫，使钢水中硅的质量百分含量[Si]为0.1％～1％、硫的质量百分含量[S]≤0.015％，以得到精炼钢水。根据本申请，向精炼进站钢水中加入脱硫剂和硅系合金，硅系合金促进脱硫剂与钢水中硫元素反应，从而进一步降低钢水中硫含量，同时由于使用硅系合金代替铝块脱氧，得到的精炼钢水中氧化铝夹杂物含量低，钢水纯净度较高。
Description
技术领域
本申请涉及冶金技术领域，具体涉及一种用于含硅钢精炼脱硫的方法及其应用。
背景技术
硫(S)是钢铁中常见的杂质元素，对钢铁的性能和应用有显著的不良影响，例如导致钢铁的脆性增加、腐蚀倾向增加、加工性能变差等。因此在钢铁的制造过程中，控制钢铁中硫元素的含量对生产高性能钢铁具有很重要的意义。精炼脱硫是降低硫含量的重要步骤，钢水的低氧化性有利于脱硫，一般通过加入铝块脱氧，通过降低钢水中的氧含量提高脱硫效果。但是使用铝块脱氧，会使精炼渣中氧化铝含量增加，进一步导致钢水中夹杂物尺寸和数量增加，钢水的结晶度降低。因此，需要提供一种能提高钢水洁净度的精炼脱硫方法。
发明内容
本申请提供了一种用于含硅钢精炼脱硫的方法及其应用，该方法通过在精炼过程中使用硅系合金脱氧，可以得到具有较低硫含量且洁净度较高的钢水。
第一方面，本申请提供了一种用于含硅钢精炼脱硫的方法，包括以下步骤：
S10：提供精炼进站钢水；
S20：在加热条件下，向所述精炼进站钢水中加入脱硫剂、硅系合金进行脱硫，使钢水中硅的质量百分含量[Si]为0.1％～1％、硫的质量百分含量[S]≤0.015％，以得到精炼钢水。
根据本申请，向精炼进站钢水中加入脱硫剂和硅系合金，脱硫剂可与钢水中硫元素反应，将硫元素固定在精炼渣中去除，同时使用硅系合金中硅元素固定钢水中的氧元素，从而降低钢水中氧元素的含量，可以促进脱硫剂与钢水中硫元素反应，从而进一步降低钢水中硫含量，同时由于使用硅系合金代替铝块脱氧，因此得到的精炼钢水中氧化铝夹杂物含量低，进而得到的钢水纯净度较高。
在一些实施方式中，所述脱硫剂包括石灰、碳化钙、苏打中的至少一种。
在一些实施方式中，所述硅系合金包括硅铁、锰硅铁中的至少一种。
在一些实施方式中，所述步骤S20中，所述脱硫剂包括石灰，所述石灰的添加量为5.5～9kg/t钢，所述石灰中氧化钙的质量百分含量＞90％。
在一些实施方式中，所述加热条件中，加热温度为1600～1650℃。
在一些实施方式中，在所述向精炼进站钢水中加入脱硫剂、硅系合金进行脱硫，使钢水中硅的质量百分含量[Si]为0.1％～1％、硫的质量百分含量[S]≤0.015％后，还包括：
向脱硫后的钢水中加入铝块，使钢水中铝含量满足所述含硅钢要求，以得到合金化钢水；再向所述合金化钢水中喂钙线，使合金钢水中的氧化铝改质上浮，以得到精炼钢水。
在一些实施方式中，所述铝块的平均粒径为10～50mm，所述铝块中铝的质量百分含量≥97％。
在一些实施方式中，所述钙线中，钙的质量百分含量≥97％，铝的质量百分含量≤1％，磷的质量百分含量≤0.05％，硫的质量百分含量≤0.05％。
在一些实施方式中，所述向脱硫后的钢水中加入铝块前，还包括：
向钢水中加入其他合金原料，使钢水中其他合金元素满足所述含硅钢要求。
第二方面，本申请提供了一种含硅钢，经根据第一方面任一实施方式所述的方法得到的精炼钢水连铸、轧制得到。
具体实施方式
本说明书中各实施例或实施方案采用递进的方案描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方案结合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
如上文中背景技术所述，在钢水精炼脱硫过程中，由于非氧化性环境会提高脱硫效率，因此相关技术中常添加铝块与钢水中氧反应，提供促进脱硫的非氧化性环境。
但是问题在于，使用铝块脱氧会使精炼渣中氧化铝的含量增加，会导致钢铁中夹杂物含量增加，一般精炼渣中氧化铝含量越高，钢中氧化铝夹杂物含量越高，夹杂物尺寸和数量增加，由此使用铝块脱氧会导致钢水的纯净度降低，一方面会影响钢铁后续工艺的顺利进行，另一方面会降低钢铁的性能。
基于此，本申请提供了一种用于含硅钢精炼脱硫的方法，通过使用硅元素固定钢水中氧元素，从而促进脱硫，生成的二氧化硅更易进入精炼钢中去除，因此可以有效降低钢水中氧化铝夹杂物，提高钢水的纯净度。以下对本申请的实施方式进行具体说明。
本申请提供了一种用于含硅钢精炼脱硫的方法及其应用，该方法通过在精炼过程中使用硅系合金脱氧，可以得到具有较低硫含量且洁净度较高的钢水。
第一方面，本申请提供了一种用于含硅钢精炼脱硫的方法，包括以下步骤：
S10：提供精炼进站钢水；
S20：在加热条件下，向精炼进站钢水中加入脱硫剂、硅系合金进行脱硫，使钢水中硅的质量百分含量[Si]为0.1％～1％、硫的质量百分含量[S]≤0.015％，以得到精炼钢水。
根据本申请，在精炼过程中对钢水进行脱硫处理，由于在钢铁的生产中一般在精炼阶段对钢水合金化，部分对硅元素含量有一定要求的钢铁需要添加硅系合金，发明人发现，在精炼脱硫过程中，使用硅系合金代替铝块作为脱氧剂也能很好降低钢水中氧含量，从而提高脱硫剂脱硫效率，同时硅元素与氧反应生产的二氧化硅相较于氧化铝更易固定在精炼渣中，随倒渣去除，由此可以有效提高钢水的纯净度。
同时，还进一步限定了脱硫后钢水中硅元素和硫元素的质量百分含量，需要将钢水中硅元素控制在0.1％～1％，才能在合适脱硫剂作用下，使钢水中硫元素控制在0.015％以下，以降低硫元素对钢铁的不良影响。这是由于硅元素含量越高，相应钢水中氧含量越低，促进脱硫的效果越好，但是硅元素含量过高，会导致精炼渣过于粘稠，反而会影响脱硫效果。因此本申请提供的精炼脱硫的方法适用于硅元素含量在0.1％～1％含硅钢。为了更好理解本申请的效果，以脱硫剂为石灰为例，其脱硫反应式为：CaO+S→CaS+O，硅元素与氧反应式为：Si+2O→SiO2，由此，在钢水中同时添加脱硫剂、硅系合金后，在钢水中发生的反应为：2CaO+Si+2S→SiO2+2CaS，由该反应式可知，提高钢水中Si元素含量可以促进该反应正向进行，提高脱硫效果。使用其他类型脱硫剂时，提高钢水中Si元素含量，同样可以通过降低钢水中氧含量，促进脱硫反应，降低钢水中硫含量。
由于上述脱硫过程中可以不添加铝块，因此可以有效降低精炼渣中氧化铝的含量，从而钢水中氧化铝夹杂物含量较低，钢水具有较高的纯净度。
在一些实施方式中，脱硫剂包括石灰、碳化钙、苏打中的至少一种。
在上述一些实施方式中，具体限定了脱硫剂的种类，可以理解的是，脱硫剂的选择并不限于上述几种，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择已知的脱硫剂。
在一些实施方式中，硅系合金包括硅铁、锰硅铁中的至少一种。
在上述一些实施方式中，具体限定了硅系合金的种类，可以理解的是，硅系合金的选择并不限于上述几种，本领域技术人员可以根据实际需要选择含硅的合金。作为一个示例的，本申请一些实施例中，使用硅铁FeSi75作为硅系合金。
另外需要说明的是，硅系合金的添加量在此不做限定，可以根据目标钢铁中硅元素要求进行添加，使钢水中硅元素含量满足要求。
在一些实施方式中，步骤S20中，脱硫剂包括石灰，石灰的添加量为5.5～9kg/t钢，石灰中氧化钙的质量百分含量＞90％。
在上述一些实施方式中，使用石灰作为脱硫剂，且石灰中氧化钙中质量百分含量大于90％，石灰的成本较低，且对钢包的侵蚀较小，脱硫效果较好，有利于降低生产成本，同时石灰中起脱硫作用的是氧化钙，使用较高氧化钙含量的石灰有利于降低夹杂物，提高钢水的洁净度。同时限定了石灰的添加量，根据上文的反应式可知，脱硫剂的含量越高，脱硫效果越好，但也会降低钢水的洁净度，因此可以将石灰的添加量控制在5.5～9kg/t钢，此时钢水中硫含量较低，且钢水的洁净度更高。
另外需要说明的是，石灰的添加量也是示例性的，可以根据精炼进站钢水中S含量进行添加，精炼进站钢水中S含量越高，所需脱硫剂相对越高，以保证精炼钢水中S含量在0.015％以下。
在一些实施方式中，加热条件中，加热温度为1600～1650℃。
在上述一些实施方式中，进一步限定了精炼脱硫过程中加热温度，这是由于精炼脱硫一般是吸热反应，因此提高反应温度有利于脱硫反应的正向进行，进一步提高脱硫效率，同时加热温度会提高生产成本，因此可以将加热温度控制在1600～1650℃，此时钢水的脱硫效果更好。
在一些实施方式中，在向精炼进站钢水中加入脱硫剂、硅系合金进行脱硫，使钢水中硅的质量百分含量[Si]为0.1％～1％、硫的质量百分含量[S]≤0.015％后，还包括：
向脱硫后的钢水中加入铝块，使钢水中铝含量满足含硅钢要求，以得到合金化钢水；再向合金化钢水中喂钙线，使合金钢水中的氧化铝改质上浮，以得到精炼钢水。
在上述一些实施方式中，由于部分钢铁中对铝含量有一定要求，因此需要在精炼过程中进行铝合金化，以满足相关要求，可以在加入脱硫剂和硅系合金脱硫后，在钢水中硫元素较低且硅合金化使氧元素含量较低的条件下，再加入铝块进行合金化，使铝含量满足含硅钢要求。另外，虽然铝块加入时钢水中硫元素和氧元素含量均较低，但是其氧化性较硅更高，因此可以将精炼渣中二氧化硅中的硅元素置换出来，同时生产氧化铝，由此在需要加铝块合金化时，可以在合金化钢水中喂钙线，钙可以改质钢水中氧化铝夹杂物，使其更容易上浮固定至精炼渣中，随倒渣去除，从而可以在制备含铝元素的含硅钢时，降低钢水中氧化铝夹杂物含量，提高精炼钢水的洁净度。
另外，加入铝块可以进一步降低钢水中氧含量，从而进一步提高脱硫效率，可以进一步降低钢水中的硫含量。
在一些实施方式中，铝块的平均粒径为10～50mm，铝块中铝的质量百分含量≥97％。
在上述一些实施方式中，具体限定了铝块的平均粒径和铝块中铝的质量百分含量，这是由于铝块会置换精炼渣中的硅元素，从而生成氧化铝夹杂物，为了进一步降低氧化铝夹杂物含量，可以通过缩短铝合金化时间，从而减少上述反应的发生，由此，平均粒径较小的铝块可以快速熔化，从而降低铝合金化时间，同时铝的质量百分含量较高，一方面可减少引入杂质，另一方面杂质较少的铝块更易熔化。使用铝的质量百分含量≥97％且平均粒径为10～50mm的铝块，有利于进一步提高钢水的洁净度。
在一些实施方式中，钙线中，钙的质量百分含量≥97％，铝的质量百分含量≤1％，磷的质量百分含量≤0.05％，硫的质量百分含量≤0.05％。
在上述一些实施方式中，具体限定了钙线中钙、铝、磷和硫的质量百分含量，此时钙线中钙含量较高，可以更好的改质钢水中氧化铝夹杂物，促进其上浮固定至精炼渣中，较少的铝、磷和硫的杂质，可以降低钙处理过程中杂质元素的增加，提高钢水的洁净度。
在一些实施方式中，向脱硫后的钢水中加入铝块前，还包括：
向钢水中加入其他合金原料，使钢水中其他合金元素满足所述含硅钢要求。
在上述一些实施方式中，由于不同钢种中含量的合金元素不同，因此需要使用不同的合金原料对钢水合金化，但是为了减少钢水中氧化铝夹杂物含量，可以在加入铝块进行铝合金化之前，加入其他合金原料进行合金化，以满足相应要求。这样可以降低加入铝块后的精炼时间，降低钢水中氧化铝夹杂物含量，提高钢水的洁净度。
可以理解的是，若目标钢种不需要铝合金化，其他合金原料可以在精炼过程的任意节点加入。其他合金原料可以包括铬合金、锰合金等。
在一些实施方式中，在精炼过程中，使用底吹氩气进行搅拌，可以提高反应效率，减少精炼时间。
第二方面，本申请提供了一种含硅钢，经根据第一方面任一实施方式的方法得到的精炼钢水连铸、轧制得到。
根据本申请，由于该含硅钢经根据第一方面任一实施方式的方法得到的精炼钢水连铸、轧制得到，因此具有第一方面的有益效果。
在此说明，该含硅钢指硅钢特指硅元素含量为0.1％～1％的钢铁。
以下，说明本申请的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
以下实施例是基于涟钢210转炉系统生产型号为ASTM-A36的钢材，该钢材中Si、S、Al元素的要求如表1。
表1
| 成分 | Si | S | Al |
| 质量百分含量/％ | 0.1～0.2 | ≤0.015 | 0.001～0.06 |
钢板中主要夹杂物含量的检测：按照GB/T 10561-2005《钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法》检测钢板的主要夹杂物等级。
实施例1
ASTM-A36的制备：
向精炼进站钢水中加入石灰8.56kg/t钢，加入硅铁FeSi75 1.41kg/t钢，在1615℃下进行精炼至钢水中硫元素≤0.015％，再加入铝块0.63kg/t钢，以2m/s喂入200m钙线，得到精炼钢水。精炼进站钢水和精炼钢水中Si、S、Al元素的质量百分含量如表2所示。
对精炼钢水进行连铸、轧制后得到ASTM-A36钢板，其主要夹杂物等级如表2所示。
实施例2
ASTM-A36的制备：
向精炼进站钢水中加入石灰5.97kg/t钢，加入硅铁FeSi75 0.39kg/t钢，在1612℃下进行精炼至钢水中硫元素≤0.015％，再加入铝块0.48kg/t钢，以2m/s喂入200m钙线，得到精炼钢水。精炼进站钢水和精炼钢水中Si、S、Al元素的质量百分含量如表2所示。
对精炼钢水进行连铸、轧制后得到ASTM-A36钢板，其主要夹杂物等级如表2所示。
实施例3
ASTM-A36的制备：
向精炼进站钢水中加入石灰8.35kg/t钢，加入硅铁FeSi75 0.67kg/t钢，在1609℃下进行精炼至钢水中硫元素≤0.015％，再加入铝块0.75kg/t钢，以2m/s喂入200m钙线，得到精炼钢水。精炼进站钢水和精炼钢水中Si、S、Al元素的质量百分含量如表2所示。
对精炼钢水进行连铸、轧制后得到ASTM-A36钢板，其主要夹杂物等级如表2所示。
实施例4
ASTM-A36的制备：
向精炼进站钢水中加入石灰6.13kg/t钢，加入硅铁FeSi75 1.01kg/t钢，在1616℃下进行精炼至钢水中硫元素≤0.015％，再加入铝块1.28kg/t钢，以2m/s喂入200m钙线，得到精炼钢水。精炼进站钢水和精炼钢水中Si、S、Al元素的质量百分含量如表2所示。
对精炼钢水进行连铸、轧制后得到ASTM-A36钢板，其主要夹杂物等级如表2所示。
实施例5
ASTM-A36的制备：
向精炼进站钢水中加入石灰7.05kg/t钢，加入硅铁FeSi75 0.73kg/t钢，在1625℃下进行精炼至钢水中硫元素≤0.015％，再加入铝块0.91kg/t钢，以2m/s喂入200m钙线，得到精炼钢水。精炼进站钢水和精炼钢水中Si、S、Al元素的质量百分含量如表2所示。
对精炼钢水进行连铸、轧制后得到ASTM-A36钢板，其主要夹杂物等级如表2所示。
实施例6
ASTM-A36的制备：
向精炼进站钢水中加入石灰8.04kg/t钢，加入硅铁FeSi75 1.01kg/t钢，在1630℃下进行精炼至钢水中硫元素≤0.015％，再加入铝块0.87kg/t钢，以2m/s喂入200m钙线，得到精炼钢水。精炼进站钢水和精炼钢水中Si、S、Al元素的质量百分含量如表2所示。
对精炼钢水进行连铸、轧制后得到ASTM-A36钢板，其主要夹杂物等级如表2所示。
对比例1
ASTM-A36的制备：
向精炼进站钢水中加入石灰7.06kg/t钢，加入铝块1.58kg/t钢，在1630℃下进行精炼至钢水中硫元素≤0.015％，再加入铝块0.2kg/t钢，加入硅铁FeSi750.37kg/t钢，以2m/s喂入200m钙线，得到精炼钢水。精炼进站钢水和精炼钢水中Si、S、Al元素的质量百分含量如表2所示。
对精炼钢水进行连铸、轧制后得到ASTM-A36钢板，其主要夹杂物等级如表2所示。
表2
根据表2可知，各实施例精炼得到的钢水中硫元素≤0.015％，满足钢种的要求，且得到钢板中几乎不含氧化铝类的B类夹杂物，主要夹杂物为硅酸盐类的C类夹杂物，其C类夹杂物等级为1，说明得到的钢水纯净度较高。对比例1使用常规使用铝块作为脱氧剂，虽然具有较好的脱硫效果，但是得到钢板中主要夹杂物为B类夹杂物，且等级相较于各实施例更高，说明钢水的纯净度较实施例低，可能会影响钢板的性能。
实施例1～6中，平均铝块添加量为0.82kg/t钢，平均石灰添加量为7.35kg/t钢，平均硅铁添加量为0.87kg/t钢，相较于对比例1，铝块添加量显著降低，这是由于使用硅系合金促进脱硫，加入铝块仅是为了满足铝合金化的要求，因此可以有效降低铝块的添加量，尽管各实施例中硅铁、石灰的平均添加量高于对比例，但是石灰成本相对较低，且铝块的成本显著高于硅系合金(如硅铁)，因此综合考虑，使用本申请提供的方法精炼脱硫能够有效降低生产成本。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种用于含硅钢精炼脱硫的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10：提供精炼进站钢水；
S20：在加热条件下，向所述精炼进站钢水中加入脱硫剂、硅系合金进行脱硫，使钢水中硅的质量百分含量[Si]为0.1％～1％、硫的质量百分含量[S]≤0.015％，以得到精炼钢水。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述脱硫剂包括石灰、碳化钙、苏打中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硅系合金包括硅铁、锰硅铁中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S20中，所述脱硫剂包括石灰，所述石灰的添加量为5.5～9kg/t钢，所述石灰中氧化钙的质量百分含量＞90％。
5.根据权利要求1～4任一项所述的方法，其特征在于，所述加热条件中，加热温度为1600～1650℃。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述向精炼进站钢水中加入脱硫剂、硅系合金进行脱硫，使钢水中硅的质量百分含量[Si]为0.1％～1％、硫的质量百分含量[S]≤0.015％后，还包括：
向脱硫后的钢水中加入铝块，使钢水中铝含量满足所述含硅钢要求，以得到合金化钢水；
再向所述合金化钢水中喂钙线，使合金钢水中的氧化铝改质上浮，以得到精炼钢水。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述铝块的平均粒径为10～50mm，所述铝块中铝的质量百分含量≥97％。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述钙线中，钙的质量百分含量≥97％，铝的质量百分含量≤1％，磷的质量百分含量≤0.05％，硫的质量百分含量≤0.05％。
9.根据权利要求6～8任一项所述的方法，其特征在于，所述向脱硫后的钢水中加入铝块前，还包括：
向钢水中加入其他合金原料，使钢水中其他合金元素满足所述含硅钢要求。
10.一种含硅钢，其特征在于，经根据权利要求1～9任一项所述的方法得到的精炼钢水连铸、轧制得到。
Priority Applications (1)
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| CN202311160757.2A CN117187490A (zh) | 2023-09-08 | 2023-09-08 | 一种用于含硅钢精炼脱硫的方法及其应用 |
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