CN117737336A

CN117737336A - 一种高铝工业纯铁的制备方法

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Publication number: CN117737336A
Application number: CN202311707117.9A
Authority: CN
Inventors: 管挺; 张天; 王大博; 周淼; 杨成威; 王向红; 邓向阳; 刘宇龙; 于飞
Original assignee: Zenith Steel Group Co Ltd; Changzhou Zenith Special Steel Co Ltd
Current assignee: Zenith Steel Group Co Ltd; Changzhou Zenith Special Steel Co Ltd
Priority date: 2023-12-13
Filing date: 2023-12-13
Publication date: 2024-03-22

Abstract

本发明公开了一种高铝工业纯铁的制备方法，属于冶金技术领域。该高铝工业纯铁的化学成分按重量百分比计算为，[C]≤0.01%、[Si]≤0.05％、[Mn]≤0.10％、[P]≤0.015％、[S]≤0.010％、[Al]：0.2~0.8％，其余为Fe；工艺流程为KR铁水脱硫→BOF冶炼→LF精炼→RH脱碳脱氧→连铸。本发明通过过渡浇铸的方法，采用成分交叉的低铝钢种开浇，逐步提高钢水铝含量，控制钢水的氧含量，实现了高铝工业纯铁的稳定生产。

Description

一种高铝工业纯铁的制备方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，特别涉及高铝工业纯铁的制备方法。

背景技术

高铝工业纯铁主要用于软磁材料，要求电磁纯铁的矫顽力越低越好，而钢材Al含量越高，矫顽力越小。对于高铝工业纯铁要求钢水中的铝含量为0.2~0.8%，远高于常规的0.03%左右的铝含量，浇铸过程中钢水中的铝容易与钢水残氧或空气中的氧发生氧化反应生产三氧化二铝，导致结瘤浇铸困难；尤其在开浇炉，中包内气氛中不可避免的残余一些氧，当钢水铝含量高的情况下，极易发生氧化反应，生成三氧化二铝，导致堵水口。

专利CN116121628A 一种高铝发电机爪极钢提高可浇性的冶炼方法，钢水铝含量要求0.030~0.060%，为提高钢水可浇性，采用渐进式脱氧方式，先用硅锰合金浅脱氧，并配合一定的炉渣碱度，将钢水氧含量脱除至30ppm以下，再用铝块深脱氧，明确硅锰的用量，可大幅减少Al₂O₃的产生，减少浇铸过程堵水口的风险。同时浇铸前，将烘烤过的中包通氩气保护，并确保有密封保护的中包内的氧浓度低于1％，减少头炉钢的二次氧化。本发明与其相比，钢水硅含量更低，无法使用硅锰渐进式脱氧；另外本发明的钢水铝含量远高于该专利，采用该专利的冶炼方法无法满足浇铸要求。

针对此种情况，本发明针对生产既有高铝工业纯铁，又有对铝含量没有要求但要求氧含量的工业纯铁，其成分为：[C]≤0.01%、[Si]≤0.02％、[Mn]≤0.06％、[P]≤0.02％、[S]≤0.015％、自由氧[O]≤50ppm，其余为Fe；两者成分存在交叉，可混浇的产品线结构特点，开发了一种过渡式的浇铸方法，通过逐步提高钢水铝含量，减少浇铸难度，实现高铝工业纯铁的稳定浇铸。

发明内容

本发明旨在提供一种高铝工业纯铁的制备方法，本发明所述的工业纯铁成分按重量百分比为：[C]≤0.01%、[Si]≤0.05％、[Mn]≤0.1％、[P]≤0.015％、[S]≤0.010％、[Al]：0.2~0.8％，其余为Fe。

为实现上述目的，本发明通过过渡式浇铸的方法，采用成分交叉的低铝钢种开浇，逐步提高钢水的铝含量，控制钢水的氧含量，实现了高铝工业纯铁的稳定生产。

具体方法步骤及工艺参数如下：

KR铁水脱硫→BOF冶炼→LF精炼→RH脱碳脱氧→连铸，具体步骤及工艺参数如下：

步骤一，KR铁水脱硫，脱硫后要求铁水硫含量控制在0.001%以下。

步骤二，BOF冶炼，转炉冶炼采用脱硫铁水+清洁废钢的冶炼方式，铁水比控制在75%~90%，废钢比控制在10%~25%，铁水锰含量要求≤0.30%，废钢锰含量要求≤0.30%；采用单渣法冶炼，转炉终点温度控制在1600~1660℃，终点成分控制在[C]≤0.05%，[Mn]≤0.06%，[P]≤0.012%，[S]≤0.008%，[O]：0.08~0.12%。

转炉冶炼结束进行出钢操作，出钢过程加入1~2kg/t铝块以及500kg石灰和200kg萤石，采用滑板+挡渣塞双挡操作。

步骤三，LF精炼，钢水到达精炼后通电升温，钢水温度控制在1640~1680℃；之后加入电石和铝粒对炉渣进行造白渣处理，要求精炼出站炉渣FeO≤1%；钢水成分为[C]≤0.05％、[Mn]≤0.06％、[P]≤0.012％、[S]≤0.008％、[Al]≤0.005%、[O]≤30ppm；

步骤四，RH脱碳、脱氧增铝，RH到站温度控制在1630~1650℃，

吹氧脱碳，钢水到达RH后吹氧进行循环脱碳处理，脱碳结束后钢水碳含量≤0.002%，氧含量控制在100~300ppm。

脱氧增铝，加入铝块脱除钢水氧并增加钢水铝含量。铝块加入后，循环时间控制在3~8min，之后破空；破空后加入碳含量≤2%的低碳钢包覆盖剂。

进一步，步骤四所述钢水吹氧脱碳的方法为：吹氧流量控制在1000~2000Nm³/h，吹氧量控制在150~250Nm³；采用氩气作为提升气体，提升气体流量控制在80~150Nm³/h；真空度控制在1000Pa以内。

进一步，步骤四所述钢水脱氧增铝的方法为：浇次第一炉加入铝块0.22~0.60kg/t，钢水铝含量控制在0.01~0.02%，自由[O]≤20ppm；浇次第二炉加入铝块0.5~1.2kg/t，钢水铝含量控制在0.03~0.05%，自由[O]≤5ppm；浇次第三炉之后，加入铝块2.5~4.5kg/t，钢水铝含量控制在0.25~0.45%。

步骤五，连铸，连铸工序选用160mm×160mm断面生产，采用全程保护浇铸，连铸中包采用镁质涂抹料中包，中包烘烤至1050~1150℃，中包烘烤结束后冲氩保护，拉速控制在2.0~2.5m/min；结晶器采用电磁搅拌和非正弦振动模式；二冷采用气雾冷却，弱冷配水；连铸过程使用含碳量≤2％的低碳中包覆盖剂和含碳量≤5％超低碳保护渣。

进一步，步骤五所述的全程保护浇铸主要包括：（1）中包烘烤后冲氩保护，氩气流量控制在100~150Nm³/h，冲氩时间10~15min，之后采用定氧仪测定中包含氧量，要求氧气浓度≤0.8%；（2）浇铸过程冲氩保护，氩气流量控制在20~30 Nm³/h。

进一步，步骤五所述结晶器电磁搅拌电流为120~180A，频率为2.2~2.8Hz；结晶器振幅控制在-2.5~2.5mm，频率控制在130+40V opm。

本发明的有益效果在于：

本发明根据我公司的产品结构特点（既有高铝工业纯铁，又有对铝含量没有要求但要求氧含量的工业纯铁，其成分为：[C]≤0.01%、[Si]≤0.02％、[Mn]≤0.06％、[P]≤0.02％、[S]≤0.015％、自由氧[O]≤50ppm，其余为Fe；两者成分存在交叉，可混浇。）开发了一种过渡式的浇铸方法，主要为：

1、开浇第一炉，采用低铝工业纯铁配合中包内低的氧气浓度实现顺利开浇，随着中包内钢水量的逐渐增加，中包内的氧浓度进一步降低至0.05%以下，开浇第一炉的主要作用有：（1）控制钢水较低的铝含量，即使与中包内的氧不可避免的发生反应，也可保证生成的三氧化二铝量较少，可保证顺利开浇，（2）进一步降低中包内的氧气浓度，（3）控制钢水氧含量在较低的范围。

2、开浇第二炉，在第一炉的基础上，适当增加钢水铝含量降低钢水氧含量至5ppm以下，同时中包内的氧浓度在0.01%以下；第二炉的作用为控制钢水合适的铝含量，控制钢水三氧化二铝的生成量，保证钢水的可浇性同时将钢水氧含量控制在5ppm以下。

3、开浇第三炉，在第二炉顺利浇铸的情况下，钢水氧含量可控制在在5ppm以下，同时中包内气氛中氧浓度为0，开浇第三炉可将钢水铝含量提高至0.2%以上，其它成分按交叉成分控制。混浇铸坯判为低铝工业纯铁，其它判为高铝工业纯铁。之后炉次可全部按照高铝工业纯铁成分控制。

4、本发明通过对钢水自由氧的控制以及连铸过程中氧浓度的控制更好的减少Al₂O₃夹杂物的生成。采用本发明，可通过逐步提高钢水铝含量，减少浇铸难度，实现高铝工业纯铁的稳定浇铸。

附图说明

图1为本发明实施例浇铸过程曲线，共浇铸8炉；

图2为本发明对比例浇铸过程曲线，仅浇铸1炉。

具体实施方式

实施例

采用130t转炉冶炼，以牌号FT01和FT02的钢水进行混浇，其中FT01钢种成分要求：[C]≤0.01%、[Si]≤0.02％、[Mn]≤0.06％、[P]≤0.02％、[S]≤0.015％、自由氧[O]≤50ppm，其余为Fe；FT02钢种成分要求：[C]≤0.01%、[Si]≤0.05％、[Mn]≤0.1％、[P]≤0.015％、[S]≤0.010％、[Al]：0.2~0.8％，其余为Fe。

采用的工艺路线为：KR铁水脱硫→BOF冶炼→LF精炼→RH脱碳脱氧→连铸，冶炼前四炉各工位钢水成分控制如表1~表6所示。

铁水脱硫后铁水硫含量基本控制在0.0002%，其它铁水信息如表1所示。

表1 原料条件

转炉采用单渣法冶炼，冶炼终点信息如表2所示。

表2 转炉冶炼终点信息

转炉冶炼结束开始出钢操作，出钢过程加入230kg铝块，以及500kg石灰和200kg萤石，并采用滑板+挡渣塞双挡操作；钢水到达精炼站后，通电升温、并加入一定量的铝粒和电石造白渣，精炼处理结束钢水成分和温度如表3所示。

表3 精炼处理过程钢水温度及成分

钢水到达RH之后，进行吹氧脱碳和调节钢水成分，处理过程参数如表4所示，铝块加入后，循环时间控制在5min，之后破空；破空后加入碳含量≤2%的低碳钢包覆盖剂，RH出站钢水成分如表5所示。

表4 RH处理过程参数

表5 RH出站钢水成分及温度

连铸过程采用全程保护浇铸，连铸中包采用镁质涂抹料中包，中包烘烤至1120℃，中包烘烤结束后冲氩保护，中包烘烤后冲氩保护，氩气流量控制在120Nm³/h，冲氩时间12min，之后采用定氧仪测定中包含氧量，开浇炉氧气浓度为0.5%；浇铸过程继续冲氩保护，氩气流量控制在25 Nm³/h。第一炉浇铸前中间包氧气浓度为0.5%，第二炉为0.01%，第三炉之后为0。结晶器采用电磁搅拌和非正弦振动模式，结晶器电磁搅拌电流为150A，频率为2.5Hz；结晶器振幅控制在±2.5mm，频率控制在130+40V opm；二冷采用气雾冷却，弱冷配水；连铸过程使用含碳量≤2％的低碳中包覆盖剂和含碳量≤5％超低碳保护渣。连铸过程参数及钢水成分如表6所示。

表6 连铸过程参数及钢水成分

第五炉之后，采用第四炉冶炼工艺控制，成品成分如表7所示。本浇次共浇铸8炉，浇铸曲线如附图1所示。

表7 第5~8炉钢水及炉渣成分

对比例

采用130t转炉冶炼，工艺路线为：KR铁水脱硫→BOF冶炼→LF精炼→RH脱碳脱氧→连铸，

1、铁水脱硫，铁水脱硫后铁水硫含量为0.0002%。

2、转炉冶炼，铁水量120t，废钢量25t，铁水硅含量0.3%，铁水硫含量0.0002%，铁水锰含量0.26%，废钢锰含量0.25%；采用单渣法冶炼，转炉终点温度控制在1600~1660℃，终点成分控制在[C]0.04%，[Si]0.002%，[Mn]0.05%，[P]0.009%，[S]0.007%，[O]：0.106%。

3、出钢，转炉冶炼结束开始出钢操作，出钢过程加入230kg铝块，以及500kg石灰和200kg萤石，并采用滑板+挡渣塞双挡操作。

4、精炼，钢水到达精炼站后，通电升温、并加入一定量的铝粒和电石造白渣，精炼处理结束钢水成分[C]0.041%，[Si]0.002%，[Mn]0.051%，[P]0.009%，[S]0.007%，[Al]0.005%，[O]：25ppm；炉渣FeO 0.7%；钢水温度1661℃。

5、RH，钢水到达RH之后，进行吹氧脱碳和调节钢水成分，提升气体流量设为120Nm³/h，吹氧流量设为1200Nm³，真空度为168Pa，加入铝块400kg；铝块加入后，循环时间控制在5min，之后破空；破空后加入碳含量≤2%的低碳钢包覆盖剂，RH出站钢水成分为[C]0.002%，[Si]0.003%，[Mn]0.052%，[P]0.009%，[S]0.007%，[Al]0.298%，[O]0ppm；炉渣FeO0.4%；钢水温度1606℃。

6、连铸，采用全程保护浇铸，连铸中包采用镁质涂抹料中包，中包烘烤至1120℃，中包烘烤结束后冲氩保护，中包烘烤后冲氩保护，氩气流量控制在120Nm³/h，冲氩时间12min，之后采用定氧仪测定中包含氧量，开浇炉氧气浓度为0.5%；浇铸过程继续冲氩保护，氩气流量控制在25Nm³/h。结晶器采用电磁搅拌和非正弦振动模式，结晶器电磁搅拌电流为150A，频率为2.5Hz；结晶器振幅控制在±2.5mm，频率控制在130+40V opm；二冷采用气雾冷却，弱冷配水；连铸过程使用含碳量≤2％的低碳中包覆盖剂和含碳量≤5％超低碳保护渣。连铸过程参数及钢水成分[C]0.004%，[Si]0.004%，[Mn]0.052%，[P]0.009%，[S]0.007%，[Al]0.268%，[O]0ppm；炉渣FeO0.3%；中包钢水温度1575℃。

以对比例生产的钢水进行浇铸，开浇就发生水口堵塞事故，仅浇铸一炉；浇铸曲线如附图2所示，从图中可以看出，浇铸曲线波动大，无法达到本发明的平稳曲线。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种高铝工业纯铁的制备方法，其特征在于，采用过渡式浇铸，浇次第一炉钢水铝含量控制在0.01~0.02%，自由[O]≤20ppm；浇次第二炉钢水铝含量控制在0.03~0.05%，自由[O]≤5ppm；浇次第三炉及后续炉次，钢水铝含量控制在0.25~0.45%，自由[O]=0ppm；以浇次第三炉及后续炉次连铸生产的钢坯为高铝工业纯铁；所述制备方法的工艺流程为：KR铁水脱硫→BOF冶炼→LF精炼→RH脱碳脱氧→连铸，具体步骤及工艺参数如下：

步骤一，KR铁水脱硫，脱硫后要求铁水硫含量控制在0.001%以下；

步骤二，BOF冶炼，采用单渣法冶炼，转炉终点温度控制在1600~1660℃，终点成分控制在[C]≤0.05%，[Mn]≤0.06%，[P]≤0.012%，[S]≤0.008%，[O]：0.08~0.12%；出钢过程加入1~2kg/t铝块，以及500kg石灰和200kg萤石，采用滑板+挡渣塞双挡操作；

步骤四，RH脱碳、脱氧增铝，RH到站温度控制在1630~1650℃；

吹氧脱碳，钢水到达RH后吹氧进行循环脱碳处理，脱碳结束后钢水碳含量≤0.002%，氧含量控制在100~300ppm；

脱氧增铝，加入铝块脱除钢水氧并增加钢水铝含量；浇次第一炉加入铝块0.22~0.60kg/t，钢水铝含量控制在0.01~0.02%，自由[O]≤20ppm；浇次第二炉加入铝块0.5~1.2kg/t，钢水铝含量控制在0.03~0.05%，自由[O]≤5ppm；浇次第三炉之后，加入铝块2.5~4.5kg/t，钢水铝含量控制在0.25~0.45%，自由[O]=0ppm；铝块加入后，循环时间控制在3~8min，之后破空；破空后加入碳含量≤2%的低碳钢包覆盖剂；

步骤五，连铸，连铸工序选用160mm×160mm断面生产，采用全程保护浇铸，连铸中包采用镁质涂抹料中包，中包烘烤至1050~1150℃，拉速控制在2.0~2.5m/min；结晶器采用电磁搅拌和非正弦振动模式；二冷采用气雾冷却，弱冷配水；连铸过程使用含碳量≤2％的低碳中包覆盖剂和含碳量≤5％超低碳保护渣。

2.如权利要求1所述的高铝工业纯铁的制备方法，其特征在于，步骤二采用脱硫铁水+清洁废钢的冶炼方式，铁水比控制在75%~90%，废钢比控制在10%~25%，铁水锰含量要求≤0.30%，废钢锰含量要求≤0.30%。

3.如权利要求1所述的高铝工业纯铁的制备方法，其特征在于，步骤四所述钢水吹氧脱碳的方法为：吹氧流量控制在1000~2000Nm³/h，吹氧量控制在150~250Nm³；采用氩气作为提升气体，提升气体流量控制在80~150Nm³/h；真空度控制在1000Pa以内。

4.如权利要求1所述的高铝工业纯铁的制备方法，其特征在于，步骤五，中包烘烤后冲氩保护，氩气流量控制在100~150Nm³/h，冲氩时间10~15min，采用定氧仪测定中包含氧量，要求氧气浓度≤0.8%。

5.如权利要求1所述的高铝工业纯铁的制备方法，其特征在于，步骤五，浇铸过程冲氩保护，氩气流量控制在20~30Nm³/h。

6.如权利要求1所述的高铝工业纯铁的制备方法，其特征在于，步骤五所述结晶器电磁搅拌电流为120~180A，频率为2.2~2.8Hz；结晶器振幅控制在-2.5~2.5mm，频率控制在130+40V opm。

7.如权利要求1所述的高铝工业纯铁的制备方法，其特征在于，所述高铝工业纯铁按重量百分比其成分为：[C]≤0.01%、[Si]≤0.05％、[Mn]≤0.1％、[P]≤0.015％、[S]≤0.010％、[Al]：0.2~0.8％，其余为Fe。