CN102296157B - 超低碳铝硅镇静钢的极低Ti控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超低碳铝硅镇静钢的极低Ti控制方法，超低碳铝硅镇静钢的化学成分重量百分比为：C≤0.005％、Si：0.1～3.4％、Mn：0.1～0.5％、P≤0.2％、S≤0.002％、Al：0～1.2％、N≤0.005％，Ti≤0.0015，余量为Fe及不可避免的夹杂；具有上述化学成分的钢液经铁水预处理、冶炼、精炼RH冶炼和浇注成坯后获得；其中，对钢包顶渣进行改质处理，添加钙铝基改质剂，0.6～1.7kg/t钢，确保精炼RH脱碳结束时，钢包顶渣成分T.Fe含量≥5％、Al₂O₃含量≤23％的控制要求；精炼RH脱碳结束时，采用硅铁、铝铁或锰铁进行脱氧、合金化，然后进行深脱硫，脱硫率50％～75％。

Description

超低碳铝硅镇静钢的极低Ti控制方法

技术领域：

本发明涉及精炼RH脱硫钢生产方法，尤其涉及一种在精炼RH过程进行深脱硫的超低碳铝硅镇静钢的极低Ti控制方法。

背景技术

Ti与O、N元素具有较强的亲和力。炼钢过程中，三者很容易结合，形成微细夹杂物TiO_x和TiN等。这些微细夹杂物会降低钢的纯净度，导致连铸水口结瘤或结晶器结鱼，进而影响钢的各类性能。因此，部分专用钢种，例如电工钢、轴承钢、弹簧钢等，都对Ti含量提出了严格要求，希望小于或等于30ppm，甚至15ppm。

传统的降低钢中Ti含量的方法主要有：

通过严格控制铁水、铁合金、中间包覆盖剂等原辅材料和钢包顶渣中的Ti含量，以及通过转炉双联、二次造渣等，以有效减少钢中外界Ti含量的带入，从而避免钢液脱氧、合金化之后大幅增Ti。例如日本专利特开平7-173519、特开2002-322508、特开2002-105578和特开2004-307942等所公开的方法。但该法对上述原辅材料的品质要求极高，会大幅增加钢的制造成本和冶炼周期，并且为防止钢包顶渣中的TiO₂被还原，还需对钢中的铝含量进行严格限制，一般要求不大于0.1％；

再有，通过冶炼、精炼过程中的钢包顶渣改质，调整渣的碱度和钢水氧化性等，以提高渣钢间Ti的分配比，例如：日本专利特开平5-86413和特开2003-73726等。该法的不足之处在于，没有对钢液进行脱硫，同时钢中Al含量也相对较低，一般要求不大于0.1％。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超低碳铝硅镇静钢的极低Ti控制方法，该方法具有在较高的Si、Al含量和较低的S含量条件下，通过钢包顶渣改质，RH精炼深脱硫等措施，可以放宽冶炼过程的原辅材料品质要求，简化炼钢生产工艺，具有操作控制简便，生产成本低廉，适用范围广，控制精度高等优点。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

精炼RH脱碳结束后采用铝铁、硅铁、锰铁等合金进行脱氧、合金化，成品钢中含有极低的碳、硫含量以及较高的铝含量。

具体地，本发明的超低碳铝硅镇静钢的极低Ti控制方法，超低碳铝硅镇静钢的化学成分重量百分比为：C≤0.005％、Si：0.1～3.4％、Mn：0.1～0.5％、P≤0.2％、S≤0.002％、Al：0～1.2％、N≤0.005％，Ti≤0.0015，余量为Fe及不可避免的夹杂；具有上述化学成分的钢液经铁水预处理、冶炼、精炼RH冶炼和浇注成坯后获得；其中，对钢包顶渣进行改质处理，添加钙铝基改质剂，0.6～1.7kg/t钢，确保精炼RH脱碳结束时，钢包顶渣成分T.Fe含量≥5％、Al₂O₃含量≤23％的控制要求；精炼RH脱碳结束时，采用硅铁、铝铁或锰铁进行脱氧、合金化，然后进行深脱硫，脱硫率50％～75％。

进一步，所述的脱硫剂的重量百分比为：CaO：65％～75％；Al₂O₃：15％～30％；CaF₂：0～10％。

另外，本发明所述的脱硫剂添加方法如下：

钢包中硫的初始百分含量为：0.0021～0.0025％，脱硫剂添加量：3.3～4.0kg/t钢；

钢包中硫的初始百分含量为：0.0026～0.0030％，脱硫剂添加量：4.0～6.0kg/t钢；

钢包中硫的初始百分含量为：0.0031～0.0045％，脱硫剂添加量：6.7～9.0kg/t钢；

钢包中硫的初始百分含量为：0.0036～0.0040％，脱硫剂添加量：9.7～12.3kg/t钢。

本发明涉及精炼RH深脱硫的超低碳铝硅镇静钢，其化学成分的设计原则如下：

C：0.005％以下。C强烈阻碍成品晶粒长大，容易引起钢的铁损增加和产生磁时效，并给后续脱碳带来困难，因此必须严格控制在0.005％以下。

Si：0.1％～3.4％。Si能提高基体电阻率，有效降低钢的铁损。Si含量高于3.4％时，会显著降低钢的磁感，且容易造成轧制困难，而低于0.1％时又起不到降低铁损的作用。

Mn：0.1％～0.5％。Mn与S结合生成MnS，可以有效减少对磁性的危害，同时改善电工钢表面状态，减少热脆。因此，有必要添加0.1％以上的Mn含量，而高于0.5％以上的Mn含量，容易破坏再结晶织构，又会大幅增加钢的制造成本。

P：0.2％以下。磷可以改善钢板的加工性，但超过0.2％时，反而使钢板的冷轧加工性劣化。

S：0.002％以下。S含量超过0.002％时，将使MnS等析出物大大增加，强烈阻碍晶粒长大，恶化钢的磁性。

Al：0～1.2％。Al是增加电阻元素，同时用于电工钢的深脱氧，Al含量高于1.2％时会造成连铸浇注困难，磁感显著降低。

N：0.005％以下。N含量超过0.005％时，将使AlN等析出物大大增加，强烈阻碍晶粒长大，恶化钢的磁性。

本发明精炼RH深脱硫的超低碳铝硅镇静钢的极低Ti含量生产工艺，按如下步骤进行：

炼钢原料采用全铁水。冶炼过程通过枪位控制和辅料投入，确保转炉化渣情况良好，钢液脱碳、脱硫和升温效果稳定。冶炼终点通过转炉副枪测温、取样，将钢液碳、氧含量分别控制在0.03％～0.05％和0.04％～0.08％。对于符合上述控制要求的钢液，直接流向下工序进行脱碳、脱硫，对于少量不满足上述控制要求的钢液，通过二次补吹的方式进行补充修正。随后，在出钢过程中，对钢包顶渣进行改质处理，添加钙铝基改质剂，0.6～1.7kg/t钢，钙铝基改质剂为现有产品，在此不再赘述。

在经过上述冶炼步骤的钢水，首先在精炼RH进行深脱碳，脱碳效果通过冶炼过程的废气流量进行监控，直至脱碳结束钢液碳含量≤0.005％。然后，采用硅铁、铝铁或锰铁对钢液进行脱氧、合金化，采用脱硫剂对钢液进行深脱硫。

脱硫处理时，脱硫剂的添加从真空料仓一次性投入，添加数量视钢包初始硫含量确定。脱硫剂添加3～5min后，取样分析钢液中的硫含量，以计算脱硫效率。考虑到精炼RH开始处理时，钢包初始硫含量一般控制在20～40ppm，根据大生产实际控制结果，可以确定出脱硫效果介于50％～75％的脱硫剂添加数量要求。精炼RH冶炼过程，钢液中的硫、钛含量变化如图1所示。

本发明的创新之处在于：

1、在转炉出钢过程中进行钢包顶渣改质，以最大限度的提高钢包顶渣中的Ti容量，便于后续精炼RH过程脱硫处理时，渣中Ti不被还原进入钢液，最终获得较低Ti含量的铸坯。此操作的关键是，钢包顶渣改质时的钙铝基改质剂加入数量。

原因是，正常的转炉冶炼结束后，钢包顶渣碱度较高，一般均大于3.0，有时甚至在4.0以上。因此，对于CaO-SiO₂-Al₂O₃渣系而言，钙铝基改质剂的加入数量低于0.6kg/t钢时，钢包顶渣成分的变化不大，起不到基本的改质作用，即达不到大幅提高或改善钢包顶渣Ti容量的目的。而钙铝基改质剂的加入数量高于1.7kg/t钢时，钢包顶渣中的CaO、Al₂O₃含量将大幅升高，根据式(2)、(3)分析，这种结果将直接影响钢包顶渣中的T.Fe含量及FeO_x活度，进而促进式(1)反应向左进行，对钢中Ti含量的控制不利。

x[Ti]+2(FeO_x)＝x(TiO₂)+2[Fe]         (1)

式(1)中FeO_x活度及其活度系数可以表示为

$\lg =\frac{a_{\left[O\right]}}{a_{\left(\mathrm{Fe}{O}_x\right)}}=-\frac{6320}{T}+2.765---\left(2\right)$

$\lg {\mathrm{\γ}}_{{\mathrm{FeO}}_x}=\frac{0.676\×w\left(\mathrm{MgO}\right)+0.267\×w\left({\mathrm{Al}}_2{O}_3\right)-19.07}{w\left({\mathrm{SiO}}_2\right)}---\left(3\right)$

$+0.0214\×w\left(\mathrm{CaO}\right)-0.047$

此外，由于转炉冶炼过程中，吹炼制度、耐火材料等基本不变，渣碱度、MgO含量相对固定，因此，在钢包顶渣中含有较高CaO、Al₂O₃含量时，渣的熔点和黏度也将大幅上升，进而降低渣-钢间Ti的分配比。渣成分对渣-钢间Ti的分配比的影响如图2、3所示。

2、在脱硫剂添加3～5min后，进行取样分析钢液中的硫含量，目的是，在初始硫含量已知的前提下，通过取样分析钢液脱硫后的硫含量，可以计算钢液脱硫效率，是否满足脱硫率介于50-75％的控制要求，以及提前预测铸坯中的Ti含量。

严格限制脱硫效率的目的是，钢液脱硫对渣-钢间Ti的分配比产生显著影响，因为如上所述，加入脱硫剂的主要成分是CaO，它可以作为反应产物被消耗，从而促进式(4)、(5)向右进行。脱硫剂中的CaF₂提高了熔渣流动性，也为上述反应的进行提供了有利条件。

x(CaO)+y(Al₂O₃)＝(x CaO·y Al₂O₃)                  (4)

x(CaO)+y(Al₂O₃)+z(SiO₂)＝(x CaO·y Al₂O₃·z SiO₂)  (5)

通常情况下，在脱硫效率低于50％以下时，由于脱硫剂加入数量相对较少，最终不能有效促进反应(4)、(5)向右进行，也即不能有效降低渣中Al₂O₃含量；而在脱硫效率高于75％以上时，根据式(3)可知，会显著降低渣的氧化性，同样不利于渣-钢间Ti的分配比提高。

由于冶炼过程，钢包顶渣和钢液同在一个反应容器，因此Ti在渣、钢间共存。渣-钢间Ti的分配比越高，钢包顶渣中的Ti容量就越高，钢液中的Ti含量就越低；反之，渣-钢间Ti的分配比越低，钢包顶渣中的Ti容量就越低，钢液中的Ti含量就越高。脱硫效果对渣-钢间Ti的分配比的影响如图4所示。

本发明的出发点就是，通过控制改质效果、脱硫效果，达到控制渣-钢间Ti的分配比的目的，进而避免钢液增Ti。以上两点，改质效果、脱硫效果均与以往传统的控制要求不同。通常转炉出钢不进行改质，也没有渣成分要求，且脱硫效果希望越低越好。

附图说明

图1为精炼RH冶炼过程S、Ti含量变化示意图；

图2为渣中T.Fe含量与Ti分配比的关系示意图；

图3为渣中Al₂O₃含量与Ti分配比的关系示意图；

图4为精炼RH脱硫效率和增Ti率的关系示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

铁水、废钢按照比例进行搭配，经300吨转炉冶炼，精炼RH脱碳、脱氧、合金化后进行深脱硫，之后经脱气、连铸后，得到170mm～250mm厚、800mm～1400mm宽的铸坯，钢中Ti含量的控制情况见表1。

在本实施例中，脱硫剂选用：由70％石灰和30％萤石混合组成，脱硫剂中的石灰采用高活性低碳含量的优质石灰，CaO含量在90％以上，活性度在350N·L以上，采用优质萤石，CaF₂含量在95％以上。

从表1可以看出，比较例中，铸坯的Ti含量均大于15ppm；本发明实施例中，铸坯的Ti含量均小于15ppm。铸坯的Ti含量控制效果与Si、Mn、Al、P等元素含量基本无关，而主要受钢包顶渣中，三氧化二铝Al₂O₃、全铁T.Fe、以及脱硫效率η_S的影响。在三者同时具备精炼RH脱碳结束时，钢包顶渣成分T.Fe含量≥5％、Al₂O₃含量≤23％的控制要求，以及脱硫效果介于50％～75％的控制要求时，可以有效控制铸坯中的Ti含量。并且，在T.Fe含量≤12％之前，T.Fe含量越高，Ti控效果越好，而在T.Fe含量更高时，Ti控效果没有明显变化；其次，在Al₂O₃含量≤23％之前，Al₂O₃含量越低，Ti控效果越好，而在Al₂O₃含量高于23％之后，Ti控效果急剧下降；此外，最佳的脱硫效率介于50％～75％，过低、过高的脱硫效果均不利于Ti控，尤其是脱硫效率高于75％之后，Ti控效果急剧下降。

实际生产过程中，三者必须同时具备条件，方能有效控制铸坯Ti含量，缺一不可。另外，在最佳的脱硫效率50％～75％之间，随T.Fe含量升高、Al₂O₃含量降低，Ti控效果最佳。

本发明通过控制顶渣化学成分，优化精炼RH脱硫工艺后，可以在不增加制造成本的前提下，有效降低超低碳铝硅镇静钢的Ti含量。

Claims (1)

1.超低碳铝硅镇静钢的极低Ti控制方法，超低碳铝硅镇静钢的化学成分重量百分比为：C≤0.005％、Si：0.1～3.4％、Mn：0.1～0.5％、P≤0.2％、S≤0.002％、Al：0～1.2％、N≤0.005％，Ti≤0.0015％，余量为Fe及不可避免的夹杂；具有上述化学成分的钢液经铁水预处理、冶炼、精炼RH冶炼和浇注成坯后获得；其中，对钢包顶渣进行改质处理，添加钙铝基改质剂，0.6～1.7kg/t钢，确保精炼RH脱碳结束时，钢包顶渣成分T.Fe含量≥5％、Al₂O₃含量≤23％的控制要求；精炼RH脱碳结束时，采用硅铁、铝铁或锰铁进行脱氧、合金化，然后采用脱硫剂进行深脱硫，脱硫率50％～75％；

其中，脱硫剂的重量百分比为：CaO：65％～75％；Al₂O₃：15％～30％；CaF₂：0～10％；脱硫剂添加方法如下：

钢包中硫的初始百分含量为：0.0021～0.0025％，脱硫剂添加量：3.3～4.0kg/t钢；

钢包中硫的初始百分含量为：0.0026～0.0030％，脱硫剂添加量：4.0～6.0kg/t钢。

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