TWI450973B - 煉鋼製程 - Google Patents

Description

煉鋼製程

本發明是有關於一種煉鋼製程，且特別是有關於一種適用於煉製加鈣處理鋼種的煉鋼製程。

在鋼胚(Slab)的生產製程中，為了提升生產效率，通常會以連續鑄造方式來生產鋼胚，其中利用此方式生產之鋼胚一般稱之為連鑄鋼胚。而在上述連鑄鋼胚之特定煉鋼過程中，會加入鈣以控制形成連鑄鋼胚之鋼液中介在物的形態。

上述加鈣處理鋼種的煉鋼製程簡述如下，首先進行轉爐(Basic Oxygen Furnace；BOF)煉鋼步驟，以對轉爐中之鋼液進行吹氧除碳。接著，進行盛鋼桶精煉步驟，於盛鋼桶精煉站之盛鋼桶精煉爐(Ladle Furnace；LF)對鋼液進行升溫與調渣。完成盛鋼桶精煉步驟後，進行真空精煉(RH)步驟，以真空脫氣設備促進鋼液中所包含之氧與碳的結合，進而對鋼液脫氧與脫碳。此外，在真空精煉步驟中，更添加特定之合金至鋼液中，藉此調整鋼液之成分。再者，更可於真空精煉步驟中實施吹氧程序，藉此提升鋼液之溫度，或對鋼液實施吹射脫硫程序。

緊接在上述盛鋼桶精煉步驟之後，進行加鈣步驟，由鋼液之表面射入鈣線，以形成熔融態之加鈣處理鋼種。最後，進行澆鑄步驟，藉此形成連鑄鋼胚。

在上述加鈣處理鋼種的煉鋼製程中，若鋼液中之鈣回收不佳，則於澆鑄過程中，盛鋼桶之流鋼嘴以及鋼液分配器(Tundish)之浸入式鎔鋼嘴(SEN)容易發生堵塞。特別是在澆鑄過程的末期，此時盛鋼桶之流鋼嘴的鋼通量越來越小，甚至當盛鋼桶底部之閥門全部打開之後，鋼液分配器之鋼通量仍然無法滿足連續鑄造所需之鋼通量。更有甚者，鋼液持續凝固並累積於盛鋼桶之流鋼嘴或鋼液分配器之浸入式鎔鋼嘴中，使得澆鑄過程中斷。

經研究後顯示，盛鋼桶之流鋼嘴或鋼液分配器之浸入式鎔鋼嘴中是否會產生阻塞之情況，主要係與鋼液中所加入之鈣含量多寡有關，其中鈣含量太多或太少，都會造成上述之阻塞情況。而在上述加鈣步驟中，加鈣主要係避免形成固態三氧化二鋁(Al₂ O₃ )，藉由添加適量的鈣，可將三氧化二鋁轉變為液態。然而，當鋼液中所加入之鈣含量太少時，容易在鋼液中形成由氧化鈣與三氧化二鋁所組成之高熔點的鋁酸鈣化合物(CaO‧2 Al₂ O₃ )，故容易造成上述之堵塞現象。而當鋼液中所加入之鈣含量太多時，則容易在鋼液中形成高熔點之硫化鈣(CaS)，同樣亦容易造成上述之堵塞現象。因此，所添加鈣之含量的多寡與鋼液中之熔渣成分與含量有關。若能在煉鋼製程中擁有精確的熔渣設計能力和控制技術，則可控制所添加鈣的含量，進而避免造成上述之堵塞現象。

此外，當上述堵塞情況形成之後，必須暫停澆鑄過程，並將鋼液回爐重新煉製。因此，將增加原料與能源的損耗，並影響煉鋼製程整體的產能。

在習知技術中，美國賓夕法尼亞州華倫岱爾市出版之鋼鐵技術協會2009會議記錄第543至558頁之文章「鋼澆注製程中盛鋼桶噴嘴堵塞之調查」(Investigation on Ladle Nozzle Clogging during Steel Pouring Process: AISTech 2009 Proceedings,vol. II,Warrandale,PA,2009,pp.543-558.)揭露有與加鈣處理鋼種相關之煉鋼製程，其主要步驟包含在轉爐吹煉完成時添加渣改質劑，並於精煉完成時進行矽化鈣線添加處理，此製程主要缺點在於需使用渣改質劑。

此外，安徽冶金2009年第2期第33至37頁之文章「鈣鐵包蕊線的製作及其在鈣處理中的應用」亦揭露有與加鈣處理鋼種相關之煉鋼製程，其主要步驟包含在轉爐出鋼過程中添加合金之後，再以5公斤之精煉渣/每噸之鋼液至8公斤之精煉渣/每噸之鋼液之比例將精煉渣加入至盛鋼桶之鋼液中，接著以盛鋼桶精煉爐進行調渣精煉，最後進行加鈣處理。其中，此製程主要缺點在於必須以盛鋼桶精煉爐進行升溫調渣，因此將增加能源成本支出。

因此，本發明之目的係在提供一種煉鋼製程，其適用於煉製加鈣處理鋼種，藉由將出鋼步驟、精煉脫氧以及合金化製程最佳化，可避免上述鈣回收不佳進而導致堵塞之情況。

根據本發明之一實施例，提供一種適用於煉製加鈣處理鋼種之煉鋼製程。此煉鋼製程包含：進行提供鋼液之前製程；進行出鋼步驟，以於鋼液之出鋼過程中，添加金屬鋁及錳鐵合金至此鋼液中，其中金屬鋁與鋼液之比例範圍為1.4公斤之金屬鋁/每噸之鋼液至2.0公斤之金屬鋁/每噸之鋼液，而錳鐵合金與鋼液之比例範圍為10公斤之錳鐵合金/每噸之鋼液至20公斤之錳鐵合金/每噸之鋼液；進行出鋼後步驟，以於鋼液之出鋼過程之後，添加金屬鋁至鋼液中，並對此鋼液進行1分鐘至3分鐘的攪拌，其中金屬鋁與鋼液之比例範圍為0.3公斤之金屬鋁/每噸之鋼液至0.6公斤之金屬鋁/每噸之鋼液；進行真空精煉步驟，以添加特定之合金至上述鋼液以調整此鋼液之成分；以及進行加鈣步驟，以添加鈣線至上述鋼液中以形成加鈣處理鋼種。

根據本創作之另一實施例，上述煉鋼製程之加鈣步驟更包含添加氬氣至上述鋼液中，藉由此氬氣攪拌鋼液，以使得鋼液之成分與溫度均勻。

根據本發明之又一實施例，上述煉鋼製程更包含於加鈣步驟之後進行澆鑄步驟，用以澆鑄熔融態之加鈣處理鋼種，藉此形成連鑄鋼胚。

本發明之優點在於藉由將出鋼步驟與精煉脫氧以及合金化製程最佳化，並利用合金的脫氧性與鋼渣充分反映，以有效降低鋼渣氧化性，進而達到無需進行盛鋼桶精煉步驟或採用渣改質劑即可提高鈣回收率之目標。因此，可大幅減少加鈣處理鋼種之煉鋼製程的成本支出。

請參照第1圖，其係繪示根據本發明之一實施例之煉鋼製程的流程圖，其中此煉鋼製程係適用於煉製加鈣處理鋼種。煉鋼製程100開始於前製程102。在前製程102中，主要係用以提供一鋼液，其中前製程102可包含多個熟悉此技藝者所熟知之製程步驟。例如在特定實施例中，前製程102更包含有脫硫步驟，其中此脫硫步驟係用以添加脫硫劑[例如氧化鈣(CaO)]至上述鋼液中，並對此鋼液進行攪拌以去除鋼液中的硫成分，例如常見之KR脫硫法。

此外，在其他實施例中，前製程102更包含轉爐煉鋼步驟，用以對容設在特定之轉爐中之上述鋼液進行吹煉步驟或強制脫氧步驟，其中吹煉步驟係用以對鋼液進行吹氧除碳。

煉鋼製程100繼續進行至出鋼步驟104，在上述前製程102之鋼液的出鋼過程中，添加金屬鋁及錳鐵合金至鋼液中，其中金屬鋁與鋼液之比例範圍為1.4公斤之金屬鋁/每噸之鋼液至2.0公斤之金屬鋁/每噸之鋼液。若金屬鋁與鋼液之比例小於1.4公斤之金屬鋁/每噸之鋼液，則鋼液有脫氧不完全之慮。反之，若金屬鋁與鋼液之比例大於2.0公斤之金屬鋁/每噸之鋼液，則鋼液中含熔解鋁偏高有超出鋼品規格之慮。故金屬鋁與鋼液之比例範圍較佳係介於上述二數據之間。

此外，在上述出鋼步驟104中，錳鐵合金與鋼液之比例範圍為10公斤之錳鐵合金/每噸之鋼液至20公斤之錳鐵合金/每噸之鋼液。若錳鐵合金與鋼液之比例小於10公斤之錳鐵合金/每噸之鋼液，則產品無法滿足鋼品規範，因此需在後續之精煉步驟補加過量之錳合金。反之，若錳鐵合金與鋼液之比例大於20公斤之錳鐵合金/每噸之鋼液，則鋼品錳含量會超出規範。故錳鐵合金與鋼液之比例範圍較佳係介於上述二數據之間。

在出鋼步驟104中，添加金屬鋁至鋼液，主要係用來對鋼液進行脫氧，而添加錳鐵合金至鋼液，其主要功能係將鋼液之合金化提前，藉此降低後續之鋼液精煉的負擔。

接著進行出鋼後步驟106，於上述鋼液之出鋼過程之後，添加與上述出鋼步驟104中相同之金屬鋁至鋼液中。此外，在將金屬鋁添加至鋼液中之後，更對此鋼液進行攪拌1分鐘至3分鐘，藉此使得金屬鋁與鋼液二者能夠充分混合。在此出鋼後步驟106中，若上述金屬鋁與鋼液之比例範圍太小，則無法有效降低熔渣之氧化性。反之，若金屬鋁與鋼液之比例範圍太大，則鋼液中含熔解鋁有超出鋼品規格之慮。故金屬鋁與鋼液之比例範圍較佳為0.3公斤之金屬鋁/每噸之鋼液至0.6公斤之金屬鋁/每噸之鋼液。

在完成上述出鋼後步驟106之後，煉鋼製程100接著進行真空精煉步驟108。在真空精煉步驟108中，主要係用以添加特定之合金至經由上述出鋼後步驟106處理後的鋼液中，藉此調整鋼液的成分。在真空精煉步驟108中，更以真空脫氣設備來促進鋼液中所包含之氧與碳的結合，進而對鋼液進行脫氧與脫碳，亦即真空精煉步驟108包含對鋼液進行脫碳步驟與脫氧步驟。

此外，在特定之實施例中，更於真空精煉步驟108中使用氬氣環流管來促進鋼液於容器中的循環，藉此促進鋼液中之介在物的上浮。再者，真空精煉步驟108之功能更包含用以提高合金回收率。

煉鋼製程100接著進行加鈣步驟110，用以添加鈣至經由鋼液中，藉此形成加鈣處理鋼種。具體來說，將粉末狀或線狀之鈣由鋼液之表面射入，藉此形成熔融態之加鈣處理鋼種。而在特定之實施例中，為了避免製程中的揮發散逸，故在加鈣步驟110之所採用之鈣為鈣線。在加鈣步驟110中，加入鈣主要係用以控制鋼液中之介在物的形態，進而避免鋼液中形成容易堵塞盛鋼桶之流鋼嘴或鋼液分配器之浸入式鎔鋼嘴的高熔點化合物。

在特定之實施例中，上述之加鈣步驟110更包含添加氬氣至鋼液中，其主要功能係藉由氬氣來攪拌鋼液，藉此使得鋼液之成分與溫度均勻。此外，在加鈣步驟110中，為了進一步對鋼液進行脫氧，此加鈣步驟110更包含添加鋁線至鋼液中。

在完成加鈣步驟110之後，煉鋼製程100可接著進行澆鑄步驟112，用以澆鑄由加鈣步驟110所獲得之熔融態之加鈣處理鋼種，藉此形成連鑄鋼胚。

根據以上所述，煉鋼製程100所需添加鈣之含量的多寡與鋼液中之熔渣成分與含量有關。因此，在本發明之煉鋼製程100中，主要係利用控制出鋼步驟104與出鋼後步驟106中所添加之金屬鋁及錳鐵合金分別與鋼液之比例，來最佳化鋼液中熔渣之成分與含量，亦即透過將煉鋼製程100中之出鋼步驟、精煉脫氧以及合金化製程最佳化，進而控制所需添加之鈣的含量，避免造成上述之堵塞現象。在本發明之煉鋼製程100中，主要係藉由控制熔渣之成分與含量，進而控制所需添加之鈣的含量，可改善習知煉鋼製程中，鈣回收不佳之缺點，故可避免堵塞之情況的發生。

相較於習知之煉鋼製程，本發明之煉鋼製程100排除了使用渣改質劑之步驟，亦即煉鋼製程100並未使用渣改質劑來降低渣的氧化性，可避免精煉過程中介在物持續的增加。若精煉過程中介在物持續的增加，在澆鑄過程未即時上浮去除，這些介在物將附著在浸入式鎔鋼嘴中，造成流道縮小鋼液流量不足而使得澆鑄過程中斷。

此外，本發明之煉鋼製程100更排除了盛鋼桶精煉步驟。本發明之煉鋼製程100無需藉由盛鋼桶精煉步驟來升溫調渣，以提高鈣的回收率，進而達成增加鋼液澆鑄性的目的。因此，可大幅降低盛鋼桶精煉步驟中升溫所耗損之能源，達到節省煉鋼製程之成本的目的。

請參照以下表一，其中表一係用以表示採用本發明之煉鋼製程100之實施例，以及採用習知包含有盛鋼桶精煉步驟之煉鋼製程之比較例二者所使用之金屬鋁、盛鋼桶精煉之能源費用以及鈣回收率的比較。其中，使用之金屬鋁係以每噸鋼液使用之鋁的公斤數來加以表示(單位為Kg/T)，而盛鋼桶精煉之能源費用則以每噸鋼液使用之電費來加以表示(單位為元/T)，至於鈣回收率之單位則為百分比(%)。

此外，要特別說明的是，表一中之比較例所採用之煉鋼製程，係實質等同於上述先前技術中所述之「加鈣處理鋼種的煉鋼製程」。

根據以上表一可知，相較於採用習知煉鋼製程之比較例，採用本發明之煉鋼製程100，除了每噸鋼液所使用之金屬鋁的用量較大之外，在每噸鋼液使用之電費以及鈣回收率二方面，煉鋼製程100均有較佳之表現。其中，較少的電費意味著較低的能源成本，而較佳的鈣回收率則意味著盛鋼桶之流鋼嘴以及鋼液分配器之浸入式鎔鋼嘴堵塞的機率較低。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．煉鋼製程

102．．．前製程

104．．．出鋼步驟

106．．．出鋼後步驟

108．．．真空精煉步驟

110．．．加鈣步驟

112．．．澆鑄步驟

為了能夠對本發明之觀點有較佳之理解，請參照上述之詳細說明並配合相應之圖式。要強調的是，根據工業之標準常規，附圖中之各種特徵並未依比例繪示。事實上，為清楚說明上述實施例，可任意地放大或縮小各種特徵之尺寸。相關圖式內容說明如下。

第1圖係繪示根據本發明之一實施例之煉鋼製程的流程圖，其中此煉鋼製程係適用於煉製加鈣處理鋼種。

100．．．煉鋼製程

102．．．前製程

104．．．出鋼步驟

106．．．出鋼後步驟

108．．．真空精煉步驟

110．．．加鈣步驟

112．．．澆鑄步驟

Claims (9)

1. 一種煉鋼製程，適用於煉製一加鈣處理鋼種，其中該煉鋼製程包含：進行一前製程，以提供一鋼液；進行一出鋼步驟，以於該鋼液之出鋼過程中，添加一金屬鋁及一錳鐵合金至該鋼液中，該金屬鋁與該鋼液之比例範圍為1.4公斤之該金屬鋁/每噸之該鋼液至2.0公斤之該金屬鋁/每噸之該鋼液，該錳鐵合金與該鋼液之比例範圍為10公斤之該錳鐵合金/每噸之該鋼液至20公斤之該錳鐵合金/每噸之該鋼液；進行一出鋼後步驟，以於該鋼液之出鋼過程之後，添加該金屬鋁至該鋼液中，並對該鋼液進行1分鐘至3分鐘的攪拌，該金屬鋁與該鋼液之比例範圍為0.3公斤之該金屬鋁/每噸之該鋼液至0.6公斤之該金屬鋁/每噸之該鋼液；進行一真空精煉步驟，以添加特定之合金至該鋼液以調整該鋼液之成分；以及進行一加鈣步驟，以添加一鈣至該鋼液中以形成該加鈣處理鋼種。
2. 如請求項1所述之煉鋼製程，其中該前製程更包含：進行一脫硫步驟，以添加一脫硫劑至該鋼液中，並對該鋼液進行攪拌以去除該鋼液中之硫成分。
3. 如請求項1所述之煉鋼製程，其中該前製程更包含：進行一轉爐煉鋼步驟，以對容設在一轉爐中之該鋼液進行一吹煉步驟或一強制脫氧步驟。
4. 如請求項1所述之煉鋼製程，其中該真空精煉步驟更包含對該鋼液進行一脫碳步驟。
5. 如請求項1所述之煉鋼製程，其中該真空精煉步驟更包含對該鋼液進行一脫氧步驟。
6. 如請求項1所述之煉鋼製程，其中該加鈣步驟更包含添加一氬氣至該鋼液中，藉由該氬氣攪拌該鋼液，以使得該鋼液之成分與溫度均勻。
7. 如請求項1所述之煉鋼製程，其中該加鈣步驟更包含添加一鋁線至該鋼液中，藉此對該鋼液進行脫氧。
8. 如請求項1所述之煉鋼製程，其中該加鈣步驟之該鈣係一鈣線。
9. 如請求項1所述之煉鋼製程，更包含於該加鈣步驟之後進行一澆鑄步驟，以澆鑄熔融態之該加鈣處理鋼種，藉此形成一連鑄鋼胚。