低氧鋼生產方法
2023-09-21 01:24:35 1
專利名稱：低氧鋼生產方法
技術領域：
本發明屬於鋼鐵冶金領域，特別涉及低氧鋼生產方法。
背景技術：
汽車板、鋼質易拉罐等產品對鋼材的表面質量和深衝成形加工性能有極高要求，廣泛採用低碳、超低碳鋁鎮靜鋼。如IF鋼，[C]＜40ppm，甚至要求[C]＜20ppm；同時T.O(全氧)含量儘可能低，以減少Al2O3類氧化物夾雜對鋼的內在質量和加工性能的不利影響。如圖1所示，中間包鋼水T.O(全氧)與產品發生裂紋缺陷指數的關係。
控制鋼水中的T.O(全氧)含量是冶煉低碳、超低碳鋁鎮靜鋼的關鍵技術之一。
目前，低碳、超低碳鋁、鎮靜鋼，如IF鋼、O5板、DR材等採用的冶煉工藝技術鐵水預處理+轉爐冶煉+真空脫氣(1)鐵水預處理主要目的是脫硫；或在鐵水預處理階段除進行脫硫外，還進行脫矽和脫磷，即所謂的「三脫」處理；(2)轉爐吹煉最主要的目的是脫碳和升溫；目前在低碳、超低碳低T.O(全氧)含量鋁鎮靜鋼的生產中，轉爐吹煉不進行拉碳作業，出鋼過程中也不加任何合金進行鋼包合金化，而是採用在出鋼過程中加石灰或石灰為基的複合造渣劑，出鋼結束後向鋼包渣面鋪撒含有金屬鋁的渣還原劑對鋼包渣改質處理。以保證鋼水中有一定的F[O](自由氧或活性氧)，促進鋼水在真空脫氣狀態下進一步脫碳；向鋼包渣面鋪撒的含有金屬鋁的渣還原劑可進一步降低渣中(FeO)、(MnO)等低價氧化物含量，降低渣的氧化性；鋼包渣中(FeO)+(MnO)與RH處理後鋼包鋼水T.O(全氧)關係，如圖5所示為，T.O(全氧)隨(FeO)+(MnO)增加而增加。一般而言，轉爐停吹爐渣中(T.Fe)(全鐵)17-22％，(MnO)3.00-5.00％。因此，目前廣泛採用的工藝是在出鋼過程中加石灰或石灰為基的複合物(加入量2.5-4.5kg/t)，出鋼結束後向鋼包渣面鋪撒含金屬鋁的還原渣(加入量1.30-3.00kg/t)，進行渣改質以降低鋼包渣中的(FeO)+(MnO)。由於CaO和Al2O3其熔點均在2000℃以上，出鋼過程中加入的石灰或石灰為基的複合物中只有一部分石灰溶於渣中——，還有一部分未熔石灰以(CaO)形式存在，使鋼包渣很快凝固，造成渣的流動性、傳質性及吸附夾雜能力大大降低；出鋼結束後向鋼包渣面鋪撒的含金屬鋁的還原渣，不能均布在渣面上，凝固的、流動和傳質較差的鋼包渣，使渣還原劑的改質功效大大降低。由此帶來的問題是鋼水溫降大；鋼水和渣中活性的(Al2O3)夾雜物大大增加；渣的流動性、傳質性及吸附夾雜物的能力大大降低。
(3)真空脫氣，OB(吹氧)，主要的目的是進一步脫碳，調整合金成份和溫度。
在真空條件下，PCO(一氧化碳分壓)降低更有利於[C]+[O]反應進行，利用鋼水中的F[O]和OB吹氧進一步脫碳到目標要求的超低碳水平。脫碳結束以後，進行鋁脫氧及鋼水合金化，並成份及溫度均勻。
發明內容
本發明的目的在於提供一種低氧鋼生產方法，可降低中間包鋼水中的T.O(全氧)含量，降低生產成本。
本發明的原理是鋼中的T.O(全氧)包括F[O](自由氧——溶解於鋼水中的氧)和複合氧(氧化物)，採用鋁脫氧lgK＝lg([Al]2[O]3)＝-62780/T+20.54在1873K(1600℃)時，K＝1.05×10-13。鋼水[Al]＝0.03-0.06％，鋼中的F[O]只有3-5ppm，因此，T.O(全氧)主要是來自於鋼中非常細小的氧化物夾雜。減少氧化物夾雜物的產生量，促進氧化物夾雜的聚集、上浮、吸附和去除是降低鋼中T.O(全氧)的關鍵。
超低碳([C]＜40ppm)冶煉工藝原理，如圖2所示。轉爐吹煉至低碳水平(0.03-0.06％)出鋼，未脫氧的鋼水進行真空處理(如RH本處理)。
在真空狀態下，；lgK=lgPcoa[C]a[O]=1160T+2.003]]>[%O]=PCOK[%C]fCfO]]>由於PCO明顯降低，如PCO由0.1Mpa(1atm)降到0.13Kpa。真空促進了脫碳脫氧反應的進行，鋼水初始[％C]大致是0.03-0.04，相應的初始[％O]約為0.06，經過真空處理(如RH本處理)脫碳、脫氧，可使終點碳降低至30ppm以下。
從熱力學角度看，圖3所示，不同真空度下的[C]-[O]平衡曲線。在0.13Kpa真空度下(PCO＝132Pa)，脫碳至6ppm時的平衡氧位也僅高出30-50ppm而已；但從動力學角度(如圖4所示)，當游離氧F[O]＜300ppm時，脫碳速度明顯受[O]的傳輸控制。因此，在實際生產中當脫碳達到20ppm以下目標時，保證鋼水游離氧F[O]＞200ppm是適宜的，但游離氧F[O]過高則將增加脫氧鋁消耗及鋼水的T.O(全氧)量。
真空精煉主要目的是進一步脫碳及成份、溫度調整。
真空條件下的脫碳Ct=C0e(-kct);]]>Kc=wWakw+ak]]>Kc——表現脫碳速率，min-1t——脫碳時間，minw——鋼液的循環流量，t/sW——鋼液的重量，TAk——容量係數，t/s增加浸漬管直徑和提高吹氣速率，增加鋼液的循環流量，以及提高真空度能有效提高表現脫碳速率。
圖7所示為氧位對脫碳的影響，在臨界含氧量[O]200ppm以上，兩種不同氧位下，Kc2(表觀脫碳速率常數)幾乎沒有顯著的差異。
真空精煉脫碳處理前鋼包鋼水F[O]450-750ppm，[C]200-500ppm，OB通氧量＜100NM3；從理論上講，反應，每脫1ppm[C]約需1.33(16/12)ppm[O]；圖9所示，300噸鋼包OB通氧量與游離氧F[O]間的關係，基本估算1NM3(O2)→2.50-3.00ppm(F[O])；由於轉爐出鋼鋼包渣未進行脫氧改質，一部分鋼包渣中的氧將參與真空下的脫碳反應。
脫碳結束後，加脫氧鋁和成品鋁前的鋼水F[O]＜350ppm，在保證生產節奏下，可減少Al的消耗及(Al2O3)的產生量，如圖8所示鋁投入總量(kg)與F[O](ppm)之間的關係；本發明的技術解決方案是低氧鋼生產方法，包括如下步驟，a)鐵水預處理，主要目的是脫硫；b)轉爐冶煉，主要目的是脫碳和升溫；停吹碳[C]E＝0.03-0.06％，停吹游離氧F[O]E＝700-1100PPM，停吹溫度TE≥1660℃；出鋼中不進行脫氧及合金化，以確保真空處理前鋼包鋼水碳([C]LD)0.02-0.06％，鋼包鋼水游離氧(F[O]LD)450-750PPM；鋼水溫度TLD以達到在真空處理中不必OB吹氧加鋁升溫就能滿足澆鑄所需的溫度；c)真空脫氣精煉，主要目的是進一步脫碳及成份、溫度調整；真空精煉脫碳處理前鋼包鋼水溫度1590-1620℃，儘可能減少OB氧加鋁升溫；d)出鋼，鋼包加入渣改質劑，加入量為4.00-7.00kg/t；在出鋼開始後，對鋼流加入渣改質劑，加入量為4.00-7.00kg/t；此類鋁酸鈣渣系的熔點在1400℃(C12A7)，在出鋼及鋼包鋼水溫度在1600℃以上條件下，此類渣能夠迅速地熔化，上浮到鋼液面上。由於新渣改質劑為預熔型，不含金屬鋁，其優點是鋼水溫降小，可在出鋼過程中加入，不影響鋼包鋼水的自由氧含量，沒有大量的活性(Al2O3)產生，對鋼中的(Al2O3)等氧化物夾雜有較強的吸附能力；e)澆鑄，鑄澆前，向鋼包鋼水渣面鋪撒含金屬鋁的渣改質劑0.15-0.35kg/t，進一步降低渣中(FeO)+(MnO)含量。
其中，所述的步驟d的渣改質劑為預溶型鋁酸鈣，成分(質量百分比)CaO 60-40％，Al2O340-60％，如圖6所示。
所述的步驟e渣改質劑中金屬鋁含量為45-50％。
本發明的有益效果(1)中間包鋼水T.O(全氧)含量下降了18％；(2)RH-OB氧量下降了20％；(3)精煉脫碳處理結束的脫氧鋁消耗下降了11％；(4)轉爐鋼包渣改質成本下降了23％以上。
圖1為中間包鋼水T.O(全氧)與產品發生裂紋缺陷指數的關係。
圖2為真空脫碳時[C]和[O]的變化。
圖3為不同真空度下的[C]-[O]平衡曲線。
圖4為含氧量對脫碳的作用的示意圖。
圖5為鋼包渣中(FeO)+(MnO)與RH處理後鋼包鋼水T.O(全氧)關係。
圖6為CaO-Al2O3兩元渣系相圖。
圖7所示為氧位對脫碳的影響。
圖8所示為為鋁投入總量(kg)與游離氧F[O](ppm)之間的關係。
圖9所示為OB通氧量與F[O]間的關係。
具體實施例方式
實施例見表1，本發明的低氧鋼生產方法，首先鐵水預處理，脫硫；接著轉爐冶煉，停吹碳[C]E＝0.03-0.06％，停吹游離氧F[O]E＝700-1100ppm，停吹溫度TE≥1660℃；然後真空脫氣精煉，以進一步脫碳及成份、溫度調整，真空精煉脫碳處理前鋼包鋼水溫度1590-1620℃；脫碳結束後，加脫氧鋁和成品鋁前的鋼水游離氧F[O]＜350ppm；出鋼，鋼包加入渣改質劑，加入量為4.00-7.00kg/t；澆鑄前，向鋼包鋼水渣面鋪撒含金屬鋁(45-50％)的渣改質劑0.15-0.35kg/t，進一步降低渣中(FeO)+(MnO)含量。
表2所示為鋼包渣成份變化實例，一般而言，轉爐停吹爐渣T.Fe(全鐵)17-22％，MnO3.00-5.00％，具有非常高的氧化性，除採用各種擋渣方法儘可能減少高氧化性的轉爐渣在出鋼過程下渣到鋼包中外，還必須在出鋼過程中加入渣改質劑對鋼包渣進行改質，降低鋼包渣中的T.Fe(全鐵)、MnO等氧化物含量，並生成對Al2O3等氧化物夾雜吸附能力強的低熔點的鋁酸鈣；在真空精煉脫碳結束加脫氧鋁和成品鋁後，澆鑄前，向鋼包鋼水渣面鋪撒含金屬鋁45-50％的改質渣，進一步降低渣中(FeO)+(MnO)含量，降低RH處理結束渣的氧化性，同時吸附鋁脫氧生成的Al2O3夾雜(RH處理結束渣中的Al2O3含量明顯上升)。
表1
表2鋼包渣成份
權利要求
1.低氧鋼生產方法，包括如下步驟，a)鐵水預處理，b)轉爐冶煉，停吹碳[C]E＝0.03-0.06％，停吹游離氧F[O]E＝700-1100ppm，停吹溫度TE≥1660℃；c)真空脫氣精煉，真空精煉脫碳處理前鋼包鋼水溫度1590-1620℃；d)出鋼，鋼包加入渣改質劑，加入量為4.00-7.00kg/t；e)澆鑄，鑄澆前，向鋼包鋼水渣面鋪撒含金屬鋁的渣改質劑0.15-0.35kg/t，進一步降低渣中(FeO)+(MnO)含量。
2.如權利要求1所述的低氧鋼生產方法，其特徵是，所述的改質劑為預溶型鋁酸鈣，成分(質量百分比)CaO 60-40％，Al2O340-60％。
3.如權利要求1所述的低氧鋼生產方法，其特徵是，脫碳結束後，加脫氧鋁和成品鋁前的鋼水游離氧F[O]＜350ppm。
4.如權利要求1所述的低氧鋼生產方法，其特徵是，所述的步驟e渣改質劑中金屬鋁含量為45-50％。
全文摘要
低氧鋼生產方法，包括如下步驟，a.鐵水預處理；b.轉爐冶煉，停吹碳[C]
文檔編號C21C7/00GK1676621SQ200410017309
公開日2005年10月5日 申請日期2004年3月30日 優先權日2004年3月30日
發明者孫興洪, 鄭貽裕, 鍾志敏, 周繼剛, 王俊凱 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司