專(zhuān)利名稱(chēng)：低氧鋼生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋼鐵冶金領(lǐng)域，特別涉及低氧鋼生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
汽車(chē)板、鋼質(zhì)易拉罐等產(chǎn)品對(duì)鋼材的表面質(zhì)量和深沖成形加工性能有極高要求，廣泛采用低碳、超低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼。如IF鋼，[C]＜40ppm，甚至要求[C]＜20ppm；同時(shí)T.O(全氧)含量盡可能低，以減少Al2O3類(lèi)氧化物夾雜對(duì)鋼的內(nèi)在質(zhì)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(chǎn)品發(fā)生裂紋缺陷指數(shù)的關(guān)系。
控制鋼水中的T.O(全氧)含量是冶煉低碳、超低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼的關(guān)鍵技術(shù)之一。
目前，低碳、超低碳鋁、鎮(zhèn)靜鋼，如IF鋼、O5板、DR材等采用的冶煉工藝技術(shù)鐵水預(yù)處理+轉(zhuǎn)爐冶煉+真空脫氣(1)鐵水預(yù)處理主要目的是脫硫；或在鐵水預(yù)處理階段除進(jìn)行脫硫外，還進(jìn)行脫硅和脫磷，即所謂的“三脫”處理；(2)轉(zhuǎn)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(zhèn)靜鋼的生產(chǎn)中，轉(zhuǎn)爐吹煉不進(jìn)行拉碳作業(yè)，出鋼過(guò)程中也不加任何合金進(jìn)行鋼包合金化，而是采用在出鋼過(guò)程中加石灰或石灰為基的復(fù)合造渣劑，出鋼結(jié)束后向鋼包渣面鋪撒含有金屬鋁的渣還原劑對(duì)鋼包渣改質(zhì)處理。以保證鋼水中有一定的F[O](自由氧或活性氧)，促進(jìn)鋼水在真空脫氣狀態(tài)下進(jìn)一步脫碳；向鋼包渣面鋪撒的含有金屬鋁的渣還原劑可進(jìn)一步降低渣中(FeO)、(MnO)等低價(jià)氧化物含量，降低渣的氧化性；鋼包渣中(FeO)+(MnO)與RH處理后鋼包鋼水T.O(全氧)關(guān)系，如圖5所示為，T.O(全氧)隨(FeO)+(MnO)增加而增加。一般而言，轉(zhuǎn)爐停吹爐渣中(T.Fe)(全鐵)17-22％，(MnO)3.00-5.00％。因此，目前廣泛采用的工藝是在出鋼過(guò)程中加石灰或石灰為基的復(fù)合物(加入量2.5-4.5kg/t)，出鋼結(jié)束后向鋼包渣面鋪撒含金屬鋁的還原渣(加入量1.30-3.00kg/t)，進(jìn)行渣改質(zhì)以降低鋼包渣中的(FeO)+(MnO)。由于CaO和Al2O3其熔點(diǎn)均在2000℃以上，出鋼過(guò)程中加入的石灰或石灰為基的復(fù)合物中只有一部分石灰溶于渣中——，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(dòng)性、傳質(zhì)性及吸附夾雜能力大大降低；出鋼結(jié)束后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(dòng)和傳質(zhì)較差的鋼包渣，使渣還原劑的改質(zhì)功效大大降低。由此帶來(lái)的問(wèn)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(dòng)性、傳質(zhì)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(jìn)一步脫碳，調(diào)整合金成份和溫度。
在真空條件下，PCO(一氧化碳分壓)降低更有利于[C]+[O]反應(yīng)進(jìn)行，利用鋼水中的F[O]和OB吹氧進(jìn)一步脫碳到目標(biāo)要求的超低碳水平。脫碳結(jié)束以后，進(jìn)行鋁脫氧及鋼水合金化，并成份及溫度均勻。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種低氧鋼生產(chǎn)方法，可降低中間包鋼水中的T.O(全氧)含量，降低生產(chǎn)成本。
本發(fā)明的原理是鋼中的T.O(全氧)包括F[O](自由氧——溶解于鋼水中的氧)和復(fù)合氧(氧化物)，采用鋁脫氧lgK＝lg([Al]2[O]3)＝-62780/T+20.54在1873K(1600℃)時(shí)，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(lái)自于鋼中非常細(xì)小的氧化物夾雜。減少氧化物夾雜物的產(chǎn)生量，促進(jìn)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(guān)鍵。
超低碳([C]＜40ppm)冶煉工藝原理，如圖2所示。轉(zhuǎn)爐吹煉至低碳水平(0.03-0.06％)出鋼，未脫氧的鋼水進(jìn)行真空處理(如RH本處理)。
在真空狀態(tài)下，；lgK=lgPcoa[C]·a[O]=1160T+2.003]]>[%O]=PCOK[%C]fC·fO]]>由于PCO明顯降低，如PCO由0.1Mpa(1atm)降到0.13Kpa。真空促進(jìn)了脫碳脫氧反應(yīng)的進(jìn)行，鋼水初始[％C]大致是0.03-0.04，相應(yīng)的初始[％O]約為0.06，經(jīng)過(guò)真空處理(如RH本處理)脫碳、脫氧，可使終點(diǎn)碳降低至30ppm以下。
從熱力學(xué)角度看，圖3所示，不同真空度下的[C]-[O]平衡曲線(xiàn)。在0.13Kpa真空度下(PCO＝132Pa)，脫碳至6ppm時(shí)的平衡氧位也僅高出30-50ppm而已；但從動(dòng)力學(xué)角度(如圖4所示)，當(dāng)游離氧F[O]＜300ppm時(shí)，脫碳速度明顯受[O]的傳輸控制。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中當(dāng)脫碳達(dá)到20ppm以下目標(biāo)時(shí)，保證鋼水游離氧F[O]＞200ppm是適宜的，但游離氧F[O]過(guò)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(jìn)一步脫碳及成份、溫度調(diào)整。
真空條件下的脫碳Ct=C0·e(-kc·t);]]>Kc=wW·akw+ak]]>Kc——表現(xiàn)脫碳速率，min-1t——脫碳時(shí)間，minw——鋼液的循環(huán)流量，t/sW——鋼液的重量，TAk——容量系數(shù)，t/s增加浸漬管直徑和提高吹氣速率，增加鋼液的循環(huán)流量，以及提高真空度能有效提高表現(xiàn)脫碳速率。
圖7所示為氧位對(duì)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(shù))幾乎沒(méi)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(yīng)，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(guān)系，基本估算1NM3(O2)→2.50-3.00ppm(F[O])；由于轉(zhuǎn)爐出鋼鋼包渣未進(jìn)行脫氧改質(zhì)，一部分鋼包渣中的氧將參與真空下的脫碳反應(yīng)。
脫碳結(jié)束后，加脫氧鋁和成品鋁前的鋼水F[O]＜350ppm，在保證生產(chǎn)節(jié)奏下，可減少Al的消耗及(Al2O3)的產(chǎn)生量，如圖8所示鋁投入總量(kg)與F[O](ppm)之間的關(guān)系；本發(fā)明的技術(shù)解決方案是低氧鋼生產(chǎn)方法，包括如下步驟，a)鐵水預(yù)處理，主要目的是脫硫；b)轉(zhuǎn)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(jìn)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(dá)到在真空處理中不必OB吹氧加鋁升溫就能滿(mǎn)足澆鑄所需的溫度；c)真空脫氣精煉，主要目的是進(jìn)一步脫碳及成份、溫度調(diào)整；真空精煉脫碳處理前鋼包鋼水溫度1590-1620℃，盡可能減少OB氧加鋁升溫；d)出鋼，鋼包加入渣改質(zhì)劑，加入量為4.00-7.00kg/t；在出鋼開(kāi)始后，對(duì)鋼流加入渣改質(zhì)劑，加入量為4.00-7.00kg/t；此類(lèi)鋁酸鈣渣系的熔點(diǎn)在1400℃(C12A7)，在出鋼及鋼包鋼水溫度在1600℃以上條件下，此類(lèi)渣能夠迅速地熔化，上浮到鋼液面上。由于新渣改質(zhì)劑為預(yù)熔型，不含金屬鋁，其優(yōu)點(diǎn)是鋼水溫降小，可在出鋼過(guò)程中加入，不影響鋼包鋼水的自由氧含量，沒(méi)有大量的活性(Al2O3)產(chǎn)生，對(duì)鋼中的(Al2O3)等氧化物夾雜有較強(qiáng)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(zhì)劑0.15-0.35kg/t，進(jìn)一步降低渣中(FeO)+(MnO)含量。
其中，所述的步驟d的渣改質(zhì)劑為預(yù)溶型鋁酸鈣，成分(質(zhì)量百分比)CaO 60-40％，Al2O340-60％，如圖6所示。
所述的步驟e渣改質(zhì)劑中金屬鋁含量為45-50％。
本發(fā)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(jié)束的脫氧鋁消耗下降了11％；(4)轉(zhuǎn)爐鋼包渣改質(zhì)成本下降了23％以上。


圖1為中間包鋼水T.O(全氧)與產(chǎn)品發(fā)生裂紋缺陷指數(shù)的關(guān)系。
圖2為真空脫碳時(shí)[C]和[O]的變化。
圖3為不同真空度下的[C]-[O]平衡曲線(xiàn)。
圖4為含氧量對(duì)脫碳的作用的示意圖。
圖5為鋼包渣中(FeO)+(MnO)與RH處理后鋼包鋼水T.O(全氧)關(guān)系。
圖6為CaO-Al2O3兩元渣系相圖。
圖7所示為氧位對(duì)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(guān)系。
圖9所示為OB通氧量與F[O]間的關(guān)系。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例見(jiàn)表1，本發(fā)明的低氧鋼生產(chǎn)方法，首先鐵水預(yù)處理，脫硫；接著轉(zhuǎn)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℃；然后真空脫氣精煉，以進(jìn)一步脫碳及成份、溫度調(diào)整，真空精煉脫碳處理前鋼包鋼水溫度1590-1620℃；脫碳結(jié)束后，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(zhì)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(zhì)劑0.15-0.35kg/t，進(jìn)一步降低渣中(FeO)+(MnO)含量。
表2所示為鋼包渣成份變化實(shí)例，一般而言，轉(zhuǎn)爐停吹爐渣T.Fe(全鐵)17-22％，MnO3.00-5.00％，具有非常高的氧化性，除采用各種擋渣方法盡可能減少高氧化性的轉(zhuǎn)爐渣在出鋼過(guò)程下渣到鋼包中外，還必須在出鋼過(guò)程中加入渣改質(zhì)劑對(duì)鋼包渣進(jìn)行改質(zhì)，降低鋼包渣中的T.Fe(全鐵)、MnO等氧化物含量，并生成對(duì)Al2O3等氧化物夾雜吸附能力強(qiáng)的低熔點(diǎn)的鋁酸鈣；在真空精煉脫碳結(jié)束加脫氧鋁和成品鋁后，澆鑄前，向鋼包鋼水渣面鋪撒含金屬鋁45-50％的改質(zhì)渣，進(jìn)一步降低渣中(FeO)+(MnO)含量，降低RH處理結(jié)束渣的氧化性，同時(shí)吸附鋁脫氧生成的Al2O3夾雜(RH處理結(jié)束渣中的Al2O3含量明顯上升)。
表1

表2鋼包渣成份

權(quán)利要求
1.低氧鋼生產(chǎn)方法，包括如下步驟，a)鐵水預(yù)處理，b)轉(zhuǎn)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(zhì)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(zhì)劑0.15-0.35kg/t，進(jìn)一步降低渣中(FeO)+(MnO)含量。
2.如權(quán)利要求1所述的低氧鋼生產(chǎn)方法，其特征是，所述的改質(zhì)劑為預(yù)溶型鋁酸鈣，成分(質(zhì)量百分比)CaO 60-40％，Al2O340-60％。
3.如權(quán)利要求1所述的低氧鋼生產(chǎn)方法，其特征是，脫碳結(jié)束后，加脫氧鋁和成品鋁前的鋼水游離氧F[O]＜350ppm。
4.如權(quán)利要求1所述的低氧鋼生產(chǎn)方法，其特征是，所述的步驟e渣改質(zhì)劑中金屬鋁含量為45-50％。
全文摘要
低氧鋼生產(chǎn)方法，包括如下步驟，a.鐵水預(yù)處理；b.轉(zhuǎn)爐冶煉，停吹碳[C]
文檔編號(hào)C21C7/00GK1676621SQ200410017309
公開(kāi)日2005年10月5日 申請(qǐng)日期2004年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月30日
發(fā)明者孫興洪, 鄭貽裕, 鐘志敏, 周繼剛, 王俊凱 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司