專利名稱：鋼的鋼包精煉方法
技術領域：
本發明涉及鋼的鋼包精煉方法。它特別是，但不是唯一地，應用于可在連續的帶坯連鑄機上直接澆鑄成薄帶鋼的鋼的鋼包精煉。
已知可通過在雙輥連鑄機上連續澆鑄而澆鑄帶鋼。在這類方法中，鋼水被送入一對反向旋轉的臥式冷卻的鑄輥間，以使鋼殼在移動的鑄輥表面上凝固并在鑄輥間隙聚集以產生沿鑄輥間隙向下輸送的凝固帶鋼產品。鋼水也可通過中間包和位于中間包下部的鋼水輸送噴嘴送入輥口以使能從中間包接受鋼水并直接輸送到輥口，從而立即在輥口上形成支撐于鑄輥澆鑄面上的澆注池。這種澆注池可被限制在側板間或與鑄輥端以滑動嚙合保住的擋板間。
雙輥連鑄已成功地用于冷卻時能快速凝固的非鐵金屬如鋁方面。但是，在將這種技術應用于澆鑄鐵金屬時還存在問題。對鐵金屬來說，一個特殊的問題是存在產生堵塞雙輥連鑄機所需的特細鋼水通道的固體夾雜物的傾向。
在Bessemer法煉鋼早期的鋼錠產品中就實現了在鋼的鋼包脫氧中使用硅-錳，象這種反應產物熔融硅酸錳與鋼液中的殘余錳、硅和氧間的平衡關系已為人熟知。但是，在用板坯澆鑄然后再冷軋制造帶鋼的技術發展中，一般都避免硅/錳脫氧并認為必須使用鋁鎮靜鋼。在用板坯澆鑄然后再熱軋再冷軋制造帶鋼時，硅/錳鎮靜鋼產生了由于夾雜物在帶鋼產品的中間層集中而產生裂紋和其它缺陷的不能接受的高發生率。
在雙輥連鑄機上連鑄帶鋼時，希望沿鑄輥長度方向上產生以恒定速度良好控制鋼水流以獲得在鑄輥澆鑄面上鋼的充分快速并均勻冷卻。這就要求鋼水在固體夾雜物會析出并堵塞細流體通道的條件下，被強制流過鋼水輸送系統中耐火材料內的很細的流體通道。
通過在連續帶鋼的澆鑄軋輥機上澆鑄各種等級帶鋼的大量實施方案，我們確定傳統鋁鎮靜碳鋼或以鋁殘余量為0.01％或更高的部分鎮靜鋼一般不能被滿意地澆鑄，因為固體夾雜物在鋼水輸送系統中聚集并堵塞了細流體通道從而在得到的帶鋼產品中產生了缺陷和不連續性。這個問題可通過對鋼進行鈣處理以減少固體夾雜物來解決，但這個方法代價高且需要精細控制，增加了過程和設備復雜性。另一方面，還發現，由于在雙輥連鑄機上獲得的快速凝固避免了大量夾雜物的產生并且雙輥連鑄方法導致夾雜物在整個帶鋼內均勻分布而不是在中間層集中，所以能澆鑄出沒有裂紋和一般硅/錳鎮靜鋼伴有的其它缺陷的帶鋼產品。另外，可調整硅和錳的含量以便在澆鑄溫度下產生液體脫氧產物使聚集和堵塞問題降至最小。
在傳統硅/錳脫氧過程中，不可能使鋼水中的游離氧濃度降低到與鋁脫氧達到的同樣水平從而又抑制了脫硫。對于帶鋼連鑄，希望硫含量小于0.09％或更低。在鋼包中的傳統硅/錳脫氧過程，尤其是在使用工業等級鋼廢料以電弧爐法(EAF)生產帶鋼的情況下，脫硫反應非常慢，因而對獲得如此低的脫硫水平是不實用的。這類廢料典型的硫含量在0.025wt％-0.045wt％范圍內。本發明能使硅/錳鎮靜鋼的脫氧和脫硫以及硅/錳鎮靜鋼范圍內的高硫鋼的精煉更有效，從而能生產適于薄帶鋼連鑄的低硫鋼。
本發明的公開內容根據本發明的具體實施方式
，提供一種在鋼包內精煉鋼的方法，包括加熱鋼包內的鋼料和造渣材料以形成由含硅、錳和鈣的氧化物的爐渣覆蓋的鋼水，通過向鋼水內注入惰性氣體而攪拌鋼水以促使鋼的硅/錳脫氧和脫硫以生產硫含量低于0.01wt％的硅/錳鎮靜鋼水。
脫硫過程中鋼水的游離氧含量不超過20ppm。
脫硫過程中的游離氧含量例如為12ppm或更低。
惰性氣體例如為氬氣。
惰性氣體可以按鋼包中每噸鋼計以0.35標準立方英尺/分鐘(scf/min)-1.5標準立方英尺/分鐘(scf/min)的速度注入到鋼包中鋼水底部，以形成能改善鋼水和爐渣間有效接觸的強烈攪拌作用。
惰性氣體可通過鋼包底部的噴射器和/或通過至少一個噴槍注入鋼水。
鋼水的碳含量在0.001wt％-0.1wt％范圍內，錳含量在0.1wt％-2.0wt％范圍內，硅含量在0.1wt％-10wt％范圍內。
鋼水的鋁含量為0.01wt％或更低。鋁含量可少至例如0.008wt％或更低。
根據本發明的方法生產的鋼水可在薄帶鋼連鑄機上澆鑄成厚度小于5mm的薄帶鋼。
鋼包加熱可在鋼包冶金爐(LMF)內進行。LMF有以幾個功能，包括
1.加熱鋼包內的鋼水到適于后續處理如連續澆鑄操作所要求的出口溫度。
2.調整鋼組成到后續過程的特定要求。
3.實現鋼中硫含量降低到最終目標硫含量。
4.實現液態鋼池內的熱均勻性和化學均勻性。
5.氧化物夾雜物的團聚和浮選及它們的隨后在精煉爐渣中的捕集與保留。
在傳統鋼包冶金爐(LMF)內，可通過電弧加熱器加熱。鋼水必須由精煉爐渣重物覆蓋，并為滿足溫度均勻需要強行進行輕微循環。這可通過電磁攪拌或輕微氬氣鼓泡而達到。爐渣的重量和厚度要足以封閉電弧，其組成和物理性能(即流動性)要能使爐渣捕集和保留由脫氧反應和/或大氣氧的反應所產生的硫、固態和液態氧化物夾雜物。
可通過注入惰性氣體如氬氣或氮氣攪拌鋼水以促進鋼包內的爐渣-金屬混合和鋼的脫硫。通常，惰性氣體可通過位于鋼包底部的透氣的耐火砌塊或通過噴槍注入。現在我們確定如果實現異常強烈或猛烈攪拌作用，例如通過浸入到鋼水內的噴槍注入氬氣，與富含CaO的爐渣共同作用，可能會得到明顯非平衡結果，如由于硅脫氧而得到的不含氧的超低碳鋼。特別是，與期望的50ppm的結果相比，能容易地獲得10ppm的游離氧含量。低的游離氧含量使脫硫更有效，從而可能獲得硅/錳鎮靜鋼中的超低硫含量。
具體地說，我們確定通過噴槍按每噸具有CaO含量高的渣液的鋼水計，以0.35scf/min-1.5scf/min的流速注入氬氣，能在1600℃時的硅/錳體系下得到低于12ppm或低至8ppm的游離氧，并能迅速脫硫達到硫含量低于0.09％。可以認為鋼水的猛烈攪拌促進了液渣與鋼水間的混合并促進了鋼水中硅與游離氧的反應產物SiO2的脫除，因此促進了硅脫氧反應的持續進行從而產生比鋁脫氧正常期望的更低的游離氧的含量。
當脫硫步驟完成時，可增厚爐渣以阻止硫返回到鋼水，然后向鋼水中注入氧氣以提高游離氧的濃度到50ppm，以便生產在雙輥連鑄機上易于澆鑄的鋼水。
附圖
簡介為了更充分地解釋本發明，將參考附圖和描述的具體實施方式
，附圖為鋼包冶金爐的部分側視圖。
優選實施方式的詳細描述在本發明的具體實施方式
中，使用鋼包冶金爐10在鋼包17內加熱并精煉鋼料和造渣材料，以形成由爐渣覆蓋的鋼水池。其中爐渣包含硅、錳和鈣的氧化物。參考圖，鋼包17支撐在罐車14上，配置罐車是用于把鋼包從鋼包冶金爐10沿工廠平臺12移動到雙輥連鑄機(未示出)。在鋼包17內用一個或多個電極38加熱鋼料或鋼水池。電極38由導電臂36和電極柱39支撐。導電臂36由在支撐結構37內配置的可移動的導電柱39支撐。導電臂36支撐電極38并從變壓器(未示出)向其導入電流。配置電極柱39是移動電極38并使導電臂36上下或圍繞柱39的縱軸移動。操作時，當柱39降低時，為了加熱鋼包17內的鋼，電極38通過爐罩或排氣罩34上的孔(未示出)和爐蓋32上的孔(未示出)降低到鋼包17內爐渣以下。液壓缸33在由提升位置和操作時的低位置間上下移動蓋32和爐罩34，其中蓋32安置在鋼包17上。擋熱板41保護電極支撐和調整由爐產生熱量的部件。盡管只示出了一個電極38，但可理解也可提供附加的電極38用于加熱。各種爐件，如蓋32、提升缸33和導電臂36均為水冷。也可使用其它合適的冷卻劑和冷卻技術。
攪拌噴槍48通過支撐臂47可移動地安裝在噴槍支撐柱46上。支撐臂47沿柱46上下滑動，并圍繞在柱46的縱軸旋轉以在鋼包17上方擺動噴槍48，然后將噴槍48通過罩34和蓋32的孔(未示出)降低以插入到鋼包池內。噴槍48和支撐臂47在提升位置時用虛線表示。將惰性氣體例如氬氣或氮氣通過噴槍48鼓泡進入以便攪拌或循環鋼水池以獲得均勻溫度和均勻成分，進而促使鋼水脫氧和脫硫。另外，也可通過配置在鋼包17底部的耐火砌塊(未示出)如均質多孔或毛細孔的砌塊鼓泡吹入惰性氣體以達到同樣效果。也可通過電磁攪拌或其它替代方法與注入惰性氣體共同完成攪拌。
這樣鋼水的化學成分就產生了富含CaO的爐渣體系。用于攪拌的惰性氣體如氬氣或氮氣的注入隨著硅脫氧產生了很低的游離氧含量和隨后的脫硫達到超低硫含量。然后添加石灰使爐渣變厚以阻止硫返回到鋼水，同時使用例如噴槍向鋼水中注入氧使游離氧含量提高到50ppm以生產易于在雙輥連鑄機上澆鑄的鋼水。隨后鋼水被輸送到雙輥連鑄機上澆鑄成薄帶鋼。精煉過程中除去的化合物將同游離氧反應形成出現在爐渣中的氧化物，如SiO2、MnO和FeO。
在LMF的容量為120噸的鋼包中進行的通過埋入式噴槍注入氬氣的具體方法的試驗結果列于下表1。
表1熔煉過程關鍵步驟匯總如下C Mn Si S O T1.電弧爐出鋼口的化學組成 0.047 0.040.00.031 1041 1674(3045)出鋼口添加物500磅Fe-Si，1600磅 高鈣石灰(hi Cal time)，500磅晶石鋼包冶金爐添加物1200磅中碳鋼Fe-Mn，210磅晶石氬氣攪拌(脫硫)后2.L1(在鋼包冶金爐) 0.044 0.460.095 0.032 1021619(2947)3.L2(第一次4分鐘攪拌后)0.057 0.490.060.015 26.7 1624(2955)添加200磅Fe-Si+250磅石灰4.L3(第二次4分鐘攪拌后)0.054 0.5 0.180.008 8 1604(2920)熔渣增厚1000磅石灰用于增厚熔渣5.L4(熔渣增厚后) 0.057 0.490.090.01 16.6 1626(2958)氧氣注入第1支噴槍1分鐘3秒，第2支噴槍2分鐘48秒6.L5 0.058 0.480.086 0.01 63.9 1608(2926)7.L6(從L5開始16分鐘后) 0.060.480.080.01 59.5 1599(2911)8.L7(20分鐘后) 0.060.480.078 0.01 50.3 1592(2998)9.L8(24分鐘后) 0.058 0.480.075 0.01 55 1614(2938)
夾雜物分析氧氣注入前(氬氣攪拌后)樣品號CaO MgO Al2O3SiO2MnOFeOL217.73 8.9122.2748.77 1.21 1.12L38.9 19.926.8 37.94.51.9L46.0317.43 43.2830.85 1.72 0.7氧氣注入后L52.711.3216.7958.81 20.12 0.25L62.683.3722.1954.017.70 0.06L71.7 3.8 31.3 40.621.1 1.5
從表1結果看出，在添加1000磅石灰使爐渣變厚以用于爐渣分離前，硫含量最初降低到0.008％，但在增厚爐渣過程中，又輕微回升到0.01％。
如上面所提到的，當用雙輥把普通碳鋼直接澆鑄成薄帶鋼時，可使用硫含量低于0.01wt％的硅/錳鎮靜鋼。從上面試驗結果可看出，這可通過本發明的方法而容易完成。澆鑄可隨后按美國專利US 5184668和US 5277243已充分描述的一類雙輥連鑄機上進行，以生產厚度小于5mm的帶鋼，例如厚為1mm或更小。
盡管已在附圖和前述的描述中詳細說明和描述了本發明，但其僅被視為用來說明其特征而不是對特征的限制，應理解本發明只給出和描述了優選實施方式，所有落在本發明精神范圍的變更都期望得到保護。
權利要求
1.一種在鋼包內精煉鋼的方法，包括在鋼包內加熱鋼料和造渣材料以形成由含硅、錳和鈣的氧化物的爐渣覆蓋的鋼水，通過向鋼水內注入惰性氣體而攪拌鋼水以促使鋼的硅/錳脫氧和脫硫以生產硫含量低于0.01wt％的硅/錳鎮靜鋼水。
2.根據權利要求1的方法，其中，在脫硫過程中鋼水的游離氧含量不超過20ppm。
3.根據權利要求2的方法，其中，脫硫過程中的游離氧含量約為12ppm或更低。
4.根據權利要求1-3中任一項的方法，其中，惰性氣體為氬氣。
5.根據權利要求1-3中任一項的方法，其中，惰性氣體為氮氣。
6.根據前述權利要求中任一項的方法，其中，惰性氣體是按鋼包中每噸鋼水計以0.35標準立方英尺/分鐘-1.5標準立方英尺/分鐘的速度注入鋼包中的鋼水底部，以產生能促進鋼水和爐渣間有效接觸的強烈攪拌作用。
7.根據前述權利要求中任一項的方法，其中，至少部分惰性氣體通過鋼包底部的噴射器注入到鋼水。
8.根據前述權利要求中任一項的方法，其中，至少部分惰性氣體是通過至少一個向下插入到鋼包中鋼水底部的噴槍而注入到鋼水。
9.根據前述權利要求中任一項的方法，其中，鋼水的碳含量在0.001wt％-0.1wt％范圍內，錳含量在0.1wt％-2.0wt％范圍內，硅含量在0.1wt％-10wt％范圍內。
10.根據前述權利要求中任一項的方法，其中，鋼的鋁含量為約0.01wt％或更低。
11.根據權利要求10的方法，其中，鋁含量為0.008wt％或更低。
12.根據前述權利要求中任一項的方法，其中，脫硫后的鋼的硫含量小于0.009％。
13.根據前述權利要求中任一項的方法，其中，在脫硫結束時，使爐渣增厚以阻止硫返回到鋼水，同時向鋼水中注入氧氣以提高其游離氧的含量。
14.根據權利要求13的方法，其中使爐渣增厚是通過向其中添加石灰。
15.根據權利要求13或14的方法，其中，氧氣注入使鋼水中的游離氧含量提高到約50ppm。
全文摘要
在鋼包內加熱鋼料和造渣材料以形成由含硅、錳和鈣的氧化物的爐渣覆蓋的鋼水。通過向鋼水內注入惰性氣體如氬氣或氮氣而攪拌鋼水促使硅/錳脫氧和脫硫以生產硅/錳鎮靜鋼。通過注入惰性氣體的鋼水攪拌并與高氧化鈣含量的爐渣共同產生了鋼的低游離氧含量和脫硫到低于0.009％的硫含量。通過添加石灰使爐渣增厚以阻止硫返回到鋼水并向鋼水中注入氧氣以提高游離氧含量，以便在雙輥連鑄機上生產易于澆鑄的鋼。
文檔編號C21C5/34GK1501984SQ02807614
公開日2004年6月2日 申請日期2002年4月2日 優先權日2001年4月2日
發明者克萊·A·格羅斯, 拉馬·B·馬哈帕特拉, 沃爾特·布萊杰德, 史蒂文·L·威格曼, L 威格曼, 布萊杰德, B 馬哈帕特拉, 克萊 A 格羅斯 申請人:紐科爾公司