低碳鋼深脫碳的方法及利用該方法制備的鋼的制作方法

低碳鋼深脫碳的方法及利用該方法制備的鋼的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種低碳鋼深脫碳的方法及利用該方法制備的鋼。所述低碳鋼深脫碳的方法包括：在RH真空精煉步驟中，當進站鋼水的碳含量低于0.040wt％、氧含量超過350ppm時，將鋼水自然脫碳20min～23min；在RH真空精煉步驟中，當進站鋼水的碳含量不低于0.040wt％、氧含量不超過350ppm時，首先對鋼水進行頂槍吹氧強制脫碳，然后將鋼水自然脫碳15min～17min。根據本發明的示例性實施例的低碳鋼深脫碳方法，針對RH進站鋼水碳含量、氧含量的不同而采取不同的措施，不但優化了深脫碳工藝，提高了脫碳效果，而且不會造成脫氧負擔的增加，克服了因后續工藝步驟中存在的增碳問題而導致的產品碳含量超出標準。并且，利用該方法制備的鋼含碳量符合標準，質量優良。
【專利說明】低碳鋼深脫碳的方法及利用該方法制備的鋼

【技術領域】
[0001]本發明涉及鋼鐵冶煉領域，尤其涉及一種低碳鋼深脫碳的方法及利用該方法制備的鋼。

【背景技術】
[0002]RH真空精煉主要用于鋼水的脫碳、真空脫氧、脫氫和脫氮，以進一步實現對鋼水成分和溫度的精確調整。根據鋼種的不同，常見的RH處理模式分為輕處理(LT)、深脫碳處理(DC)以及本處理(DH)。其中，深脫碳處理主要針對低碳鋼、超低碳鋼或IF鋼。
[0003]在冶煉低碳鋼時，為了有效避免轉爐深吹氧對爐體造成的傷害，需要采用合理的終點碳氧控制制度，即，不能將碳含量吹煉得過低，因此轉爐操作控制時常會出現碳高氧低的爐次，這就有待在后續的RH真空精煉過程中進行深脫碳處理。
[0004]然而，RH真空精煉雖然具備深脫碳功能，但脫碳效果并不理想，由于后續工序中帶來的增碳問題，常使RH出站時碳含量合格的鋼水在加工成成品之后其成分高于鋼種的成分含量標準，影響鋼材的性能。


【發明內容】

[0005]本發明的目的在于，從RH真空精煉工序入手，改善低碳鋼深脫碳的工藝控制方法，使得在無需改變轉爐冶煉脫碳條件的前提下，解決冶煉低碳鋼時深脫碳效果不佳的問題。
[0006]本發明的一方面，提供一種低碳鋼深脫碳的方法，所述方法包括:在RH真空精煉步驟中，當進站鋼水的碳含量低于0.040wt%、氧含量超過350ppm時,將鋼水自然脫碳20min~23min ;在RH真空精煉步驟中，當進站鋼水的碳含量不低于0.040wt%、氧含量不超過350ppm時,首先對鋼水進行頂槍吹氧強制脫碳,然后將鋼水自然脫碳15min~17min。
[0007]根據本發明的示例性實施例，在頂槍吹氧強制脫碳時，可以控制真空壓力在5Ombar ~200mbar,頂槍高度在 405mm ~475mm。
[0008]根據本發明的示例性實施例，在RH真空精煉步驟中，進站鋼水溫度可以控制在1600 O ~1635 O。
[0009]根據本發明的示例性實施例，在自然脫碳結束之后，鋼水的溫度可以為1580°C~160CTC,氧活度可以為10ppm~350ppm。
[0010]根據本發明的示例性實施例，在自然脫碳結束之后，還可以向鋼水中加入鋁質脫氧劑進行脫氧。
[0011]根據本發明的示例性實施例，所述鋁質脫氧劑的加入量可以為0.15kg/噸鋼~
0.70kg/ 噸鋼。
[0012]根據本發明的示例性實施例，在脫氧結束之后，可以向鋼水中加入硅鐵和金屬錳進行合金化。
[0013]根據本發明的示例性實施例，所述金屬錳可以為含碳量不超過0.05wt%的錳合金，加入量為0.30kg/噸鋼~1.0Okg/噸鋼。
[0014]根據本發明的示例性實施例，還可以在RH真空精煉出站后，向鋼水中加入
0.40kg/噸鋼~1.0Okg/噸鋼的高鋁調渣劑。
[0015]本發明的另一方面，提供一種鋼，所述鋼利用根據本發明的示例性實施例的低碳鋼深脫碳的方法來制備，所述鋼的化學成分包括:不超過0.003wt%的C、0.900wt%~
1.050wt % 的 S1、0.200wt % ~0.350wt % 的 Μη、0.200wt % ~0.300wt % 的 Als、不超過0.025被％的？以及不超過0.010被％的S，余量為Fe和不可避免的雜質。

【具體實施方式】
[0016]下面將結合實施例對本發明作進一步的闡述，然而，下述實施例僅起到示例性的說明作用，并不能夠用來限制本發明。需要注意的是，在下文中除非特別指明，所涉及的百分比均為重量百分比。
[0017]在冶煉低碳鋼時，轉爐終點常采用高碳低氧出鋼，這種終點制度既可以避免深吹氧對爐體造成傷害，又可以防止在出鋼過程中爐渣大量氧化而增加爐渣改質處理的負擔，使深脫碳的任務轉移到了 RH真空精煉步驟。
[0018]RH真空深脫碳的原理是利用氣泡泵使鋼水在真空室和鋼包之間不斷地循環流動，依靠鋼水中的碳和氧反應生成氣體被脫除來實現脫碳。該過程的化學反應方程式為:[c]+[0] — [CO]。
[0019]在真空條件下，上述脫碳反應的化學反應速率和化學平衡常數均取決于鋼水中[C]和[O]的含量比值，如果在轉爐出鋼時鋼水的碳含量較低，則在RH真空處理的過程中，采用自然脫碳(縮寫為VCD)方法，根據上述反應在深脫碳結束時鋼水中的氧可以將碳的含量脫除到與冶煉低碳鋼種的成分含量標準相符合。現有技術的自然脫碳時間往往過短，使得鋼水在RH出站時的碳含量雖然符合要求，但由后續工藝操作帶來的增碳，諸如合金增碳或澆注時覆蓋劑增碳等問題，導致了最終產品的碳含量仍高于標準。本發明的低碳鋼深脫碳方法針對不同的RH進站鋼水碳含量采取不同的深脫碳策略，使得RH出站時鋼水的碳含量控制在合理范圍。
[0020]根據本發明的示例性實施例，在RH真空精煉步驟中，當進站鋼水的碳含量低于0.040wt%、氧含量超過350ppm時采取自然脫碳，并將鋼水進行自然脫碳(VCD)的循環時間延長到20min~23min。現有技術的V⑶循環時間通常為15min~18min，V⑶循環后的碳含量在30ppm~45ppm，采取本發明的上述措施后，可以保證鋼水中的碳和氧的化學反應充分進行，深脫碳效果得以改善，使VCD循環后的碳含量控制在低于25ppm，增強了鋼水在出站后抵抗后續工藝帶來的增碳壓力的能力。
[0021]然而，對于進站鋼水碳含量較高的爐次，僅利用自然脫碳方法不足以使鋼水中的碳含量降低至期望的值。針對這種情況，本發明采取頂槍吹氧強制脫碳與VCD循環脫碳相結合的策略。根據本發明的示例性實施例，在RH真空精煉步驟中，當進站鋼水的碳含量不低于0.040wt %、氧含量不超過350ppm時，可以在采取V⑶循環之前先通過頂槍吹氧對鋼水進行強制脫碳，然后再將鋼水自然脫碳15min~17min。
[0022]根據本發明的示例性實施例，在頂槍吹氧強制脫碳時，可以控制真空壓力在5Ombar~200mbar,頂槍高度可以在405mm~475mm。如上所述,鋼水中的氧濃度是脫碳反應的重要影響因素，氧的吹入增加了鋼水中的氧濃度以使脫碳反應朝有利于生成CO的方向進行。
[0023]根據本發明的示例性實施例，RH真空精煉步驟的進站鋼水溫度可以控制在1600°C~1635°C。通常地，RH脫碳時間指的是從環流開始到RH脫碳結束這段時間，RH處理時間指的是從開始抽氣到破空為止的時間。有多種因素會影響處理時間，諸如強制脫碳、自然脫碳和再加熱的速度等，處理時間還取決于碳的脫除量和溫度的調整。若鋼水溫度過低，則需加熱(諸如鋁熱法)從而使處理時間延長。因此，必須對進站鋼水的溫度進行控制，以減少處理時間并與連鑄步驟實現良好的銜接過渡。
[0024]根據本發明的示例性實施例，在自然脫碳結束之后，鋼水的溫度可以為1580°C~1600 °C,氧活度可以為10ppm~350ppm。之所以將自然脫碳之后的鋼水溫度控制在1580°C~1600°C的范圍內，是因為此溫度是在中包澆鋼溫度要求(1545°C~1565°C )的基礎上，再加30°C過熱度以及RH循環過程的溫降而設定的值。在自然脫碳之后，一方面，如果鋼水的溫度過高，則造成中包溫度較高，導致以下不利影響:①強氧化性元素在澆注過程中容易燒損使鋼水成分不合格；②如果鋼水溫度過高而連鑄機的水冷強度不變則會影響鑄坯凝固；③如果鋼水溫度過高還會加劇對中包耐材的侵蝕，使鋼水的夾雜增加。另一方面，如果鋼水溫度過低，則在澆注過程中鑄坯凝固較快，此時若不提高拉速則易堵住水口，若提高拉速又易造成漏鋼。因此，自然脫碳結束之后，鋼水的溫度不能過高也不能過低，本發明的示例性實施例將自然脫碳結束之后的鋼水溫度控制在1580°C~1600°C。
[0025]在自然脫碳之后，如果氧活度高于10ppm~350ppm的控制范圍，則脫氧用鋁量會增大，使生產成本增加。因為脫氧過程是放熱過程，如果氧活度高于本發明的控制范圍，則脫氧產生的熱量會造成鋼水溫度升高，不利于成分控制和澆注順行。如果氧活度低于本發明的控制范圍， 則脫氧過程產生熱量不足以補償脫碳過程造成的溫度損失，造成鋼水溫度過低。
[0026]根據本發明的示例性實施例，在自然脫碳結束后，可以向鋼水中加入鋁質脫氧劑進行脫氧。所加入的鋁質脫氧劑需要根據鋼中氧活度按照鋁與氧的化學反應方程式計算，也可以按照經驗公式計算，即:鋁質脫氧劑的加入量約為氧活度PPm值的0.4倍。如果鋁質脫氧劑加入不足，則會造成鋼中的氧未完全脫除，影響合金收得率進而導致成分含量低，產品不合格；如果鋁質脫氧劑加入過量，則會影響后續工藝向鋼水配加的Als鋁粒的加入量，造成鋼中Als過高。因此，根據本發明的示例性實施例的鋁質脫氧劑的優選加入量為
0.15kg/噸鋼~0.70kg/噸鋼。
[0027]根據本發明的示例性實施例，在脫氧結束后可以向鋼水中加入硅鐵和金屬錳進行合金化。本發明的金屬錳為含碳量< 0.05wt%的錳合金，其作用是減少中碳錳鐵合金或高碳錳鐵合金帶來的大量增碳。前工序控制鋼種的錳含量在0.150wt%~ 0.200wt%, RH工序的錳含量按照0.230wt%控制，金屬錳的加入量為0.30kg/噸鋼~1.0Okg/噸鋼。因為本發明的鋼種要回收錳，所以渣中的錳會進入鋼中，如果金屬錳的加入量過大，則會造成錳含量超標使鋼材的強度非期望地增加；如果金屬錳的加入量不足，則會造成錳含量低于所要求的范圍造成鋼材的強度不足。
[0028]根據本發明的示例性實施例，在RH真空精煉出站后，向鋼水中加入高鋁調渣劑。高鋁調渣劑的作用是脫除渣中的氧，對爐渣進行改質。示例性實施例的高鋁調渣劑的加入量為0.40kg/噸鋼~1.0Okg/噸鋼，如果高鋁調渣劑的加入量過少，則造成鋼渣中的氧未脫除完全，不利于夾雜物的吸附并造成鋼中易氧化元素燒損。由于高鋁調渣劑成本較高，如果加入量過大則會導致成本增加，不利于達到工業生產的降本增效目的。
[0029]此外，利用上述工藝可以獲得根據本發明的示例性實施例的低碳鋼深脫碳的方法制備的鋼，所述鋼的化學成分按照重量百分比計可以包括:不超過0.003%的C、0.900%~
1.050% 的 S1、0.200%~0.350% 的 Μη、0.200% ~0.300 % 的 Als、不超過 0.025% 的 P 以及不超過0.010%的S，余量為Fe和不可避免的雜質。根據本發明的示例性實施例的鋼的碳含量符合低碳鋼種成分標準，鋼材質量優良，同時成本低廉，具有良好的經濟效益。
[0030]下面，將通過具體示例進一步闡述本發明。在下文中，示例和對比例所涉及的鋼種均為50PRW800型電工鋼。
[0031]示例 I
[0032]RH進站鋼水含有0.0368%的碳、0.1835%的錳、0.0074%的磷、0.0044%的硫、硅元素及Als (全鋁)微量，進站鋼水的氧含量415ppm，鋼水的重量197t，進站溫度1610°C。
[0033]將鋼水液壓頂升到2427mm高度進行RH循環處理，由于此爐鋼水的進站氧活度較高，因此不采用強制脫碳模式，真空度< 3mbar的V⑶循環時間控制在23min，使得C-O反應時間延長。V⑶循環結束后 ，執行測溫定氧操作測得溫度1586°C、氧活度264ppm。取樣分析測得碳含量0.0017%、錳含量0.1800%、磷含量0.0059%、硫含量0.0041%。
[0034]向鋼水中加入脫氧用招粒106kg及合金化招粒584kg,循環3min后再加入低碳娃鐵2850kg、金屬錳90kg進行合金化。加完合金后循環7min測得出站鋼水包括0.0018%的碳、0.9690% 的硅、0.2200% 的錳、0.0083% 的磷、0.0045% 的硫以及 0.2890% 的 Als，出站后再加入高鋁調渣劑100kg。
[0035]最終獲得的成品鋼碳含量0.0030%、硅含量0.9100%、錳含量0.2700%、磷含量0.0110%、硫含量 0.0040%, Als 含量 0.2500%。
[0036]示例 2
[0037]RH進站鋼水含有0.0465%的C、0.22%的錳、0.0078%的磷、0.0047%的硫、硅元素及Als (全鋁)微量，進站鋼水的氧含量292ppm，重量218t，鋼水的進站溫度為1613°C。
[0038]將鋼水液壓頂升到2356mm高度進行RH循環處理，由于此爐鋼水的進站[C]≥0.040%、[O] ( 350ppm,因此先采取頂槍吹氧強制脫碳模式,將壓力控制在10mbar,頂槍槍位450mm,脫碳量選擇0.02%,強制脫氧I分3秒后取消壓力使真空度< 3mbar。
[0039]再執行自然脫碳，V⑶循環時間17min后測溫定氧操作測得溫度1572°C、氧活度346ppm，取樣分析測得鋼水的碳含量0.0017%、錳含量0.1700%、磷含量0.0060%、硫含量0.0045%,加入脫氧用招粒140kg及合金化招粒650kg,循環3min后加入低碳娃鐵3110kg、金屬猛131kg進行合金化。
[0040]加完合金后循環7min取樣，測得出站鋼水包括:0.0013 %的碳、1.038 %的硅、
0.2420%的錳、0.0070%的磷、0.0050%的硫以及0.2800%的Als，出站后再加入高鋁調渣劑 10kgo
[0041]最終獲得的成品鋼碳含量0.0027 %、硅含量1.010 %、錳含量0.300 %、磷含量
0.010%、硫含量 0.005%, Als 含量 0.240%。
[0042]對比例I
[0043]RH進站鋼水含有0.0362%的碳、0.21%的錳、0.0086%的磷、0.0051%的硫、硅元素及Als (全鋁)微量，進站鋼水的氧含量395ppm，鋼水的重量208t，進站溫度1615°C。
[0044]將鋼水液壓頂升到2415mm高度進行RH循環處理，由于此爐鋼水的進站氧活度較高，采取自然脫碳，VCD循環時間控制在17min。VCD循環結束之后，執行測溫定氧操作測得溫度1592°C，氧活度124ppm。取樣分析測得碳含量0.0031 %、錳含量0.2000%、磷含量
0.0090%、硫含量 0.0050% ο
[0045]向鋼水中加入脫氧用招粒50kg及合金化招粒620kg,循環3min后再加入低碳娃鐵3424kg、金屬錳70kg進行合金化。加完合金后循環7min測得出站鋼水包括0.0037%的碳、1.0200% 的硅、0.2400% 的錳、0.0091% 的磷、0.0050% 的硫以及 0.2760% 的 Als,出站后再加入高鋁調渣劑100kg。
[0046]最終獲得的成品鋼碳含量0.0039%、硅含量1.0100%、錳含量0.2600%、磷含量
0.0095%、硫含量 0.0050%、Als 含量 0.2400%。
[0047]對比例2
[0048]RH進站鋼水含有0.0446%的C、0.20%的錳、0.0066%的磷、0.0041%的硫、硅元素及Als (全鋁)微量，進站鋼水的氧含量328ppm，重量223t，鋼水的進站溫度為1620°C。
[0049]將鋼水液壓頂升到2347mm高度進行RH循環處理，對此爐鋼水執行自然脫碳，V⑶循環時間ISmin后，執行測溫定氧操作測得溫度1587°C、氧活度176ppm。取樣分析測得鋼水的碳含量0.0034%、錳含量0.1900%、磷含量0.0065%、硫含量0.0041%。加入脫氧用招粒72kg及合金化招粒670kg,循環3min后加入低碳娃鐵3286kg、金屬猛98kg進行合金化。
[0050]加完合金后循環7min取樣，測得出站鋼水包括0.0041 %的碳、1.011 %的硅、
0.2370%的錳、0.0067%的磷、0.0040%的硫以及0.2900%的Als，出站后再加入高鋁調渣劑 10kgo
[0051 ] 最終獲得的成品鋼碳含量0.0045 %、硅含量0.990 %、錳含量0.260 %、磷含量
0.007%、硫含量 0.004%, Als 含量 0.260%。
[0052]綜上所述，根據本發明的低碳鋼深脫碳方法，針對RH進站鋼水碳含量與氧含量的不同采取不同的深脫碳措施，使得最終成品鋼的碳含量均控制在不超過0.0030%。本發明不但優化了深脫碳工藝，提高了深脫碳效果，而且不會造成脫氧負擔的增加，使鋼水抵抗增碳的能力得到加強，克服了因后續工藝步驟中存在的增碳問題而導致的產品碳含量超出標準。
[0053]然而，本發明并不受限于上述實施例，任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和范圍內，都可以做出可能的變動和修改，因此本發明的保護范圍應當以權利要求書中所界定的范圍為準。
【權利要求】
1.一種低碳鋼深脫碳的方法，所述方法包括: 在RH真空精煉步驟中，當進站鋼水的碳含量低于0.040wt %、氧含量超過350ppm時,將鋼水自然脫碳20min~23min ； 在RH真空精煉步驟中，當進站鋼水的碳含量不低于0.040wt%、氧含量不超過350ppm時，首先對鋼水進行頂槍吹氧強制脫碳，然后將鋼水自然脫碳15min~17min。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，在頂槍吹氧強制脫碳時，控制真空壓力在.5Ombar ~200mbar,頂槍高度在 405mm ~475mm。
3.根據權利要求1所述的方法，其中，在RH真空精煉步驟中，進站鋼水溫度控制在.1600 O ~1635 O。
4.根據權利要求1所述的方法，其中，在自然脫碳結束之后，鋼水的溫度為1580°C~.160CTC,氧活度為 10ppm ~350ppm。
5.根據權利要求1所述的方法，所述方法還包括:在自然脫碳結束之后向鋼水中加入鋁質脫氧劑進行脫氧。
6.根據權利要求5所述的方法，其中，鋁質脫氧劑的加入量為0.15kg/噸鋼~0.70kg/噸鋼。
7.根據權利要求 5所述的方法，所述方法還包括:在脫氧結束之后向鋼水中加入硅鐵和金屬錳進行合金化。
8.根據權利要求7所述的方法，其中，金屬錳為含碳量不超過0.05wt %的錳合金，加入量為0.30kg/噸鋼~1.0Okg/噸鋼。
9.根據權利要求1所述的方法，所述方法還包括:在RH真空精煉出站后向鋼水中加入.0.40kg/噸鋼~1.0Okg/噸鋼的高鋁調渣劑。
10.一種根據權利要求1所述的方法制備的鋼，其特征在于，所述鋼的化學成分包括:不超過 0.003wt% 的 C、0.900wt%~ 1.050wt % 的 S1、0.200wt % ~0.350wt % 的 Mn、.0.200wt%~0.300wt%的 Als、不超過0.025wt%的P以及不超過0.01Owt %的S，余量為Fe和不可避免的雜質。
【文檔編號】C21C7/10GK104073599SQ201410346120
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年7月21日 優先權日:2014年7月21日
【發明者】田光林, 卿家勝, 張彥恒, 鄧林 申請人:攀鋼集團西昌鋼釩有限公司