一种低碳高铬钢板坯及其连续高效生产方法与流程

1.本发明涉及炼钢连铸技术领域，更具体地说，涉及一种低碳高铬钢板坯及其连续高效生产方法。


背景技术：

2.低碳高铬钢，具有耐大气腐蚀性能和一定的低温冲击韧性，广泛应用于铁道车辆等行业。由于在钢中加入少量的合金元素，如cu、p、cr、ni等，使其在金属基体表面形成致密的、粘附性好的非晶态氧化层保护膜，从而使钢的腐蚀过程几乎不能深入进行，时间越长保护膜越致密，耐蚀作用越明显，具有较高的耐大气腐蚀性能，它比一般裸露金属结构钢性能更好。
3.大型转炉炼钢流程中，低碳高铬钢的高效连续生产是一个难题。由于其成分特殊性，需先由rh深处理脱碳，后由精炼lf加入铬铁合金化，铬铁合金加入量大。对具有lf精炼和rh功能的普碳钢厂，开发一种快捷高效的低碳高铬钢连续冶炼方法，能够使产品更具市场竞争力。
4.经检索，如公开号为cn105755357a的专利公开了一种低碳高铬钢的冶炼方法及其制备的低碳高铬钢，其化学成分为c：≤0.025％，si：0.10～0.16％，mn：0.32～0.48％，nb：0.020-0.035％，ni：0.20～0.35％，al：0.02～0.04％，cu：0.25-0.40％，cr：3.6～4.0％。工艺路线为转炉冶炼-lf精炼-rh真空处理-连铸，通过转炉出钢加入20～35kg/t的铬铁合金，rh强制吹氧脱碳等工艺实现，lf精炼后钢水中铬含量高，rh强制吹氧脱碳过程中铬元素易氧化，不利于钢水深脱碳，且铬收得率很低，rh带铬脱碳工艺不成熟，且其产品中加入了较昂贵的nb合金元素，成本很高。
5.又如公开号为cn105908056a的专利公开了一种低碳低氮高铬钢的冶炼方法，其化学成分为c：《0.03％，si：≤0.10％，mn：≤0.20％，p：≤0.020％，s：≤0.020％，n：≤0.0050％，cr：3.0～3.55％。工艺路线为转炉冶炼-rh真空处理-转炉炉后合金化-lf精炼-连铸，该方案对转炉终点温度要求较高，不利于转炉炉况的稳定和顺行，且工艺流程长，不利于炼钢的高效生产。再如公开号为cn 102827989 b的专利公开了一种低碳高铬钢的生产方法，工艺路线为转炉冶炼-rh真空处理-lf精炼-连铸，该方案中转炉出钢碳含量0.2％过高，不利于rh高效脱碳，rh温度损失较大。


技术实现要素：

6.1.发明要解决的技术问题
7.本发明的目的在于克服现有技术中低碳高铬钢的生产普遍成本较高、难以实现连续高效生产的不足，拟提供一种低碳高铬钢板坯及其连续高效生产方法，本发明对板坯的生产，通过转炉冶炼控制，并结合rh真空脱碳、lf造渣等工艺布局。因其成分特殊性，lf需在有限的时间内加入约三十吨合金，且合金化过程中温降大，升温时间长，造成lf冶炼时间长，无法实现多炉连续浇注。如何合理分配各工序负荷，最大程度减少lf冶炼时间，达到炉
机匹配，是此类低碳高铬钢连续高效生产的重点和难点。
8.2.技术方案
9.为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
10.本发明的一种低碳高铬钢板坯，为使钢材具有较好的耐大气腐蚀性能，计算出的耐腐蚀性指数达到astm相关标准中的6.0及以上，同时考虑产品屈服抗拉等性能及制备成本，钢中的铜、镍、铬、硅、碳、锰含量需在特定范围内，该板坯的化学成分按重量百分比含量计(wt，％)，包括碳：0.02～0.04％；硅：0.1～0.3％；锰：0.2～0.5％；磷：≤0.020％；硫：≤0.005％；铝：0.02～0.06％；镍：0.2～0.4％；铜：0.3～0.5％；铬：4.0～4.7％；钛：0.01～0.03％；氮：≤0.0080％；氧：≤0.0040％；氢：≤0.00025％；钙：0.0010～0.0035％，余量为铁和不可避免的杂质。
11.本发明的一种低碳高铬钢板坯的连续高效生产方法，需先采用rh真空处理脱除钢水中的残余碳，钢水脱氧后进lf工序升温造渣脱硫并合金化，使各元素符合设计要求，故采用铁水预处理-转炉冶炼-rh真空处理-lf精炼-连铸的冶炼工序其中转炉冶炼工序中，采用强底吹工艺，碳氧积0.0012～0.0018％，出钢不脱氧，出钢碳：0.02～0.05％，氧：400～600ppm。
12.更进一步地，铁水预处理中采用前扒渣浅脱硫工艺，扒渣亮面大于70％，扒渣后硫含量≤0.005％，可减轻lf的脱硫负担。
13.更进一步地，转炉冶炼工序中，废钢选用统废和渣钢，渣钢量少于10t，因铜、镍元素在转炉吹炼过程中不易氧化，故在废钢斗头部加入铜板6～7.3kg/t钢，镍板5.6～7kg/t钢，可减少lf铜、镍合金加入量，进而缩短lf冶炼时间；因工艺路径设计的特殊性，钢水进rh后，为保障真空处理时的钢包顶升高度，rh进站钢包钢水量不能低于280吨；同时为使lf精炼过程中快速成渣，正常吹氩及合金化时钢水无法溢出钢包，lf进站钢水量不能高于300吨，故转炉控制总装入量304～308t，稳定渣料消耗38～40kg/t钢，减少吹炼过程喷溅，转炉出钢时控制炉内钢水出净，出钢时钢包钢水量可稳定控制在280～290t，为lf冶炼提供条件；为保障lf进站温度符合要求，减少rh过量化学升温造成的真空槽耐材过度侵蚀，结合转炉炉况，合理的转炉终点温度控制范围为1650～1670℃，出钢过程不加脱氧剂，为rh脱碳创造条件；渣料石灰加入量为5.3～7kg/t钢，可减少lf造渣期间的石灰加入量，达到lf高效生产的目的。
14.更进一步地，盛钢钢包额定容量250～350吨，为在线周转红罐，充分烧洗，底吹效果良好；采用高铝和铬质引流砂，引流砂加入总量40～50kg，可提高连铸开浇自引成功率。
15.更进一步地，rh真空处理工序中，rh真空脱碳时间5～7min，根据进站温度脱碳期吹氧升温200～500m3，脱碳完成时采用铝粒脱除钢水中的氧，脱氧结束后温度1615～1625℃，脱氧钢水循环2～3min后加电解锰500～700kg、铌铁75～85kg和硅铁500～800kg，出站温度1565～1590℃。
16.更进一步地，lf精炼工序中，当rh出站温度符合要求情况下，lf造渣前温度可控制在1560～1580℃，电极加热升温速率4～5℃/min，加热后温度1590～1610℃，为lf高效造还原渣提供了良好条件；考虑微碳铬铁加入钢水后不接团并可快速熔化，合金料仓下料速度为800～1200kg/min，微碳铬铁加入量4～6t/次，可减少合金下料时间，同时减少lf升温次数至3～4次/炉，最终达到降低lf冶炼周期的目的，喂钙线前后弱搅总时间≥11min。
17.更进一步地，rh冶炼周期控制20～25min，lf冶炼周期控制70～90min。
18.更进一步地，连铸工序中，钢包上连铸台后镇静10～30min。连铸浇注步骤中，全程使用保护浇铸技术，浸入式水口插入深度120-180mm，中间包钢水温度1531～1551℃，塞棒吹氩流量3～7nm3/h，可实现钢水的稳定浇注，结晶器液面波动控制在设定值的-3～3mm，二冷水工艺根据铸坯表面目标温度进行动态控制，动态轻压下量3.5～4.7mm，使用专用保护渣，保护渣碱度1.07～1.27、熔点1040～1140℃、粘度为1300℃下0.050～0.14pa
·
s，连铸可稳定实现1.3～1.4m/min的高拉速浇注，浇注周期40～50min，因铸坯铬元素含量高，铸坯火焰切割气体使用天然气，火焰切割速度控制250～300mm/min，高拉速条件下可正常切断。
19.更进一步地，生产出的铸坯需保温坑保温至热装，铸坯切断至热装时间间隔≤5小时。
20.本发明中rh采用脱碳、初调硅、调锰、调铌含量的工艺，为lf造渣提供良好条件，出站碳：≤50ppm，硅：0.18～0.23％，锰：0.26～0.30％；lf阶段则加入渣料造渣脱硫，造渣期间调铬升温，造渣结束后微调其余合金元素，使成分满足设计要求；通过各工序工艺制度的良好配合，最大程度降低了lf冶炼周期。同时综合考虑温度对转炉炉况和rh真空槽的影响，通过合理控制转炉出钢温度、rh出站钢水温度，使lf进站温度最优；且lf采取合理造渣制度和合金加入规则，减轻lf冶炼难度，使全工序炉机匹配，实现连续高效多炉浇注的目的。经实践，生产出的低碳高铬耐候钢板坯成分满足设计要求，可连续高效生产9炉以上；且钢板坯组织均匀，合格率达到100％。
21.3.有益效果
22.采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
23.(1)本发明的一种低碳高铬钢板坯的连续高效生产方法，通过各工序工艺制度的良好配合，解决lf冶炼周期长的瓶颈问题，并考虑温度对转炉炉况和rh真空槽的影响，通过合理控制转炉出钢温度、rh出站钢水温度，使lf进站温度最优；且lf采取合理造渣制度和合金加入规则，减轻lf冶炼难度；缩短钢包由转炉出钢至开浇的盛钢时间，有效解决钢包盛钢时间长导致的开浇不自引问题，使全工序炉机匹配，可连续高效浇注的目的。
附图说明
24.图1为本发明中所获得的铸坯低倍显微组织示意图。
具体实施方式
25.为进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述。
26.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
27.下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
28.根据所设计的低碳高铬耐候钢成分范围，本发明经铁水预处理脱硫、300t转炉冶炼、钢包吹氩、rh真空处理、lf精炼、连续浇注得到钢板坯，板坯尺寸规格7000～9000mm
×
1200～1400mm
×
230mm。
29.实施例1
30.本发明各实施例的钢板坯的化学成分如表1所示，成分检测根据gb/t 4336《碳素钢和中低合金钢多元素含量的测定火花放电原子发射光谱法(常规法)》进行。
31.表1低碳超高铬耐候钢的化学成分(％)
32.样品编号csimnpsalstinicucr实施例10.020.200.20.0090.00060.0400.0180.300.374.19实施例20.040.300.50.020.0050.060.030.40.54.7实施例30.0280.210.350.0120.00080.0430.0280.20.364.0实施例40.0220.100.340.0120.0030.020.010.350.34.40
33.本实施例的低碳高铬钢板坯的连续高效生产方法，采用铁水预处理-转炉冶炼-rh真空处理-lf精炼-连铸的冶炼工序，其中：
34.铁水预处理中要求扒渣亮面大于70％，扒渣后硫含量≤0.005％；
35.转炉冶炼工序中，采用强底吹工艺，碳氧积0.0012％，出钢不脱氧，出钢碳：0.05％，氧：400ppm；
36.转炉冶炼工序中，废钢选用统废和渣钢，渣钢量少于10t，废钢斗头部加入铜板6kg/t钢，镍板7kg/t钢；转炉控制总装入量305t，出钢时钢包钢水量280t；转炉终点温度控制1650℃，出钢不加脱氧剂，出钢石灰加入量为2000kg；盛钢钢包额定容量250吨，为在线周转红罐，采用高铝和铬质引流砂，引流砂加入量40kg；
37.rh真空处理工序中，rh脱碳时间5min，根据进站温度脱碳期吹氧升温500m3，脱碳完成时采用铝粒脱除钢水中的氧，脱氧结束后温度1616℃，脱氧钢水循环3min后加电解锰500kg、铌铁75kg和硅铁800kg，出站温度1573℃；rh冶炼周期控制25min；
38.lf精炼工序中，lf为双工位钢包精炼炉，造渣前温度1562℃，电极加热升温速率5℃/min，加热后温度1595℃，微碳铬铁加入量6t/次，减少lf升温次数至4次/炉，喂钙线前后弱搅总时间≥11min；lf冶炼周期控制90min；
39.连铸工序中，钢包上连铸台后镇静30min，中间包钢水温度1551℃，塞棒吹氩流量3nm3/h，动态轻压下量4.7mm，使用专用保护渣，保护渣碱度1.07、熔点1040℃、粘度为1300℃下0.05pa
·
s，连铸拉速1.35m/min，浇注周期40min，铸坯火焰切割气体使用天然气，火焰切割速度控制250mm/min；
40.生产出的铸坯需保温坑保温至热装，铸坯切断至热装时间间隔4小时。
41.实施例2
42.本实施例的钢板坯的化学成分如表1所示，其生产方法也基本同实施例1，所不同的是实践操作中部分工序参数有所调整：
43.转炉冶炼工序中，采用强底吹工艺，碳氧积0.0018％，出钢碳：0.02％，氧：600ppm；
44.转炉冶炼工序中，废钢斗头部加入铜板7.3kg/t钢，镍板5.6kg/t钢；转炉控制总装入量308t，出钢时钢包钢水量290t；转炉终点温度控制1670℃，出钢石灰加入量为1806kg；盛钢钢包额定容量300吨，引流砂加入量50kg；
45.rh真空处理工序中，rh脱碳时间7min，脱碳期吹氧升温400m3，脱氧结束后温度1615℃，脱氧钢水循环2min后加电解锰700kg、铌铁80kg和硅铁600kg，出站温度1565℃；rh
冶炼周期控制25min；
46.lf精炼工序中，造渣前温度1560℃，电极加热升温速率4℃/min，加热后温度1590℃，微碳铬铁加入量6t/次，减少lf升温次数至4次/炉，lf冶炼周期控制80min；
47.连铸工序中，钢包上连铸台后镇静20min，中间包钢水温度1549℃，塞棒吹氩流量4nm3/h，动态轻压下量4.2mm，保护渣碱度1.17、熔点1100℃、粘度为1300℃下0.1pa
·
s，连铸拉速1.3m/min，浇注周期40min，铸坯火焰切割速度控制250mm/min；
48.生产出的铸坯需保温坑保温至热装，铸坯切断至热装时间间隔8小时。
49.实施例3
50.本实施例的钢板坯的化学成分如表1所示，其生产方法也基本同实施例1，所不同的是实践操作中部分工序参数有所调整：
51.转炉冶炼工序中，采用强底吹工艺，碳氧积0.0016％，出钢碳：0.02％，氧：550ppm；
52.转炉冶炼工序中，废钢斗头部加入铜板7kg/t钢，镍板6kg/t钢；转炉控制总装入量304t，出钢时钢包钢水量285t；转炉终点温度控制1660℃，出钢石灰加入量为1500kg；盛钢钢包额定容量350吨，引流砂加入量50kg；
53.rh真空处理工序中，rh脱碳时间7min，脱碳期吹氧升温300m3，脱氧结束后温度1620℃，脱氧钢水循环2min后加电解锰600kg、铌铁85kg和硅铁500kg，出站温度1578℃；rh冶炼周期控制22min；
54.lf精炼工序中，造渣前温度1571℃，电极加热升温速率5℃/min，加热后温度1610℃，微碳铬铁加入量5t/次，减少lf升温次数至3次/炉，lf冶炼周期控制75min；
55.连铸工序中，钢包上连铸台后镇静10min，中间包钢水温度1531℃，塞棒吹氩流量7nm3/h，动态轻压下量4.2mm，保护渣碱度1.27、熔点1140℃、粘度为1300℃下0.14pa
·
s，连铸拉速1.4m/min，浇注周期45min，铸坯火焰切割速度控制300mm/min；
56.生产出的铸坯需保温坑保温至热装，铸坯切断至热装时间间隔10小时。
57.实施例4
58.本实施例的钢板坯的化学成分如表1所示，其生产方法也基本同实施例1，所不同的是实践操作中部分工序参数有所调整：
59.转炉冶炼工序中，采用强底吹工艺，碳氧积0.0014％，出钢碳：0.03％，氧：500ppm；
60.转炉冶炼工序中，废钢斗头部加入铜板6.5kg/t钢，镍板6.1kg/t钢；转炉控制总装入量306t，出钢时钢包钢水量290t；转炉终点温度控制1670℃，出钢石灰加入量为1788kg；盛钢钢包额定容量320吨，引流砂加入量48kg；
61.rh真空处理工序中，rh脱碳时间6min，脱碳期吹氧升温200m3，脱氧结束后温度1625℃，脱氧钢水循环3min后加电解锰550kg、铌铁80kg和硅铁650kg，出站温度1590℃；rh冶炼周期控制20min；
62.lf精炼工序中，造渣前温度1580℃，电极加热升温速率4.5℃/min，加热后温度1606℃，微碳铬铁加入量4t/次，减少lf升温次数至3次/炉，lf冶炼周期控制70min；
63.连铸工序中，钢包上连铸台后镇静15min，中间包钢水温度1547℃，塞棒吹氩流量5nm3/h，动态轻压下量3.7mm，保护渣碱度1.1、熔点1060℃、粘度为1300℃下0.08pa
·
s，连铸拉速1.4m/min，浇注周期50min，铸坯火焰切割速度控制280mm/min；
64.生产出的铸坯需保温坑保温至热装，铸坯切断至热装时间间隔6小时。
65.本发明中各实施例的炼钢个工序阶段工艺制度主要参数见表2。
66.表2低碳超高铬耐候钢工艺制度
[0067][0068]
表2低碳超高铬耐候钢工艺制度(续)
[0069][0070]
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。