一种低碳含铝冷镦钢冶炼工艺的制作方法

1.本发明涉及钢铁生产技术领域，尤其涉及一种低碳含铝冷镦钢冶炼工艺。


背景技术：

2.转炉冶炼终点钢水氧含量主要与终点碳含量、终点锰含量、终点温度和终渣tfe含量等有关，在熔炼开始时，和氧亲和力大于碳的元素，首先被氧化，所以当钢水中这些脱氧能力强的元素含量较高时，钢中氧就决定于这些脱氧能力强的元素的含量。随着这些脱氧元素很快被氧化，钢水中这些脱氧元素为微量时，钢中的氧含量就主要决定于钢水中的碳含量，特别是在转炉冶炼低碳钢时，终点碳在少于0.08％以下，终点碳控制较低时，终点温度与终点锰含量对钢水氧含量影响较小，而终渣tfe又不能在现场及时获得，因此预测钢水含氧量的快速方法，只有依靠终点碳。因此，在转炉冶炼碳少于0.08％以下的低碳钢，终点钢水氧含量主要决定于终点碳含量，并且钢水氧含量与终点碳之间呈负指数关系，终点碳低，终点氧就高，脱氧剂加入量就多；终点碳高，终点氧就低，脱氧剂加入量就少，从而达到指导脱氧剂加入量，控制钢水氧含量符合要求的目的。
3.在现有的生产低碳含铝冷镦钢工艺中，需进行二次测定钢水氧含量，一是转炉冶炼终点定氧，根据氧含量进行脱氧剂加入量计算，这样就增加终点定氧探头成本；二是钢水进站后，又根据定氧值进行喂铝线提高酸溶铝，也增加定氧探头成本。因此，本发明提出一种低碳含铝冷镦钢冶炼工艺，以解决现有技术中的不足之处。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明的目的在于提供一种低碳含铝冷镦钢冶炼工艺，通过采用高铝锰铁为主要脱氧剂，利用转炉冶炼终点碳与终点氧的对应关系，确定脱氧剂加入量，可取消转炉终点钢水定氧操作，从而节约了定氧检测成本，通过采用高铝锰铁进行钢水脱氧和合金化直接提高钢水酸溶铝含量，达到钢水脱氧和符合进站钢水酸溶铝要求，钢水进吹氩站后，可实现减少喂铝线或不喂铝线的目标。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种低碳含铝冷镦钢冶炼工艺，包括以下步骤：
7.步骤一：利用高铝锰铁和低碳锰铁合金作为原料进行低碳含铝冷镦钢冶炼；
8.步骤二：根据低碳含铝冷镦钢历史生产实践数据，以及结合供氧工艺和造渣工艺，对终点碳与终点氧进行数据分析，得出转炉终点出钢温度，然后计算出低碳含铝冷镦钢出钢时终点碳与终点氧之间的关系式；
9.步骤三：计算出单脱氧时的高铝锰铁加入量，记为第一加入量w1，再根据进站酸溶铝含量要求计算出高铝锰铁加入量，记为第二加入量w2，最后根据第一加入量和第二加入量计算出高铝锰铁同时进行脱氧和提高酸溶铝时的加入量，记为第三加入量w3；
10.步骤四：钢水进cas站后进行测温取样，然后根据酸溶铝含量要求进行喂铝线微调控操作；
11.步骤五：钢水进lf炉测温取样，然后进行造白渣操作及喂fe-ca线钙化处理，再根据酸溶铝含量及钙铝比计算喂fe-ca线量，喂完fe-ca线后进行软吹氩处理，然后再次测温取样，加覆盖剂后出站上台；
12.步骤六：连铸保护浇注，浇筑时，控制中间包钢水密封不裸露，中包盖板与中包之间完全密封；
13.步骤七：浇注结束对连铸坯进行加热处理，然后对加热后的连铸坯进行连续轧制，制成低碳含铝冷镦钢。
14.进一步改进在于：所述步骤三中，计算单脱氧时的高铝锰铁加入量时，高铝锰铁加入量w1与脱氧量δ[o]的关系式为如式(1)所示：
[0015]
w1＝54*δ[o]*1000/48/40％
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0016]
简化式(1)后得到式(2)：
[0017]
w1＝2812.5*δ[o]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0018]
其中：δ[o]为脱氧量，/10-6
。
[0019]
进一步改进在于：所述步骤三中，根据进站酸溶铝含量要求计算出高铝锰铁加入量时，首先取进站酸溶铝要求的平均值als作为进站酸溶铝要求值，然后计算高铝锰铁加入量w2，高铝锰铁加入量w2计算公式如式(3)所示：
[0020]
w2＝als/40％*1000
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)。
[0021]
进一步改进在于：所述步骤三中，高铝锰铁同时进行脱氧和提高酸溶铝时的加入量计算公式如如式(4)所示：
[0022]
w3＝w
2
w1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)。
[0023]
进一步改进在于：所述步骤四中根据酸溶铝含量要求进行喂铝线微调控操作时，根据氩前样钢水酸溶铝含量决定是否喂铝线调整酸溶铝，当酸溶铝含量符合要求时则不喂铝线；当酸溶铝含量偏低时则喂铝线进行酸溶铝的微调，并控制出站的酸溶铝要求的平均值als＝0.040％～0.060％。
[0024]
进一步改进在于：所述步骤五中，喂fe-ca线量的计算公式如式(5)所示：
[0025]
l
线
＝2017094*als％
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0026]
其中：l
线
为fe-ca喂线量，/米；als％为酸溶铝含量，/10-2
。
[0027]
进一步改进在于：所述步骤七中对连铸坯进行加热处理时，控制连铸坯在轧钢加热炉加热均热段温度热装为1100℃～1140℃，加热时间热装为60～90min。
[0028]
进一步改进在于：所述步骤七中对连铸坯进行加热处理时，控制连铸坯在轧钢加热炉加热均热段温度冷装为1120℃～1160℃，加热时间冷装为80～110min。
[0029]
进一步改进在于：所述步骤七中对连铸坯进行连续轧制时，控制开轧温度为980℃～1020℃，根据盘条尺寸规格，终轧温度控制为960℃～1000℃，得到轧制后的钢筋，将轧制钢筋在空气中通过风机吹扫冷却，得到低碳含铝冷镦钢。
[0030]
本发明的有益效果为：
[0031]
本发明通过采用高铝锰铁为主要脱氧剂，利用转炉冶炼终点碳与终点氧的对应关系，确定脱氧剂加入量，可取消转炉终点钢水定氧操作，从而节约了定氧检测成本；
[0032]
通过采用高铝锰铁进行钢水脱氧和合金化直接提高钢水酸溶铝含量，达到钢水脱氧和符合进站钢水酸溶铝要求，钢水进吹氩站后，可实现减少喂铝线或不喂铝线的目标；
[0033]
通过使用高铝锰铁提高酸溶铝更有利于脱氧产物上浮，进而能够达到提高钢水质量的效果；
[0034]
通过直接提高进站钢水酸溶铝含量，进而使得钢水氧含量很低，脱氧产物低，进站定氧没意义，则可取消钢水在吹氩站内的定氧操作，进一步节约了定氧检测成本。
附图说明
[0035]
图1为本发明工艺流程示意图。
具体实施方式
[0036]
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详述，本实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
[0037]
根据图1所示，本实施例提出一种低碳含铝冷镦钢冶炼工艺，包括以下步骤：
[0038]
步骤一：利用高铝锰铁和低碳锰铁合金作为原料进行低碳含铝冷镦钢冶炼；
[0039]
在本实施例中，设计低碳含铝冷镦钢的成分为：c：≤0.12％、si：≤0.10％、mn：0.25～0.60％、p≤0.025％、s≤0.015％、als:0.020～0.050％、ca:0.0025～0.0050％、als％/alt％≥90％；轧制规格：∮6.5mm、∮8mm、∮10mm、∮12；
[0040]
在本实施例中，低碳含铝冷镦钢生产的主要工艺流程：铁水预处理
→
转炉
→
cas站
→
lf炉
→
连铸方坯
→
高线
→
成品；
[0041]
在本实施例中，控制出站铁水硫含量s≤0.020％，控制转炉终点c含量＝0.03％～0.08％，p含量≤0.020％、s含量≤0.020％；
[0042]
步骤二：根据低碳含铝冷镦钢历史生产实践数据，以及结合供氧工艺和造渣工艺，对终点碳与终点氧进行数据分析，得出转炉终点出钢温度，然后计算出低碳含铝冷镦钢出钢时终点碳与终点氧之间的关系式；
[0043]
在本实施例中，根据低碳含铝冷镦钢历史生产实践数据，以及结合供氧工艺和造渣工艺，对终点碳与终点氧进行数据分析，得出转炉终点出钢温度为1630～1650℃，低碳含铝冷镦钢出钢时终点碳与终点氧之间的关系式为：
[0044]
[％c][％o]＝0.0032
[0045]
公式中：[c]为终点碳，/10-2
；[o]为终点氧，/10-6
；
[0046]
在本实施例中，低碳含铝冷镦钢出钢时终点碳与终点氧之间的关系如表1所示：
[0047]
表1
[0048]
终点[c]
×
10-2
终点[o]
×
10-6
0.03～0.035914～10670.035～0.04800～9140.04～0.045711～8000.045～0.050640～7110.05～0.055582～6400.055～0.06533～5820.06～0.065492～5330.065～0.070457～492
0.070～0.075427～4570.075～0.080400～427
[0049]
步骤三：计算出单脱氧时的高铝锰铁加入量，记为第一加入量w1，再根据进站酸溶铝含量要求计算出高铝锰铁加入量，记为第二加入量w2，最后根据第一加入量和第二加入量计算出高铝锰铁同时进行脱氧和提高酸溶铝时的加入量，记为第三加入量w3；
[0050]
高铝锰铁脱氧反应式是：2[al] 3[o]＝al2o3[0051]
其中，铝的相对原子质量：2[al]＝2
×
27＝54；氧的相对原子质量：3[o]＝3
×
16＝48；
[0052]
w1＝54*δ[o]*1000/48/40％＝2812.5*δ[o]
[0053]
在本实施例中，进站酸溶铝含量要求为0.040～0.060％，平均值取0.045％，则吨钢需加入高铝锰铁为：
[0054]w2＝
als/40％*1000＝0.045％/40％*1000＝1.125kg/t；
[0055]
w3＝1.125 2812.5*δ[o]
[0056]
在本实施例中，根据表1数据计算高铝锰铁的加入量参考表如表2所示：
[0057]
表2
[0058]
终点[c]％脱氧量
×
10-6高铝锰铁量kg/t高铝锰铁量kg/炉0.03～0.035914～10673.70～4.13444～4950.035～0.04800～9143.38～3.70405～4440.04～0.045711～8003.31～3.38375～4050.045～0.050640～7112.93～3.13351～3750.05～0.055582～6402.76～2.93332～3510.055～0.06533～5822.62～2.76315～3320.06～0.065492～5332.51～2.62301～3150.065～0.070457～4922.41～2.51289～3010.070～0.075427～4572.33～2.41279～2890.075～0.080400～4272.25～2.33270～279
[0059]
使用高铝锰铁提高酸溶铝好处主要是含有两种脱氧元素的铁合金对钢水进行脱氧称为复合脱氧，高铝锰铁脱氧产物是feo
·
mno
·
al2o3，该物质熔点低，易形成液态脱氧产物，容易从钢液中排出；而由铝单独脱氧产物是feo
·
al2o3，该物质熔点高，脱氧产物不易于上浮，不利于提高钢水洁净度；因此，本发明工艺通过转炉合金化提高酸溶铝更有利于脱氧产物上浮，达到提高钢水质量的效果；
[0060]
在本实施例中，出钢过程控制具体为：
[0061]
(1)：出钢温度为1630～1650℃；出钢时间为3～5min；出钢1/4时加入高铝锰铁、微碳锰铁，并在出钢至3/4前加完高铝锰铁、微碳锰铁；
[0062]
(2)：出钢至1/2左右时加入挡渣棒挡渣，确保钢包下渣≤50mm，出完钢捅完挡渣棒后加入挡渣塞；
[0063]
(3)：合金实际加入量视钢水量、钢水氧化性、合金成分、下渣等情况适当调整，确保进站酸溶铝含量在0.04～0.06％；
[0064]
(4)：出钢过程加入合成渣400kg/炉，出钢完毕加入石灰颗粒300kg/炉，在出钢的
时候向大罐内加入合成渣，利用钢水冲击和热量使渣在钢中迅速乳化，分散成无数小渣粒，钢渣界面成千倍地增加，达到渣洗效果，这些渣粒在上浮过程不断吸附各种脱氧产物夹杂，净化钢水，加入石灰颗粒是为提高钢水罐顶渣碱度，防止钢水回磷；
[0065]
步骤四：钢水进cas站后进行测温取样，然后根据酸溶铝含量要求进行喂铝线微调控操作；
[0066]
由于酸溶铝提高主要在转炉出钢合金化完成，cas站酸溶铝控制则以微调为主，具体为：根据氩前样钢水酸溶铝含量决定是否喂铝线调整酸溶铝，当酸溶铝含量符合要求时不喂铝线，当酸溶铝含量偏低则喂铝线进行酸溶铝的微调，控制出站als＝0.040％～0.060％，主要操作为：
[0067]
(1)、钢水进入吹氩站，取样测温，视钢水翻动情况将氩气压力调至0.2-0.8mpa，以钢水液面有翻动，但以不暴吹为主，防止钢水裸露，减少酸溶铝损失；
[0068]
(2)、若出钢下渣≥50mm，氧化渣大量进入钢包，便会向已脱氧的钢液源源不断地供氧，降低合金元素的收得率，造成酸溶铝损失，为防止lf炉冶炼阶段酸溶铝下降和为快速造白渣创造条件，此时需加入造渣脱氧剂50～80kg进行顶渣脱氧；
[0069]
(3)、根据氩前样酸溶铝结果，决定是否喂铝线调整酸溶铝，控制0.040％≤als≤0.060％，喂线过程必须伴随吹氩；
[0070]
步骤五：钢水进lf炉测温取样，然后进行造白渣操作及喂fe-ca线钙化处理，再根据酸溶铝含量及钙铝比计算喂fe-ca线量，喂完fe-ca线后进行软吹氩处理，然后再次测温取样，加覆盖剂后出站上台；
[0071]
钢水在钢包炉的冶炼时间≥40min，合理选用档位确保送电时间≥20min，钢水进站送电过程中加入渣料，视渣况加入适当铝粒和电石进行脱氧操作，确保炉渣的颜色呈白色，保持白渣时间15min以上，出站前15min不能再用铝粒进行调整钢水中的酸溶铝，出站酸溶铝含量≥0.035％，
[0072]
进入lf炉钢水，主要任务是造还原白渣，脱氧、脱硫、脱气、去夹杂物，由于是一个将顶渣氧化性转变成还原性过程，若炉渣氧化性较强，钢水酸溶铝含量会出现较大波动，在lf炉精炼过程，需及时调整和稳定钢水酸溶铝含量，主要操作为：
[0073]
1、lf炉利用渣系稳定酸溶铝控制，精炼渣系不仅有脱氧的作用，而且还有脱硫、吸附夹杂物、埋弧造渣以及稳定酸溶铝的作用，实践表明，精炼渣碱度控制在5～6之间，将钢包顶渣中的w(cao)/w(al2o
3)
的值控制在1.8左右时，炉渣既有良好的脱氧脱硫能力，又有良好的吸附夹杂的能力，而且埋弧效果好，酸溶铝损失小，在cao-al2o3–
sio2渣系中，当al2o3含量小于30％时，增加渣中al2o3含量，可以降低渣的熔点提高渣的流动性，但是渣中的al2o3含量高于30％对吸收al2o3夹杂不利，渣中的al2o3含量在20％～0％之间较好，在本实施例中，精炼渣系的化学成分的如表3所示：
[0074]
表3
[0075]
caosio2al2o3mgocaf2feo50％～55％＜5％20％～30％＜5％5％～10％＜1％
[0076]
2、lf炉快速造还原渣稳定酸溶铝控制：
[0077]
1)钢水进入lf炉精炼，控制lf炉精炼时间40～50min，送电时间≥20min，在lf炉冶炼前期进行快速化渣，lf精炼炉送电过程中视渣况分批适当加入铝粒和电石进行脱氧操
作，控制精炼渣中feo mno≤1％，确保炉渣的颜色呈白色，保持白渣时间15min以上，利用还原性炉渣进行脱硫、去气、去夹杂；
[0078]
2)在lf精炼过程中控制大氩气搅拌时间，控制返硅在0.03％以内，确保成品硅含量＜0.05％，出站硫含量≤0.010％；
[0079]
3)配合金散料，对钢水中锰含量进行内控标准调整，同时根据钢水中酸溶铝的含量及在站时间，喂入铝线调整钢水中酸溶铝的含量，在出站15min之前将酸溶铝的含量控制在0.035～0.050％，出站前15min内不得再用铝粒进行调整钢水中的酸溶铝含量；
[0080]
3、钙处理主要是对钢中的夹杂物进行变性处理，使钢中固态的al2o3夹杂转变为液态的12cao
·
al2o3，根据钢水中的酸溶铝含量进行钙化处理，控制钢水中ca％/als％＝0.09—0.15；
[0081]
铁钙线含量钙40％，每米单重0.225kg，ca％/als％＝0.09～0.15，在本实施例中取0.10计算，钙收得率按6.5％计算，则喂线量与酸溶铝关系式为：
[0082]
l
线
＝2017094*als％
[0083]
式中l
线
：fe-ca喂线量/米；als％：酸溶铝含量/
×
10-2
[0084]
al2o3变性钙化处理，根据酸溶铝含量确认喂线量；
[0085]
在本实施例中，铁钙线喂入量如表4所示：
[0086]
表4
[0087]
出站前als％铁钙线喂入量l
线(
m)0.0204100.0255120.0306150.0357170.0408200.045923
[0088]
4、测温取样，加碱性钢包复合保温剂出站上台，lf炉处理喂线完毕后，必须保证8min以上软吹时间方上台；
[0089]
步骤六：连铸保护浇注，浇筑时，控制中间包钢水密封不裸露，中包盖板与中包之间完全密封；
[0090]
经lf炉精炼完毕，钢水夹杂物已降到很低，已符合swrch6a冷镦钢要求，钢水在进入连铸后，如果钢水保护浇注环节做不好，钢水中酸溶铝将与空气中氧反应又生成熔点高al2o3夹杂物，在连铸浇注过程中粘附于中间包水口上碗部，形态白色絮状物质，造成连铸结晶器液面波动，使结晶器内的钢水出现卷渣和二次氧化，严重时甚至堵塞水口，造成浇注中断。因此，连铸保护浇注关系到产品最终质量；连铸保护浇注主要操作为：
[0091]
1、用长水口吹氩保护浇注，大包套长水口开浇，不许敞开浇注，根据大包称重卸长水口；
[0092]
2、中间包钢水不许裸露，中包盖板与中包采用耐火纤维和火泥完全密封，盖板上的塞棒孔和其他孔，用硅酸铝纤维毡加工成相应的规整的孔形后，严密覆盖，中包采用高碱度覆盖剂；
[0093]
3、结晶器开启电磁搅拌，控制电流320a-350a，频率3～5hz，铸坯拉速为2.8～
3.3m/min，大包长水口和中包下水口采用密封垫加氩封保护浇注，确保氩气到达长水口顶端，浇注过程中将酸溶铝损失值控制在0.008％以内，控制中间包钢水als％/alt％≥90％；
[0094]
4、生产的连铸方坯钢中d类夹杂≤2.0级，ds类夹杂≤2.0级；疏松和裂纹等级≤1.5级，低倍缺陷符合要求的合格连铸坯；
[0095]
步骤七：浇注结束对连铸坯进行加热处理，然后对加热后的连铸坯进行连续轧制，制成低碳含铝冷镦钢；
[0096]
在本实施例中，连铸坯在轧钢加热炉加热均热段温度热装1100℃～1140℃，加热时间热装60～90min；或者连铸坯在轧钢加热炉加热均热段温度冷装1120℃～1160℃，加热时间冷装80～110min；
[0097]
连铸坯进行连续轧制时，控制开轧温度980℃～1020℃，根据盘条尺寸规格，终轧温度960℃～1000℃，得到轧制后的钢筋，将轧制钢筋在空气中通过风机吹扫冷却。
[0098]
本发明通过采用高铝锰铁为主要脱氧剂，利用转炉冶炼终点碳与终点氧的对应关系，确定脱氧剂加入量，可取消转炉终点钢水定氧操作，从而节约了定氧检测成本；
[0099]
通过采用高铝锰铁进行钢水脱氧和合金化直接提高钢水酸溶铝含量，达到钢水脱氧和符合进站钢水酸溶铝要求，钢水进吹氩站后，可实现减少喂铝线或不喂铝线的目标；
[0100]
通过使用高铝锰铁提高酸溶铝更有利于脱氧产物上浮，进而能够达到提高钢水质量的效果；
[0101]
通过直接提高进站钢水酸溶铝含量，进而使得钢水氧含量很低，脱氧产物低，进站定氧没意义，则可取消钢水在吹氩站内的定氧操作，进一步节约了定氧检测成本。
[0102]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。