一种钢种的冶炼方法、容器装置与流程

1.本技术涉及钢材制备技术领域，尤其涉及一种钢种的冶炼方法、容器装置。


背景技术：

2.磷元素和硫元素影响着钢材质量。钢中磷的主要危害是降低钢材的塑性、韧性和可焊性，随着磷含量的增加，钢板在低温时会产生冷脆现象，造成钢板冲击韧性下降。硫元素会造成钢的“热脆”性，导致钢板在热加工过程中组织性能变差。
3.目前，超低磷、超低硫为特征的钢种主要用于高压低温容器设备，例如lng储气罐、燃气罐等，该类钢种对磷和硫的要求极为严格。现有钢种中硫元素含量过高，无法满足超低硫钢种(以质量分数计，硫含量≤10ppm)的使用需求。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供了一种钢种的冶炼方法、容器装置，以解决现有钢种中硫元素含量过高，无法满足超低硫钢种(以质量分数计，硫含量≤10ppm)的使用需求的技术问题。
5.第一方面，本技术实施例提供了一种钢种的冶炼方法，所述冶炼方法包括：
6.将铁水进行kr法脱硫，得到脱硫后的钢水；
7.将脱硫后的所述铁水进行转炉冶炼、lf炉精炼和vd炉真空精炼，得到精炼后的钢水；
8.将精炼后的所述钢水进行连铸，得到钢种；
9.其中，以质量分数计，脱硫后的所述钢水中硫含量＜20ppm；所述lf炉精炼后的钢水中硫含量＜20ppm；所述vd炉真空精炼后的钢水中硫含量≤10ppm。
10.进一步地，所述转炉冶炼采用bof炉冶炼。
11.进一步地，所述转炉冶炼包括包括脱磷阶段和脱碳阶段；
12.所述脱磷阶段的工艺参数包括：氧枪高度220-230cm；氧气流量39000～41000nm3/h；转炉底吹氩气流量700～900nm3/h；炉渣碱度为1.8-2.5；半钢温度为1250-1300℃。
13.进一步地，所述脱碳阶段的工艺参数包括：氧枪高度170-230cm，氧气流量44000-46000nm3/h，转炉底吹流量400-800nm3/h，tso终点温度1600-1620℃，tso炉渣碱度为5-6.5。
14.进一步地，以质量分数计，所述铁水中硅含量为0.20％～0.45％。
15.进一步地，以质量分数计，所述lf炉精炼后的终渣中，∑(feo mno)≤1.0％；其中，∑(feo mno)表示feo和mno的质量分数之和。
16.进一步地，所述vd炉真空精炼的工艺参数包括：
17.0～13分钟段：氩气底吹流量为150～200nl/min；
18.13～18分钟段：氩气底吹流量为20-50nl/min。
19.进一步地，以质量分数计，所述钢种中磷含量≤40ppm，硫含量≤10ppm。
20.第二方面，本技术实施例提供了一种容器装置，所述容器装置采用第一方面所述的冶炼方法得到的钢种制备得到。
21.进一步地，所述容器装置包括lng储气罐、燃气罐和抗酸容器罐中的至少一种。
22.本技术实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
23.本技术实施例提供了一种钢种的冶炼方法，该冶炼方法采用转炉冶炼-lf炉精炼-vd炉真空精炼工艺，通过逐步控制脱硫后的所述钢水中硫含量＜20ppm，所述lf炉精炼后的钢水中硫含量＜20ppm，所述vd炉真空精炼后的钢水中硫含量≤10ppm，最终实现超低硫钢种(以质量分数计，硫含量≤10ppm)的制备，有效解决了现有钢种中硫元素含量过高的技术问题。
附图说明
24.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
25.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为本技术实施例提供的一种钢种的冶炼方法的流程示意图。
具体实施方式
27.下面将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
28.在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
29.除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
30.磷元素和硫元素影响着钢材质量。钢中磷的主要危害是降低钢材的塑性、韧性和可焊性，随着磷含量的增加，钢板在低温时会产生冷脆现象，造成钢板冲击韧性下降。硫元素会造成钢的“热脆”性，导致钢板在热加工过程中组织性能变差。
31.目前，超低磷、超低硫为特征的钢种主要用于高压低温容器设备，例如lng储气罐、燃气罐等，该类钢种对磷和硫的要求极为严格。现有钢种中硫元素含量过高，无法满足超低硫钢种(以质量分数计，硫含量≤10ppm)的使用需求。
32.本发明实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
33.第一方面，本技术实施例提供了一种钢种的冶炼方法，所述冶炼方法包括：
34.将铁水进行kr法脱硫，得到脱硫后的钢水；
35.将脱硫后的所述铁水进行转炉冶炼、lf炉精炼和vd炉真空精炼，得到精炼后的钢水；
36.将精炼后的所述钢水进行连铸，得到钢种；
37.其中，以质量分数计，脱硫后的所述钢水中硫含量＜20ppm；所述lf炉精炼后的钢水中硫含量＜20ppm；所述vd炉真空精炼后的钢水中硫含量≤10ppm。
38.本技术实施例提供了一种钢种的冶炼方法，该冶炼方法采用转炉冶炼-lf炉精炼-vd炉真空精炼工艺，通过逐步控制脱硫后的所述钢水中硫含量＜20ppm，所述lf炉精炼后的钢水中硫含量＜20ppm，所述vd炉真空精炼后的钢水中硫含量≤10ppm，最终实现超低硫钢种(以质量分数计，硫含量≤10ppm)的制备，有效解决了现有钢种中硫元素含量过高的技术问题。
39.本技术中，kr(kambara reactor)法脱硫具体为kr机械搅拌法，是将浇注耐火材料并经过烘烤的十字形搅拌头，浸入铁水包熔池适宜深度，借其旋转产生的漩涡，经过称量的脱硫剂由给料器加入到铁水表面，并被旋涡卷入铁水中使氧化钙基脱硫粉剂与铁水充分接触反应，达到脱硫目的。
40.本技术中，转炉冶炼又称为转炉炼钢(converter steelmaking)，是以铁水、废钢等为主要原料，不借助外加能源，靠铁液本身的物理热和铁液组分间化学反应产生热量而在转炉中完成炼钢过程。
41.本技术中，lf炉精炼又被称为lf(ladle furnace)精炼技术，是炉外精炼的主要方法之一。lf炉(ladle furnace)即钢包精炼炉,是钢铁生产中主要的炉外精炼设备，lf炉一般指钢铁行业中的精炼炉。lf炉本身一般不具有真空设备。在精炼时,即在不抽真空的大气压下进行精炼时，靠微正压操作起到隔离空气的作用。良好的氩气搅拌是lf炉精炼的又一特点。
42.本技术中，vd炉是一种广泛应用的真空精炼炉，其能有效的减少钢中氢、氮含量，并通过碳氧反应去除钢中的氧，通过碱性炉渣与钢水的充分反应脱除钢中的硫。vd炉原理是利用五级蒸汽喷射泵工作，使真空室工作真空度达到67pa以下，通过负压的作用达到精炼目的，vd炉正常工作时间为30分钟。
43.作为本技术实施例的一种实施方式，所述转炉冶炼采用bof炉冶炼。
44.本技术中，bof炉冶炼又被称为bof法(bof steelmaking)是氧气顶吹转炉炼钢法，以碱性氧气炼钢炉的英文名称basic oxygen furnace的缩写字母构成。
45.作为本技术实施例的一种实施方式，所述转炉冶炼包括包括脱磷阶段和脱碳阶段；
46.所述脱磷阶段的工艺参数包括：氧枪高度220-230cm；氧气流量39000～41000nm3/h；转炉底吹氩气流量700～900nm3/h；炉渣碱度为1.8-2.5；半钢温度为1250-1300℃。
47.本技术中，脱磷阶段：氧枪高度220-230cm；氧气流量39000～41000nm3/h；转炉底吹氩气流量700～900nm3/h；炉渣碱度为1.8-2.5；半钢温度为1250-1300℃。吹氧量2000-3000nm3左右提枪排渣进行脱碳。该步骤和工艺参数可保证钢水磷含量达到50ppm以下。
48.作为本技术实施例的一种实施方式，所述脱碳阶段的工艺参数包括：氧枪高度170-230cm，氧气流量44000-46000nm3/h，转炉底吹流量400-800nm3/h，tso终点温度1600-1620℃，tso炉渣碱度为5-6.5。
49.本技术中，脱碳阶段：氧枪高度170-230cm，氧气流量44000-46000nm3/h，转炉底吹流量400-800nm3/h，tso终点温度1600-1620℃，tso炉渣碱度为5-6.5。该步骤和工艺参数可保证钢水磷含量达到40ppm以下，避免钢水温度偏低。
50.本技术中，tso是指吹炼终点时用，取样定氧。
51.作为本技术实施例的一种实施方式，以质量分数计，所述铁水中硅含量为0.20％
～0.45％。
52.本技术中，铁水硅含量0.20％≤si≤0.45％，保证钢水冶炼期间有充足的热量。
53.作为本技术实施例的一种实施方式，以质量分数计，所述lf炉精炼后的终渣中，∑(feo mno)≤1.0％；其中，∑(feo mno)表示feo和mno的质量分数之和。
54.本技术中，以质量分数计，所述lf炉精炼后的终渣中，∑(feo mno)≤1.0％；其中，∑(feo mno)表示feo和mno的质量分数之和。该步骤和工艺参数可保证钢水硫含量达到20ppm以下。
55.作为本技术实施例的一种实施方式，所述vd炉真空精炼的工艺参数包括：
56.0～13分钟段：氩气底吹流量为150～200nl/min；
57.13～18分钟段：氩气底吹流量为20-50nl/min。
58.本技术中，vd炉真空精炼保持深真空(≤67pa)18分钟，深真空阶段模式为“13 5”。即前13分钟氩气底吹流量为150～200nl/min。后5分钟底吹氩气调整为20-50nl/min。此步骤可保证钢水中有较低的气体元素。在一些具体实施例中，抽真空过程及破空后禁止加任何铝制品。vd处理结束：钢液中的磷≤40ppm，钢液中的硫含量≤10ppm；最终实现超低磷、超低硫为特征的钢种。
59.第二方面，本技术实施例提供了一种容器装置，所述容器装置采用第一方面所述的冶炼方法得到的钢种制备得到。
60.本技术实施例提供的容器装置采用第一方面所述的冶炼方法得到的钢种制备得到，该钢种为超低磷(以质量分数计，磷含量≤40ppm)、超低硫(以质量分数计，硫含量≤10ppm)为特征的钢种，具有优异的塑性、韧性和可焊性等性能，是一种高质量的低温容器。
61.作为本技术实施例的一种实施方式，所述容器装置包括lng储气罐、燃气罐和抗酸容器罐中的至少一种。
62.下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。
63.实施例1
64.本例提供一种钢种的冶炼方法，具体为抗酸容器钢，适用于采用“bof炉-lf炉-vd炉”工艺路线的钢种，如图1所示，所述冶炼方法包括：
65.将铁水进行kr法脱硫，得到脱硫后的钢水；
66.将脱硫后的所述铁水进行转炉冶炼、lf炉精炼和vd炉真空精炼，得到精炼后的钢水；其中，所述转炉冶炼采用bof炉冶炼；所述转炉冶炼包括包括脱磷阶段和脱碳阶段；
67.将精炼后的所述钢水进行连铸，得到钢种；
68.其中，关键工艺参数如下：
69.以质量分数计，铁水硅含量为0.23％；kr脱后硫含量为5ppm；
70.脱磷阶段：氧枪高度220cm，氧气流量40000nm3/h，转炉底吹氩气流量800nm3/h；脱磷阶段炉渣碱度控制在2.0，脱磷期半钢温度控制在1278℃。吹氧量2000nm3左右提枪排渣进行脱碳；
71.脱碳阶段：氧枪高度220cm，氧气流量46000nm3/h，转炉底吹流量800nm3/h；tso终点
温度1607℃，tso磷含量0.0032％，tso炉渣碱度控制在6.1；
72.lf炉渣料总量包括小粒白灰和萤石，渣料量为4.58kg/t；终渣∑(feo mno)为0.79％；lf炉结束硫含量为10.8ppm；
73.vd炉真空精炼保持深真空(≤67pa)18分钟，深真空阶段模式为“13 5”。即前13分钟氩气底吹流量为200nl/min；后5分钟底吹氩气调整为50nl/min；
74.抽真空过程及破空后未加任何铝制品；
75.vd处理结束：钢液中的磷为28ppm，钢液中的硫含量为4ppm。
76.以质量分数计，本例所得钢种中磷含量为28ppm，硫含量为4ppm。
77.实施例2
78.本例提供一种钢种的冶炼方法，具体为抗酸容器钢，适用于采用“bof炉-lf炉-vd炉”工艺路线的钢种，所述冶炼方法包括：
79.将铁水进行kr法脱硫，得到脱硫后的钢水；
80.将脱硫后的所述铁水进行转炉冶炼、lf炉精炼和vd炉真空精炼，得到精炼后的钢水；其中，所述转炉冶炼采用bof炉冶炼；所述转炉冶炼包括包括脱磷阶段和脱碳阶段；
81.将精炼后的所述钢水进行连铸，得到钢种；
82.其中，关键工艺参数如下：
83.铁水硅含量为0.41％；kr脱后硫为5ppm％；
84.脱磷阶段：氧枪高度220cm，氧气流量40000nm3/h，转炉底吹氩气流量800nm3/h；脱磷阶段炉渣碱度控制在2.3，脱磷期半钢温度控制在1285℃；吹氧量2000nm3左右提枪排渣进行脱碳；
85.脱碳阶段：氧枪高度210cm，氧气流量46000nm3/h，转炉底吹流量800nm3/h；tso终点温度1612℃，tso磷含量0.0031％，tso炉渣碱度控制在5.7；
86.lf炉渣料总量包括小粒白灰和萤石，按照3-8kg/t控制渣量。终渣∑(feo mno)为0.53％；lf炉结束硫含量为11.8ppm；
87.vd炉真空精炼保持深真空(≤67pa)18分钟，深真空阶段模式为“13 5”；即前13分钟氩气底吹流量为200nl/min；后8分钟底吹氩气调整为30nl/min；
88.抽真空过程及破空后未加任何铝制品；
89.vd处理结束：钢液中的磷为39ppm，vd炉结束硫含量为4ppm。
90.以质量分数计，本例所得钢种中磷含量为39ppm，硫含量为4ppm。
91.综上所述，本技术实施例提供了一种钢种的冶炼方法，该钢种为超低磷(以质量分数计，磷含量≤40ppm)、超低硫(以质量分数计，硫含量≤10ppm)为特征的钢种，具有优异的塑性、韧性和可焊性等性能，满足如高质量的低温容器等设备的使用要求。
92.应该理解，在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
93.需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵
盖非排他性地包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。另外，本文中出现的术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。
94.以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。