专利名称：低氧钢生产方法
技术领域：
本发明属于钢铁冶金领域，特别涉及低氧钢生产方法。
背景技术：
汽车板、钢质易拉罐等产品对钢材的表面质量和深冲成形加工性能有极高要求，广泛采用低碳、超低碳铝镇静钢。如IF钢，[C]＜40ppm，甚至要求[C]＜20ppm；同时T.O(全氧)含量尽可能低，以减少Al2O3类氧化物夹杂对钢的内在质量和加工性能的不利影响。如图1所示，中间包钢水T.O(全氧)与产品发生裂纹缺陷指数的关系。
控制钢水中的T.O(全氧)含量是冶炼低碳、超低碳铝镇静钢的关键技术之一。
目前，低碳、超低碳铝、镇静钢，如IF钢、O5板、DR材等采用的冶炼工艺技术铁水预处理+转炉冶炼+真空脱气(1)铁水预处理主要目的是脱硫；或在铁水预处理阶段除进行脱硫外，还进行脱硅和脱磷，即所谓的“三脱”处理；(2)转炉吹炼最主要的目的是脱碳和升温；目前在低碳、超低碳低T.O(全氧)含量铝镇静钢的生产中，转炉吹炼不进行拉碳作业，出钢过程中也不加任何合金进行钢包合金化，而是采用在出钢过程中加石灰或石灰为基的复合造渣剂，出钢结束后向钢包渣面铺撒含有金属铝的渣还原剂对钢包渣改质处理。以保证钢水中有一定的F[O](自由氧或活性氧)，促进钢水在真空脱气状态下进一步脱碳；向钢包渣面铺撒的含有金属铝的渣还原剂可进一步降低渣中(FeO)、(MnO)等低价氧化物含量，降低渣的氧化性；钢包渣中(FeO)+(MnO)与RH处理后钢包钢水T.O(全氧)关系，如图5所示为，T.O(全氧)随(FeO)+(MnO)增加而增加。一般而言，转炉停吹炉渣中(T.Fe)(全铁)17-22％，(MnO)3.00-5.00％。因此，目前广泛采用的工艺是在出钢过程中加石灰或石灰为基的复合物(加入量2.5-4.5kg/t)，出钢结束后向钢包渣面铺撒含金属铝的还原渣(加入量1.30-3.00kg/t)，进行渣改质以降低钢包渣中的(FeO)+(MnO)。由于CaO和Al2O3其熔点均在2000℃以上，出钢过程中加入的石灰或石灰为基的复合物中只有一部分石灰溶于渣中——，还有一部分未熔石灰以(CaO)形式存在，使钢包渣很快凝固，造成渣的流动性、传质性及吸附夹杂能力大大降低；出钢结束后向钢包渣面铺撒的含金属铝的还原渣，不能均布在渣面上，凝固的、流动和传质较差的钢包渣，使渣还原剂的改质功效大大降低。由此带来的问题是钢水温降大；钢水和渣中活性的(Al2O3)夹杂物大大增加；渣的流动性、传质性及吸附夹杂物的能力大大降低。
(3)真空脱气，OB(吹氧)，主要的目的是进一步脱碳，调整合金成份和温度。
在真空条件下，PCO(一氧化碳分压)降低更有利于[C]+[O]反应进行，利用钢水中的F[O]和OB吹氧进一步脱碳到目标要求的超低碳水平。脱碳结束以后，进行铝脱氧及钢水合金化，并成份及温度均匀。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低氧钢生产方法，可降低中间包钢水中的T.O(全氧)含量，降低生产成本。
本发明的原理是钢中的T.O(全氧)包括F[O](自由氧——溶解于钢水中的氧)和复合氧(氧化物)，采用铝脱氧lgK＝lg([Al]2[O]3)＝-62780/T+20.54在1873K(1600℃)时，K＝1.05×10-13。钢水[Al]＝0.03-0.06％，钢中的F[O]只有3-5ppm，因此，T.O(全氧)主要是来自于钢中非常细小的氧化物夹杂。减少氧化物夹杂物的产生量，促进氧化物夹杂的聚集、上浮、吸附和去除是降低钢中T.O(全氧)的关键。
超低碳([C]＜40ppm)冶炼工艺原理，如图2所示。转炉吹炼至低碳水平(0.03-0.06％)出钢，未脱氧的钢水进行真空处理(如RH本处理)。
在真空状态下，；lgK=lgPcoa[C]·a[O]=1160T+2.003]]>[%O]=PCOK[%C]fC·fO]]>由于PCO明显降低，如PCO由0.1Mpa(1atm)降到0.13Kpa。真空促进了脱碳脱氧反应的进行，钢水初始[％C]大致是0.03-0.04，相应的初始[％O]约为0.06，经过真空处理(如RH本处理)脱碳、脱氧，可使终点碳降低至30ppm以下。
从热力学角度看，图3所示，不同真空度下的[C]-[O]平衡曲线。在0.13Kpa真空度下(PCO＝132Pa)，脱碳至6ppm时的平衡氧位也仅高出30-50ppm而已；但从动力学角度(如图4所示)，当游离氧F[O]＜300ppm时，脱碳速度明显受[O]的传输控制。因此，在实际生产中当脱碳达到20ppm以下目标时，保证钢水游离氧F[O]＞200ppm是适宜的，但游离氧F[O]过高则将增加脱氧铝消耗及钢水的T.O(全氧)量。
真空精炼主要目的是进一步脱碳及成份、温度调整。
真空条件下的脱碳Ct=C0·e(-kc·t);]]>Kc=wW·akw+ak]]>Kc——表现脱碳速率，min-1t——脱碳时间，minw——钢液的循环流量，t/sW——钢液的重量，TAk——容量系数，t/s增加浸渍管直径和提高吹气速率，增加钢液的循环流量，以及提高真空度能有效提高表现脱碳速率。
图7所示为氧位对脱碳的影响，在临界含氧量[O]200ppm以上，两种不同氧位下，Kc2(表观脱碳速率常数)几乎没有显著的差异。
真空精炼脱碳处理前钢包钢水F[O]450-750ppm，[C]200-500ppm，OB通氧量＜100NM3；从理论上讲，反应，每脱1ppm[C]约需1.33(16/12)ppm[O]；图9所示，300吨钢包OB通氧量与游离氧F[O]间的关系，基本估算1NM3(O2)→2.50-3.00ppm(F[O])；由于转炉出钢钢包渣未进行脱氧改质，一部分钢包渣中的氧将参与真空下的脱碳反应。
脱碳结束后，加脱氧铝和成品铝前的钢水F[O]＜350ppm，在保证生产节奏下，可减少Al的消耗及(Al2O3)的产生量，如图8所示铝投入总量(kg)与F[O](ppm)之间的关系；本发明的技术解决方案是低氧钢生产方法，包括如下步骤，a)铁水预处理，主要目的是脱硫；b)转炉冶炼，主要目的是脱碳和升温；停吹碳[C]E＝0.03-0.06％，停吹游离氧F[O]E＝700-1100PPM，停吹温度TE≥1660℃；出钢中不进行脱氧及合金化，以确保真空处理前钢包钢水碳([C]LD)0.02-0.06％，钢包钢水游离氧(F[O]LD)450-750PPM；钢水温度TLD以达到在真空处理中不必OB吹氧加铝升温就能满足浇铸所需的温度；c)真空脱气精炼，主要目的是进一步脱碳及成份、温度调整；真空精炼脱碳处理前钢包钢水温度1590-1620℃，尽可能减少OB氧加铝升温；d)出钢，钢包加入渣改质剂，加入量为4.00-7.00kg/t；在出钢开始后，对钢流加入渣改质剂，加入量为4.00-7.00kg/t；此类铝酸钙渣系的熔点在1400℃(C12A7)，在出钢及钢包钢水温度在1600℃以上条件下，此类渣能够迅速地熔化，上浮到钢液面上。由于新渣改质剂为预熔型，不含金属铝，其优点是钢水温降小，可在出钢过程中加入，不影响钢包钢水的自由氧含量，没有大量的活性(Al2O3)产生，对钢中的(Al2O3)等氧化物夹杂有较强的吸附能力；e)浇铸，铸浇前，向钢包钢水渣面铺撒含金属铝的渣改质剂0.15-0.35kg/t，进一步降低渣中(FeO)+(MnO)含量。
其中，所述的步骤d的渣改质剂为预溶型铝酸钙，成分(质量百分比)CaO 60-40％，Al2O340-60％，如图6所示。
所述的步骤e渣改质剂中金属铝含量为45-50％。
本发明的有益效果(1)中间包钢水T.O(全氧)含量下降了18％；(2)RH-OB氧量下降了20％；(3)精炼脱碳处理结束的脱氧铝消耗下降了11％；(4)转炉钢包渣改质成本下降了23％以上。
图1为中间包钢水T.O(全氧)与产品发生裂纹缺陷指数的关系。
图2为真空脱碳时[C]和[O]的变化。
图3为不同真空度下的[C]-[O]平衡曲线。
图4为含氧量对脱碳的作用的示意图。
图5为钢包渣中(FeO)+(MnO)与RH处理后钢包钢水T.O(全氧)关系。
图6为CaO-Al2O3两元渣系相图。
图7所示为氧位对脱碳的影响。
图8所示为为铝投入总量(kg)与游离氧F[O](ppm)之间的关系。
图9所示为OB通氧量与F[O]间的关系。
具体实施例方式
实施例见表1，本发明的低氧钢生产方法，首先铁水预处理，脱硫；接着转炉冶炼，停吹碳[C]E＝0.03-0.06％，停吹游离氧F[O]E＝700-1100ppm，停吹温度TE≥1660℃；然后真空脱气精炼，以进一步脱碳及成份、温度调整，真空精炼脱碳处理前钢包钢水温度1590-1620℃；脱碳结束后，加脱氧铝和成品铝前的钢水游离氧F[O]＜350ppm；出钢，钢包加入渣改质剂，加入量为4.00-7.00kg/t；浇铸前，向钢包钢水渣面铺撒含金属铝(45-50％)的渣改质剂0.15-0.35kg/t，进一步降低渣中(FeO)+(MnO)含量。
表2所示为钢包渣成份变化实例，一般而言，转炉停吹炉渣T.Fe(全铁)17-22％，MnO3.00-5.00％，具有非常高的氧化性，除采用各种挡渣方法尽可能减少高氧化性的转炉渣在出钢过程下渣到钢包中外，还必须在出钢过程中加入渣改质剂对钢包渣进行改质，降低钢包渣中的T.Fe(全铁)、MnO等氧化物含量，并生成对Al2O3等氧化物夹杂吸附能力强的低熔点的铝酸钙；在真空精炼脱碳结束加脱氧铝和成品铝后，浇铸前，向钢包钢水渣面铺撒含金属铝45-50％的改质渣，进一步降低渣中(FeO)+(MnO)含量，降低RH处理结束渣的氧化性，同时吸附铝脱氧生成的Al2O3夹杂(RH处理结束渣中的Al2O3含量明显上升)。
表1
表2钢包渣成份
权利要求
1.低氧钢生产方法，包括如下步骤，a)铁水预处理，b)转炉冶炼，停吹碳[C]E＝0.03-0.06％，停吹游离氧F[O]E＝700-1100ppm，停吹温度TE≥1660℃；c)真空脱气精炼，真空精炼脱碳处理前钢包钢水温度1590-1620℃；d)出钢，钢包加入渣改质剂，加入量为4.00-7.00kg/t；e)浇铸，铸浇前，向钢包钢水渣面铺撒含金属铝的渣改质剂0.15-0.35kg/t，进一步降低渣中(FeO)+(MnO)含量。
2.如权利要求1所述的低氧钢生产方法，其特征是，所述的改质剂为预溶型铝酸钙，成分(质量百分比)CaO 60-40％，Al2O340-60％。
3.如权利要求1所述的低氧钢生产方法，其特征是，脱碳结束后，加脱氧铝和成品铝前的钢水游离氧F[O]＜350ppm。
4.如权利要求1所述的低氧钢生产方法，其特征是，所述的步骤e渣改质剂中金属铝含量为45-50％。
全文摘要
低氧钢生产方法，包括如下步骤，a.铁水预处理；b.转炉冶炼，停吹碳[C]
文档编号C21C7/00GK1676621SQ200410017309
公开日2005年10月5日 申请日期2004年3月30日 优先权日2004年3月30日
发明者孙兴洪, 郑贻裕, 钟志敏, 周继刚, 王俊凯 申请人:宝山钢铁股份有限公司