利用rh单联工艺冶炼高级别管线钢的方法
【专利摘要】本发明提供了一种利用RH单联工艺冶炼高级别管线钢的方法，在转炉出钢过程中，控制钢液中较高的铝含量，以备后续精炼中进行脱硫和夹杂物控制，在RH真空精炼阶段，加入脱硫剂控制钢液中S含量≤0.0020%，并对钢液进行吹氧，与钢液中的铝反应将钢液中的铝含量控制在0.03～0.05%，同时弥补了脱硫过程的热量损失，并将夹杂物转变为主要为易于排除的簇群状Al2O3夹杂物，最后进行钙处理与软吹，使得钢液中的夹杂物以变形系数接近1的小颗粒CaS夹杂物为主。本发明提供的一种利用RH单联工艺冶炼高级别管线钢的方法，不仅能够达到X80管线钢的质量要求，且生产流程较短，降成本效果显著。
【专利说明】利用RH单联工艺冶炼高级别管线钢的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及炼钢【技术领域】，特别涉及一种利用RH单联工艺冶炼高级别管线钢的方法。
【背景技术】
[0002]管线钢的强度和低温冲击韧性是其重要的性能指标，因而在管线钢冶炼过程中，深脱硫和夹杂物控制是技术关键，控制的目标为成品中硫元素的质量分数< 0.0020%O
[0003]管线钢冶炼的质量要求多且难度大，目前，常规的管线钢冶炼步骤为双联操作--转炉吹炼一LF精炼一RH精炼一板坯连铸。中国专利102732666A《控制抗氢致开裂管线钢中厚板非金属夹杂物的方法》，公开了在此双联操作冶炼管线钢工艺的基础上深度脱硫和控制夹杂物的方法，该方法在流程上存在周期长，成本高的缺点。
[0004]中国专利200910084425.4《一种RH精炼工艺生产管线钢J55的方法》，采用了单联RH工艺生产管线钢，该方法只针对210吨转炉生产J55牌号的管线钢，且产品最终S元素的质量百分数仅能控制到< 0.006%的水平。另外，该方法中只提到了 MnS夹杂物的钙处理变性技术，未提及如何减少硬质钙铝酸盐夹杂物对钢材性能的损害，因而远不能满足更高级别管线钢的性能要求。对于X80级别的高级别管线钢，如采用RH单联工艺，则存在硫含量难以稳定控制、精炼过程温度降低较大影响浇铸的问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种利用RH单联工艺冶炼高级别管线钢的方法，该方法采用“转炉吹炼一吹氩搅拌钢液一RH真空精炼一板坯连续浇注”工艺代替传统的LF+RH双联精炼工艺冶炼X80及更高级别管线钢，同时达到钢中硫元素的质量百分数< 0.0020%的深脱硫水平，并控制钢中最终的夹杂物以变形系数接近I的CaS夹杂物为主，伴有少量低熔点小颗粒Al2O3-CaS-CaO的复合夹杂物。
[0006]为解决上述技术问题，本发明提供了一种利用RH单联工艺冶炼高级别管线钢的方法，采用“转炉吹炼一吹氩搅拌钢液一RH真空精炼一连续浇注”工艺，适用于冶炼X80及更高级别的管线钢，冶炼过程中技术参数控制如下:
[0007](I)转炉出钢过程中，出钢量达到1/3阶段之前，向钢液中加入铝铁，控制脱氧结束后钢液中铝元素的质量百分数为:0.10~0.15% ;出钢量达到1/3至2/3阶段时，向钢液中加入石灰8-10kg/t钢；
[0008](2)出钢结束后，采用顶枪向钢液吹氩气强搅拌，吹氩强度控制为5 — 7NL/min/t钢，吹IS时间为5-8分钟；
[0009](3)钢液吹氩结束进行RH真空处理，真空处理后，通过真空料仓向钢液中加入脱硫剂，加入量为4~6kg/t钢，所述脱硫剂按质量百分比计为:Ca050~60%，CaF240~50% ；
[0010](4)加入脱硫剂后，RH真空循环处理3分钟，钢液硫含量控制在≤0.0020% ；
[0011](5)真空循环后进行RH吹氧升温，控制钢液中铝元素的质量百分比为0.03~0.05% ；
[0012](6) RH精炼吹氧升温结束钢液保持真空处理6~10分钟；
[0013](7)钢液RH真空处理后，进行钙处理；
[0014](8)钙处理结束后，采用钢包底吹氩工艺对钢液进行 软吹搅拌。
[0015]进一步地，所述钢液进行RH真空处理时，在抽真空时间为3~5分钟、真空度(1000Pa后，加入脱硫剂。
[0016]进一步地，所述钢液RH真空处理后进行钙处理时的钙加入量为0.08~0.18kg/t钢。
[0017]进一步地，所述的采用钢包底吹氩工艺对钢液进行软吹搅拌，软吹流量为30~50NL/min，软吹时间为8~15分钟。
[0018]本发明提供的一种利用RH单联工艺冶炼高级别管线钢的方法，取代了常规的“转炉吹炼一LF精炼一RH真空精炼一板坯连续浇注”冶炼工艺，采用“转炉吹炼一吹氩搅拌钢液一RH真空精炼一连续浇注”的冶炼工艺，特别适用于冶炼X80及更高级别的管线钢，简化了冶炼流程，降低了生产成本。为了保证脱硫效果，在转炉出钢过程中，加入了过量的铝铁，使得钢液中的Al含量远高于常规精炼过程中钢液的铝含量水平，达到了 0.10~0.15%，在顶吹氩搅拌和后续的RH精炼过程中，通过脱硫的反应:CaO(slag) + [Al] + [S] — CaS+Al203，不断脱硫至S含量达到0.0020%以下，此过程中过量的Al完成了其转炉脱氧、脱硫及RH精炼脱硫的任务。为了弥补RH热量损失，使钢液升温，在RH工序向钢液中吹氧，这部分氧与钢液中过量的Al发生反应，放出大量的热，弥补了脱硫过程的热量损失，使钢液温度升高到目标温度；同时，将钢液中溶解的Al转变成Al2O3，在直接从RH顶部吹氧的高氧势下，Al2O3转变成大量的簇群状Al2O3，迅速的互相碰撞、长大、上浮到钢液表面。钢液中残存的主要夹杂物为吹氧升温后难以上浮的小颗粒Al2O3，通过钙处理后，钢液中的夹杂物转变为以变形系数接近I的CaS夹杂为主，伴有少量低熔点小颗粒Al2O3-CaS-CaO的复合夹杂物。最后软吹搅拌使钙处理产生的夹杂物上浮并进一步均匀钢液的温度和成分。本发明提供的一种利用RH单联工艺冶炼高级别管线钢的方法，通过Al含量的“曲线脱硫和控制夹杂”路线，利用“高铝”依次实现:脱氧、脱硫、深脱硫、钢液升温、夹杂物控制等多项冶金任务，虽然用铝量提高增加了一定成本，但是省去了传统的LF工序，大大降低成本的同时缩短了冶炼流程。
【具体实施方式】
[0019]本发明实施例提供的一种利用RH单联工艺冶炼高级别管线钢的方法，适用于冶炼X80级及更高级别的管线钢，冶炼过程中控制如下参数:
[0020](I)为了达到脱硫的目的，转炉出钢过程中，出钢量达到1/3阶段之前，向钢液中加入较大量的铝铁，控制脱氧结束后钢液中铝元素的质量百分比为:0.10~0.15% ;出钢量达到1/3至2/3阶段时，向钢液中加入石灰8-10kg/t钢。在出钢过程中，加入较大量的铝铁，控制脱氧结束后钢液保持较高的Al含量，不仅能够满足钢液彻底脱氧的目标，而且能促进出钢过程和后续精炼过程脱硫反应的发生。在出钢过程中，向钢液中加入石灰8-lOkg/t钢，利用出钢过程良好的动力学条件，促进了钢渣之间的反应，达到脱氧、脱硫的效果，脱硫反应可以用下式表示:
[0021 ] Ca0(slag) + [Al] + [S] — CaS+Al203。[0022](2)出钢结束后，采用顶枪向钢液吹氩气强搅拌，吹氩强度控制为5 — 7NL/min/t钢，吹IS时间为5-8分钟。该操作有别于常规的工艺操作,该操作是在钢包上方利用喷枪喷入氩气对钢液进行搅拌，由于在转炉出钢过程加入了超常规量的铝铁，单靠转炉出钢过程的冲击作用，并不能保证钢渣之间的充分反应，因此，为了促进钢渣之间的反应和脱氧、脱硫的进行，采用顶枪吹氩搅拌的工艺提高动力学条件，经过理论计算和多次的生产试验，确定了顶吹氩气的强度为5 — 7NL/min/t钢，吹氩时间为5_8分钟。
[0023](3)钢液吹氩结束进行RH真空处理，在抽真空时间为3~5分钟、真空度≤1000Pa后，通过真空料仓向钢液中加入脱硫剂，加入量为4~6kg/t钢，所述脱硫剂按质量百分比计为:Ca050 ~60%, CaF240 ~50%。
[0024](4)加入脱硫剂后，RH真空 循环处理3分钟，钢液硫含量控制在小于0.0020%。钢液到达RH精炼处理位后，立即进行真空操作，把钢液吸入RH精炼炉的真空室内，并在真空度小于或等于1000Pa后，通过真空料仓向钢液中加入脱硫剂，此时钢液处于真空环境中，不会在循环过程中被空气氧化。同时由于钢液中的铝元素含量高，脱硫剂中CaO含量高，根据反应:CaO(slag) + [Al] + [S] — CaS+Al203，脱硫反应进行更加彻底，在脱硫结束后，硫含量能够控制在S≤0.0020%。
[0025](5)真空循环后进行RH吹氧升温，控制钢液中铝元素的质量百分比为0.03~
0.05%。随着脱硫剂的加入和反应的进行，钢液温度降低，需要吹氧升温，由于RH是在真空室内吹氧，钢液和炉渣接触的面积小，所以避免了吹氧造成的回硫。在吹氧过程中，钢液中的Al不断被氧化，会生成大尺寸的簇群状Al2O3夹杂物，这些簇群状的Al2O3互相碰撞不断的长大，漂浮脱离钢液。最终在吹氧结束后Al含量达到0.03~0.05%,能够满足管线钢中对Al含量的一般要求。
[0026](6) RH精炼吹氧升温结束钢液真空处理6~10分钟。在RH精炼吹氧结束后，钢液中由于Al氧化生成大量的簇群状Al2O3夹杂物，保持真空处理6~10分钟，钢液中的簇群状Al2O3夹杂物能够充分上浮，在钢液中的夹杂物主要为上浮困难的小颗粒的Al2O3夹杂物(粒径< 10微米)，该环节的目的是促进簇群状Al2O3夹杂物浮出钢液液面而排出。
[0027](7)钢液RH真空处理后，进行钙处理，钙加入量为0.08~0.18kg/t钢。钢液中的簇群状Al2O3夹杂物充分上浮后，钢液中残存的主要夹杂物为吹氧升温后难以上浮的小颗粒Al2O3，通过钙处理后，可将钢液中的夹杂物转化为变形系数接近于I的小颗粒CaS夹杂物或者Al2O3-CaS-CaO复合夹杂物。其中，复合夹杂物的组成为Al2O3:3%—40%, CaS:45%—95% ；CaO:35— 65%。
[0028](8)钙处理结束后，采用钢包底吹氩工艺对钢液进行软吹搅拌，软吹流量为30~50NL/min，软吹时间为8~15分钟。通过软吹搅拌使钙处理产生的夹杂物上浮并进一步均匀钢液的温度和成分。
[0029]以下通过实例阐述本发明提供的一种利用RH单联工艺冶炼高级别管线钢的方法。
[0030]实施例1
[0031]转炉出钢过程中，出钢量达到1/3阶段之前，向钢液中加入铝铁，控制脱氧结束后钢液中铝元素的质量百分数为0.13% (见表1);出钢量达到1/3至2/3阶段时，向钢液中加入石灰8kg/t钢。出钢结束后，采用顶枪向钢液吹氩气强搅拌，吹氩强度控制为5NL/min/t钢，吹氩时间为8分钟。钢液吹氩结束进行RH真空处理，在抽真空3.5分钟、真空度为984Pa后，通过真空料仓向钢液中加入脱硫剂，加入脱硫剂后，在保持真空度为992Pa的情况下，继续对钢液RH真空循环处理3分钟(见表2)，对钢液进一步深脱硫。其中，脱硫剂的加入量为5.2kg/t钢，脱硫剂按质量百分比为55%的CaO和45%的CaF2 (见表3)。真空循环后进行RH吹氧升温，并在吹氧升温结束后，在保持真空度为983Pa的情况下对钢液真空处理8.5分钟，控制钢液中铝元素的质量百分比为0.040% (见表4)。钢液RH真空处理后，进行钙处理，钙加入量为0.09kg/t钢。钙处理结束后，采用钢包底吹氩工艺对钢液进行软吹搅拌，软吹 流量为34.6NL/min,软吹时间为8分钟(见表5)。最终，钢液中的硫含量控制在
0.0011%，钢液中的夹杂物转变为以变形系数接近I的CaS夹杂为主，伴有少量低熔点的小颗粒 Al2O3-CaS-CaO 复合夹杂物，夹杂物的组成为 Al2O3:29.81%，CaS:32.56% ；CaO:31.37% ；MgO:3.73% ；Si02:2.53% (见表 6)。
[0032]实施例2
[0033]转炉出钢过程中，出钢量达到1/3阶段之前，向钢液中加入铝铁，控制脱氧结束后钢液中铝元素的质量百分数为0.12% (见表1);出钢量达到1/3至2/3阶段时，向钢液中加入石灰9kg/t钢。出钢结束后，采用顶枪向钢液吹氩气强搅拌，吹氩强度控制为7NL/min/t钢，吹氩时间为5分钟。钢液吹氩结束进行RH真空处理，在抽真空4.5分钟、真空度为923Pa后，通过真空料仓向钢液中加入脱硫剂，加入脱硫剂后，在保持真空度为984Pa的情况下，继续对钢液RH真空循环处理3分钟(见表2)，对钢液进一步深脱硫。其中，脱硫剂的加入量为4.9kg/t钢，脱硫剂按质量百分比为59%的CaO和41%的CaF2 (见表3)。真空循环后进行RH吹氧升温，并在吹氧升温结束后，在保持真空度为987Pa的情况下对钢液真空处理7.5分钟，控制钢液中铝元素的质量百分比为0.041% (见表4)。钢液RH真空处理后，进行钙处理，钙加入量为0.14kg/t钢。钙处理结束后，采用钢包底吹氩工艺对钢液进行软吹搅拌，软吹流量为42.1NL/min，软吹时间为12分钟(见表5)。最终，钢液中的硫含量控制在
0.0017%，钢液中的夹杂物转变为以变形系数接近I的CaS夹杂为主，伴有少量低熔点的小颗粒 Al2O3-CaS-CaO 复合夹杂物，夹杂物的组成为 Al2O3:21.02%, CaS:27.27% ；CaO:42.69% ；MgO:7.24% ；Si02:1.78% (见表 6)。
[0034]实施例3
[0035]转炉出钢过程中，出钢量达到1/3阶段之前，向钢液中加入铝铁，控制脱氧结束后钢液中铝元素的质量百分数为0.15% (见表1);出钢量达到1/3至2/3阶段时，向钢液中加入石灰10kg/t钢。出钢结束后，采用顶枪向钢液吹氩气强搅拌，吹氩强度控制为6NL/min/t钢，吹氩时间为7分钟。钢液吹氩结束进行RH真空处理，在抽真空4.5分钟、真空度为977Pa后，通过真空料仓向钢液中加入脱硫剂，加入脱硫剂后，在保持真空度为992Pa的情况下，继续对钢液RH真空循环处理3分钟(见表2)，对钢液进一步深脱硫。其中，脱硫剂的加入量为5.8kg/t钢，脱硫剂按质量百分比为52%的CaO和48%的CaF2 (见表3)。真空循环后进行RH吹氧升温，并在吹氧升温结束后，在保持真空度为971Pa的情况下对钢液真空处理6分钟，控制钢液中铝元素的质量百分比为0.036% (见表4)。钢液RH真空处理后，进行钙处理，钙加入量为0.17kg/t钢。钙处理结束后，采用钢包底吹氩工艺对钢液进行软吹搅拌，软吹流量为50.0NL/min，软吹时间为12分钟(见表5)。最终，钢液中的硫含量控制在
0.0012%，钢液中的夹杂物转变为以变形系数接近I的CaS夹杂为主，伴有少量低熔点的小颗粒 Al2O3-CaS-CaO 复合夹杂物，夹杂物的组成为 Al2O3:23.65%, CaS:32.48% ；CaO:39.99% ；MgO:6.30% ；Si02:2.04% (见表 6)。
[0036]表1转炉终点加入铝铁脱氧之后钢液中铝元素的质量百分数控制情况
[0037]
【权利要求】
1.一种利用RH单联工艺冶炼高级别管线钢的方法，采用“转炉吹炼一吹氩搅拌钢液— RH真空精炼一连续浇注”工艺，适用于冶炼X80及更高级别的管线钢，冶炼过程中技术参数控制如下: (1)转炉出钢过程中，出钢量达到1/3阶段之前，向钢液中加入铝铁，控制脱氧结束后钢液中铝元素的质量百分数为:0.10~0.15% ;出钢量达到1/3至2/3阶段时，向钢液中加入石灰8-10kg/t钢； (2)出钢结束后，采用顶枪向钢液吹氩气强搅拌，吹氩强度控制为5— 7NL/min/t钢，吹IS时间为5-8分钟； (3)钢液吹氩结束进行RH真空处理，真空处理后，通过真空料仓向钢液中加入脱硫剂，加入量为4~6kg/t钢，所述脱硫剂按质量百分比计为:Ca050~60%，CaF240~50% ； (4)加入脱硫剂后，RH真空循环处理3分钟，钢液硫含量控制在≤0.0020% ； (5)真空循环后进行RH吹氧升温，控制钢液中铝元素的质量百分比为0.03~0.05% ； (6)RH精炼吹氧升温结束钢液真空处理6~10分钟； (7)钢液RH真空处理后，进行钙处理； (8)钙处理结束后，采用钢包底吹氩工艺对钢液软吹搅拌。
2.根据权利要求1所述的利用RH单联工艺冶炼高级别管线钢的方法，其特征在于:所述钢液进行RH真空处理时，在抽真空3~5分钟、真空度≤1000Pa后，加入脱硫剂。
3.根据权利要求1所述的利用RH单联工艺冶炼高级别管线钢的方法，其特征在于:所述钙处理的钙加入量为0.08~0.18kg/t钢。
4.根据权利要求1所述的利用RH单联工艺冶炼高级别管线钢的方法，其特征在于:所述软吹搅拌的软吹流量为30~50NL/min，软吹时间为8~15分钟。
【文档编号】C21C7/10GK103540714SQ201310476523
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年10月12日 优先权日:2013年10月12日
【发明者】李海波, 朱国森, 高攀, 邵肖静, 吕迺冰, 杨健, 马耀峰, 亢小敏 申请人:首钢总公司