本发明属于钢铁冶炼技术领域，具体涉及一种节能型变压器铁芯用高si纯铁及其生产方法。
背景技术：
节能型变压器属于替代硅钢变压器用途的节能型产品，铁芯作为变压器的主要组成部分之一，其性能的好坏将直接影响到变压器能否经济可靠地运行。磁感应强度高、铁损低是其重要的特性，磁感应强度代表材料的磁化能力，铁芯的磁感应强度越高，激磁电流（即空载电流）越低，铜损和铁损都降低，可节省电能。同时高磁感铁芯的磁致伸缩低，可以大大降低变压器的噪音，减少环境污染。
一般变压器的铁芯生产中需要以纯铁为原料。为保证变压器的性能、提高电力转换效率，下游厂家对原料纯铁成分提出较高的要求，s、p元素要少，氧元素低，夹杂物要少等等。而加入硅可提高铁的电阻率和最大磁导率，降低矫顽力、铁芯损耗（铁损）和磁时效，因此后续冶炼过程中，需要在原料纯铁中继续加入大量的si元素，但会给高si的铁芯带来杂质元素升高的问题。
因此亟需国内钢厂开发新型材料满足其需要，我们根据用户的需要，对后续用户的熔炼工艺进行了分析，并从成分、夹杂物控制、工艺工序配合等方面对钢种生产进行了设计优化。纯铁钢种工艺一般采用转炉-rh炉-连铸的工艺，邢钢依据现有设备合理的组织工艺路线，采用了转炉-lf炉-rh炉-连铸大方坯的工艺路线，开发的高si原料纯铁大方坯，避免用户后续加入太多的si元素而导致电磁性能下降，满足了下游企业的使用要求。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种节能型变压器铁芯用高si纯铁及其生产方法，该方法生产超低碳高si纯铁，满足用户对降低节能型变压器铁芯熔炼杂质含量的需求。
为解决上述技术问题，本发明提供一种节能型变压器铁芯用高si纯铁，所述高si纯铁的化学成分及质量百分含量如下：c≤0.006%，si：1.80～2.20%，mn≤0.060%，p≤0.010%，s：0.006%，alt≤0.004%，ti≤0.003%，o≤0.006%，n≤0.005%，ni≤0.020%，cr≤0.030%，cu≤0.020%，其余为fe与不可避免的杂质。
本发明还提供一种上述节能型变压器铁芯用高si纯铁的生产方法，所述生产方法包括铁水预处理、转炉冶炼、lf炉精炼、rh炉脱碳合金化、连铸工序；所述连铸工序，连铸大方坯化学成分及重量百分含量为：c≤0.006%，si：1.80～2.20%，mn≤0.060%，p≤0.010%，s：0.006%，alt≤0.004%，ti≤0.003%，o≤0.006%，n≤0.005%，ni≤0.020%，cr≤0.030%，cu≤0.020%，其余为fe与不可避免的杂质。
本发明所述铁水预处理工序，预处理脱硫，控制钢水中s≤0.006%。
本发明所述转炉冶炼工序，转炉冶炼前期采用倒渣工艺，倒掉含高p、mn的氧化渣；后期采用高拉补吹工艺，控制钢水c≤0.06%、钢水温度≤1620℃。
本发明所述转炉冶炼工序，出钢采用滑板挡渣，控制下渣量，出钢氧含量控制在≤800ppm，采用铝块进行预脱氧，铝块加入量为0.5-1.0kg/吨钢。
本发明所述lf炉精炼工序，控制进站后钢水氧含量≤500ppm，升温至1640～1660℃，钢包底部采用氩气强搅拌。
本发明所述lf炉精炼工序，加热完毕进行定氧操作，关闭钢包底吹气，向渣面上加入精炼钢包渣改质剂+铝粒进行顶渣改制操作，反应过后，蘸渣样观察炉渣颜色，终渣绿玻璃渣或透明色，渣中feo≤5.0%；精炼钢包渣改质剂的化学成分及质量百分含量为：cao：20～28%，al2o3：23～30%，sio2：2～8%，s：0～0.15%，p：0～0.05%，al：37～43%。
本发明所述rh炉脱碳合金化工序，lf炉出钢钢水运至rh炉进行脱碳操作，进站后定氧；采用ob工艺进行脱碳，ob开始后采用全泵抽真空处理，真空度控制≤100pa；ob结束后，控制脱碳环流时间≥8min，脱碳结束后定氧。
本发明所述rh炉脱碳合金化工序，脱碳结束后，加入微铝硅铁进行脱氧合金化，加入量为30kg/吨，钢水溶解氧含量控制≤30ppm，环流3-5min复压，保持软吹4-6min。
本发明所述连铸工序，钢水rh离站后，上连铸机浇铸成325mm×280mm大方坯，大包采用长水口保护，结晶器采用浸入式水口进行全程保护浇注，中包温度控制在1540-1560℃，拉速0.7m/min，塞棒吹氩流量在50～80nl/h。
本发明的设计思路：
1.为了使用户节省后期熔炼过程中加入金属硅，避免了更多的杂质元素进入钢中，提高了节能型变压器铁芯的电磁性能，本发明在原料纯铁钢中增加了si含量，含si量可达到1.80-2.20%，达到了下游企业生产节能型变压器铁芯的成本降低、质量提升的目的。
2.为了降低钢中杂质元素采用了铁水预处理、转炉倒渣、滑板挡渣、钢水终脱氧采用微铝硅铁，较高的钢中溶解氧等工艺措施，目的是利用上述工艺生产出纯净的高si纯铁方坯，满足用户降低节能型变压器铁芯熔炼杂质含量的需求。
3.在rh炉后期加入大量的微铝硅铁，进行合金化处理，得到了高si的钢水，同时其他元素没有明显的变化。
4.为降低钢中al元素，采用钢水中含有富余氧的半沸腾钢的工艺进行连铸，为此在lf、rh进行了顶渣改制，避免了方坯浇铸帯氧钢水产生的絮流和气泡现象。
5.为了保证钢中al、ti元素的极低水平，因此采用了不完全的脱氧方式，钢中存在部分溶解氧，平衡了钢种al、ti含量，同时在钢水终脱氧过程中不使用含al、ti的微铝硅铁，避免了钢中al、ti含量的升高。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、本发明提供了节能型变压器铁芯用高si纯铁的生产方法，采用铁水预处理脱硫、转炉脱碳、lf脱硫升温、rh深脱碳及合金化，得到了碳含量极低，s、p、al、ti、o、c、mn等元素均处于较低的含量范围，si成分较高的纯铁产品。2、避免了用户后期熔炼加入金属硅，减少了更多的杂质元素进入钢中，提高了节能型变压器铁芯的电磁性能，满足了用户对成本降低、质量提升的需求。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
高si纯铁化学成分及重量百分含量为：c：0.006%，si：2.20%，mn：0.060%，p：0.010%，s：0.006%，alt：0.004%，ti：0.003%，o：0.006%，n：0.005%，ni：0.020%，cr：0.030%，cu：0.020%，其余为fe与不可避免的杂质。
本实施例高si纯铁方坯的生产方法包括铁水预处理、转炉冶炼、lf炉精炼、rh炉脱碳合金化、连铸工序，具体步骤如下：
1）铁水预处理：铁水预处理脱硫，入炉铁水s：0.006%。
2）转炉冶炼：转炉炉容80吨，在转炉冶炼前期采用倒渣工艺，渣料化好后倒出1/2熔渣，继续冶炼；后期采用高拉补吹工艺，钢水出钢采用滑板挡渣，控制下渣量，钢水氧含量800ppm，加入铝块0.5kg/吨钢进行预脱氧，钢水出钢温度1620℃，终点成分：c：0.060%，si：0.002%，mn：0.04%，s：0.006%，p：0.009%。
3）lf炉精炼：lf进站后，钢水氧含量500ppm，升温至1660℃，钢包底部采用氩气强搅拌；加热完毕进行定氧操作，并关闭钢包底吹气，向渣面撒入精炼钢包渣改质剂+铝粒进行顶渣改制操作，反应过后，蘸渣样终渣为绿玻璃渣，渣中feo为5.0%。精炼钢包渣改质剂的化学成分及质量百分含量为：cao：28%，al2o3：30%，sio2：8%，s：0.15%，p：0.05%，al：43%。
4）rh脱碳合金化：lf炉的出钢钢水运至rh炉进行脱碳操作，进站后定氧；采用ob工艺进行脱碳，ob开始后采用全泵抽真空处理，真空度控制100pa；ob结束后，脱碳环流时间8min，脱碳结束定氧；脱碳结束后，加入2400kg微铝硅铁进行脱氧合金化，测量钢水溶解氧30ppm；环流3min后复压，软吹时间5min。
5)连铸：钢水rh离站后，上大方坯连铸机浇铸成325mm×280mm大方坯，大包采用长水口保护，结晶器采用浸入式水口进行全程保护浇注，中包温度1560℃，拉速0.7m/min，塞棒吹氩流量在80nl/h，得连铸大方坯；连铸大方坯化学成分及重量百分含量为：c：0.006%，si：2.20%，mn：0.060%，p：0.010%，s：0.006%，alt：0.004%，ti：0.003%，o：0.006%，n：0.005%，ni：0.020%，cr：0.030%，cu：0.020%，其余为fe与不可避免的杂质。
实施例2
高si纯铁化学成分及重量百分含量为：c：0.005%，si：1.80%，mn：0.050%，p：0.008%，s：0.005%，alt：0.003%，ti：0.003%，o：0.005%，n：0.004%，ni：0.015%，cr：0.018%，cu：0.017%，其余为fe与不可避免的杂质。
本实施例高si纯铁方坯的生产方法包括铁水预处理、转炉冶炼、lf炉精炼、rh炉脱碳合金化、连铸工序，具体步骤如下：
1）铁水预处理：铁水预处理脱硫，入炉铁水s：0.005%。
2）转炉冶炼：转炉炉容80吨，在转炉冶炼前期采用倒渣工艺，渣料化好后倒出1/2熔渣，继续冶炼；后期采用高拉补吹工艺，钢水出钢采用滑板挡渣，控制下渣量，钢水氧含量700ppm，加入铝块0.6kg/吨钢进行预脱氧，钢水出钢温度1618℃，终点成分：c：0.045%，si：0.003%，mn：0.05%，s：0.005%，p：0.008%。
3）lf炉精炼：lf进站后，钢水氧含量450ppm，升温至1640℃，钢包底部采用氩气强搅拌；加热完毕进行定氧操作，并关闭钢包底吹气，向渣面撒入精炼钢包渣改质剂+铝粒进行顶渣改制操作，反应过后，蘸渣样终渣为绿玻璃渣，渣中feo为4.0%。精炼钢包渣改质剂的化学成分及质量百分含量为：cao：20%，al2o3：23%，sio2：2%，s：0%，p：0%，al：37%。
4）rh脱碳合金化：lf炉的出钢钢水运至rh炉进行脱碳操作，进站后定氧；采用ob工艺进行脱碳，ob开始后采用全泵抽真空处理，真空度控制90pa；ob结束后，脱碳环流时间10min，脱碳结束定氧；脱碳结束后，加入2400kg微铝硅铁进行脱氧合金化，测量钢水溶解氧25ppm；环流5min后复压，软吹时间6min。
5)连铸：钢水rh离站后，上大方坯连铸机浇铸成325mm×280mm大方坯，大包采用长水口保护，结晶器采用浸入式水口进行全程保护浇注，中包温度1540℃，拉速0.7m/min，塞棒吹氩流量在50nl/h，得连铸大方坯；连铸大方坯化学成分及重量百分含量为：c：0.005%，si：1.80%，mn：0.050%，p：0.008%，s：0.005%，alt：0.003%，ti：0.003%，o：0.005%，n：0.004%，ni：0.015%，cr：0.018%，cu：0.017%，其余为fe与不可避免的杂质。
实施例3
高si纯铁化学成分及重量百分含量为：c：0.004%，si：2.00%，mn：0.035%，p：0.008%，s：0.005%，alt：0.003%，ti：0.002%，o：0.004%，n：0.004%，ni：0.010%，cr：0.015%，cu：0.010%，其余为fe与不可避免的杂质。
本实施例高si纯铁方坯的生产方法包括铁水预处理、转炉冶炼、lf炉精炼、rh炉脱碳合金化、连铸工序，具体步骤如下：
1）铁水预处理：铁水预处理脱硫，入炉铁水s：0.005%。
2）转炉冶炼：转炉炉容80吨，在转炉冶炼前期采用倒渣工艺，渣料化好后倒出1/2熔渣，继续冶炼；后期采用高拉补吹工艺，钢水出钢采用滑板挡渣，控制下渣量，钢水氧含量800ppm，加入铝块1.0kg/吨钢进行预脱氧，钢水出钢温度1610℃，终点成分：c：0.040%，si：0.003%，mn：0.05%，s：0.005%，p：0.007%。
3）lf炉精炼：lf进站后，钢水氧含量480ppm，升温至1650℃，钢包底部采用氩气强搅拌；加热完毕进行定氧操作，并关闭钢包底吹气，向渣面撒入精炼钢包渣改质剂+铝粒进行顶渣改制操作，反应过后，蘸渣样终渣为绿玻璃渣，渣中feo为2.0%。精炼钢包渣改质剂的化学成分及质量百分含量为：cao：23%，al2o3：25%，sio2：4%，s：0.07%，p：0.02%，al：38%。
4）rh脱碳合金化：lf炉的出钢钢水运至rh炉进行脱碳操作，进站后定氧；采用ob工艺进行脱碳，ob开始后采用全泵抽真空处理，真空度控制80pa；ob结束后，脱碳环流时间11min，脱碳结束定氧；脱碳结束后，加入2400kg微铝硅铁进行脱氧合金化，测量钢水溶解氧18ppm；环流4min后复压，软吹时间4min。
5)连铸：钢水rh离站后，上大方坯连铸机浇铸成325mm×280mm大方坯，大包采用长水口保护，结晶器采用浸入式水口进行全程保护浇注，中包温度1550℃，拉速0.7m/min，塞棒吹氩流量在65nl/h，得连铸大方坯；连铸大方坯化学成分及重量百分含量为：c：0.004%，si：2.00%，mn：0.035%，p：0.008%，s：0.005%，alt：0.003%，ti：0.002%，o：0.004%，n：0.004%，ni：0.010%，cr：0.015%，cu：0.010%，其余为fe与不可避免的杂质。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。