一种工业纯铁的制备方法与流程

本发明属于冶金，特别涉及一种工业纯铁的制备方法。

背景技术：

1、工业纯铁是一种含碳量很低的金属材料，其化学成分主要是铁，其他合金元素越低越好。工业纯铁室温组织以铁素体为主，具有质地柔软、韧性大、延展性好、电磁性能优异等特点，占据越来越广泛的市场地位。工业纯铁的冶炼工艺流程为铁水预脱硫→转炉→lf精炼炉→rh真空处理→连铸。通常在rh真空条件下进行吹氧脱碳、铝脱氧，破空后软吹，并静置12min以上(专利cn113512619a)；或在rh真空条件下进行吹氧脱碳、铝脱氧，并加入40al改质剂(专利cn113774277a)导致rh工序周期较长。而针对转炉终点钢水氧含量在0.05～0.1％；lf炉仅通电升温不脱氧，不造白渣；rh炉不进行吹氧处理，仅利用钢水自带的氧含量进行脱碳，脱碳结束后用铝进行脱除钢水剩余氧，之后在渣面加入炉渣改质剂，此种方法冶炼，在rh进行炉渣改质时，由于渣面结壳，改质效果较差，改质结束后炉渣全铁含量基本在10％左右。在连铸浇铸过程中，炉渣中的氧化铁与钢水中的al发生反应，生成大量的al2o3，导致结晶器水口和大包水口堵塞结死，且浇铸出的铸坯夹杂物含量高，铸坯全氧含量高，无法满足成分要求。

2、专利cn102978505a公开了一种高强if钢的冶炼方法，转炉出钢后加入中碳锰铁合金，同时加入小粒白灰和含40％～50％金属铝的缓释脱氧剂对炉渣进行改质，rh处理采用钢水自由氧与碳反应进行脱碳深处理，脱碳结束和破空后加入缓释脱氧剂对炉渣进一步改质，最终rh出站炉渣feo含量可控制在10％以内，满足了板坯汽车板的浇铸要求。然而方坯连铸机要求炉的feo含量更低，该专利方法不适用。

3、专利cn111518988a公开了一种超低碳钢精炼渣改质的方法，转炉冶炼结束后出钢，出钢过程加入小粒白灰和含质量分数55％～65％金属铝的第一缓释脱氧剂获得第一改质渣的钢液；在rh炉对第一改质渣的钢液进行脱碳处理后，向渣面加入含质量分数40％～50％金属铝的第二缓释脱氧剂，并盖上钢包包盖，由包盖内喷吹燃气和氧气燃烧渣面促进化渣，最终rh处理结束后精炼渣中的feo含量可稳定控制在3％以内。该专利技术需要额外对钢包包盖进行改造使其具备加热功能，且工艺过程复杂。

4、专利cn111893245a公开了一种超低碳钢精炼渣改质剂及其改质方法，针对超低碳钢冶炼，出钢温度控制在1680～1700℃，碳含量控制在0.03～0.05％，氧含量控制在0.05～0.075％，出钢过程采用滑板挡渣，出钢结束后钢水调运至rh工位，期间不加入任何造渣料。rh处理过程利用钢水氧脱碳，之后加入铝丸脱氧，脱氧结束后加入改质剂防止炉渣中的氧向钢水传递，之后加入其它合金进行钢水合金化，并纯循环6-10min破空，真空破空后钢水再镇静25～40min，最后上连铸平台浇铸。该专利改质剂为球形，内部核心为铝铁合金，外围为混合渣料，铝铁合金中的铝含量为38～42％，铝铁合金占改质剂的重量占比为20～30％，混合渣料包含cao、al2o3、mgo和sio2，cao重量占比为60～65％，al2o3重量占比为25～30％，mgo重量占比为5～8％，sio2重量占比为2～5％，改质剂冷压为球形后，其直径尺寸为5～10cm，密度为3.5～4.0kg/m3。该改质剂在rh处理过程中通过料仓加入到真空室的钢水中，并利用钢水循环的动能和改质剂与钢水的密度差，使改质剂位于钢水和炉渣之间形成隔离层，使高氧化性的精炼渣和钢水不直接接触，防止钢水的二次氧化，且隔离层中的渣成分具有较好的吸附al2o3类夹杂物，提高钢水洁净度。该专利的改质剂结构为球形，内部核心为铝铁合金，外围为混合渣料，通过将改质剂加入到钢渣界面，利用改质剂中的铝元素隔绝炉渣向钢水传氧，在rh中加入，使改质剂上浮至渣金界面，推测该改质剂中的铁主要用来调整密度；在rh工位加入炉渣改质剂，改质剂到达渣金界面后一直与炉渣的氧化性物质发生反应，产生大量的三氧化二铝，最后将炉渣中的氧脱除至3％以下，为了保证钢水的洁净度，rh工位处理结束后需要静置25-40分钟，使炉渣与改质剂充分反应。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种铝脱氧工业纯铁的制备方法，通过lf处理过程的炉渣改质技术，实现精炼炉渣脱氧造白渣的同时，保证钢水含有一定的氧含量，并且rh无需吹氧处理，脱碳完成后，炉渣feo含量能控制在2％以内，连铸顺利浇铸，且铸坯全氧能控制在50ppm以内。

2、本发明提供了一种铝脱氧工业纯铁的制备方法，该工业纯铁成分按重量百分比为：[c]≤0.01％、[si]≤0.01％、[mn]≤0.05％、[p]≤0.01％、[s]≤0.010％、[al]0.03～0.05％、全氧≤0.005％，其余为fe。本发明通过在精炼炉对炉渣进行改质，实现炉渣低氧化性的同时保证钢水具有一定的氧含量，满足rh脱碳的需求，同时rh处理结束炉渣氧含量可控制在2％以内，提高钢水可浇性。

3、具体方法步骤及工艺参数如下：

4、120t转炉冶炼，kr铁水脱硫→bof冶炼→lf精炼炉渣改质→rh脱碳脱氧→连铸，具体操作步骤为：

5、步骤一，kr铁水脱硫，脱硫后要求铁水硫含量控制在0.001％以下。

6、步骤二，bof冶炼，转炉冶炼采用脱硫铁水+清洁废钢的冶炼方式，铁水比控制在75％～90％，废钢比控制在10％～25％，铁水锰含量要求≤0.35％，废钢锰含量要求≤0.35％；采用双渣法冶炼，一次倒渣熔池温度控制在1300～1400℃同时炉渣碱度控制在1.0～1.5，炉渣mgo控制在10～15％；吹炼终点温度控制在1620～1650℃，终点成分控制在[c]≤0.05％，[mn]≤0.05％，[p]≤0.015％，[s]≤0.01％，[o]：0.06～0.1％，吹炼终点炉渣成分为：cao：30％～45％，mgo：10％～20％，sio2：10％～20％，feo：12％～25％，mno：5％～10％，以及一些不可避免的杂质；出钢过程不加脱氧剂和合金，仅加入500kg石灰和200kg萤石，采用滑板+挡渣塞双挡操作；

7、步骤三，lf精炼，lf到站炉渣成分控制在cao：40％～50％，caf2：10～20％，mgo：3％～10％，sio2：3％～5％，feo：10％～20％，mno：1％～3％，以及一些不可避免的杂质；钢水到达精炼后通电升温，钢水温度控制在1640～1680℃；之后加入隔氧剂、电石、铝粒对炉渣进行改质处理，改质后炉渣成分为：cao：55％～65％，caf2：8～15％，mgo：3％～5％，sio2：3％～5％，feo≤1％，mno：1％～3％，al2o3：5～10％，以及一些不可避免的杂质；钢水成分为[c]≤0.05％、[mn]≤0.05％、[p]≤0.015％、[s]≤0.01％、[o]0.05～0.09％；

8、步骤四，rh脱碳脱氧，rh到站温度控制在1630～1660℃，钢水到达rh后进行循环脱碳处理，采用氩气作为提升气体，真空度控制在133pa以内，脱碳结束后定氧，要求钢水碳含量≤0.002％；根据定氧结果加入铝粒进行脱氧处理，脱氧结束后钢水铝含量控制在0.03～0.05％，钢水氧含量≤0.0015％；破空后加入碳含量≤2％的低碳钢包覆盖剂。

9、步骤五，连铸，连铸工序选用160mm×160mm断面生产，采用保护浇铸，连铸中包采用整体式涂抹料塞棒中包，中包烘烤至1050～1150℃，拉速控制在2.0～2.5m/min；结晶器采用电磁搅拌和非正弦振动模式；二冷采用气雾冷却，弱冷配水；连铸过程使用含碳量≤2％的低碳中包覆盖剂和含碳量≤8％超低碳保护渣。

10、进一步，作为优选，步骤三所述炉渣改质方法为：先将钢包底吹流量开至防堵塞模式，底吹流量控制在50～100l/min，减少渣金反应；之后向钢包内均匀地加入隔氧剂，隔氧剂加入量为200～500kg，隔氧剂可阻止钢水向炉渣传氧；最后加入50～100kg电石和30～60kg铝粒造白渣，脱除炉渣中的氧。

11、进一步，作为优选，所述的隔氧剂为先将铝粉和石灰粉均匀混合后制球，之后在外面包裹一层铁皮；隔氧剂的成分为cao：20～40％，al：10～20％，fe：40～60％，以及一些不可避免的杂质；隔氧剂的粒度控制在20～40mm，密度控制在4.5～5.5g/cm3。

12、进一步，作为优选，步骤四所述循环脱碳的氩气流量为100～150nm3/h，循环时间控制在3～8min。

13、进一步，作为优选，步骤四中脱碳结束后根据钢水氧含量加入铝粒，当钢水氧含量≤0.01％，加入铝粒65～75kg；当钢水氧含量0.01～0.02％，加入铝粒80～90kg；当钢水氧含量0.02～0.03％，加入铝粒95～105kg。

14、进一步，作为优选，步骤四中rh处理结束后，炉渣成分为cao：45％～60％，caf2：5～10％，mgo：3％～8％，sio2：2％～5％，feo：≤2％，al2o3：25～40％，以及一些不可避免的杂质。

15、进一步，作为优选，步骤五所述结晶器电磁搅拌电流为120～180a，频率为2.2～2.8hz；结晶器振幅控制在-2.5～2.5mm，频率控制在130+40vopm。

16、本发明的有益效果在于：

17、1、本发明的隔氧剂的结构为将铝和氧化钙压制成球，在外层包裹铁皮。在精炼处理过程，加入隔氧剂，由于隔氧剂的密度为4.5～5.5g/cm3介于炉渣和钢水之间，加入隔氧剂后隔氧剂熔化散开，分布在炉渣与钢水之间。隔氧剂中最外层的铁融化成铁液，并由于密度的缘故，形成的铁液靠近钢水侧，成为阻隔钢水传氧的第一屏障；隔氧剂中的铝可将部分穿过铁液传递过来的氧反应生成al2o3，成为隔氧的第二屏障；生成的al2o3与隔氧剂中的cao反应生成低熔点的液相钙铝酸盐，该液相最靠近炉渣层能进一步阻止钢水向炉渣传氧，成为隔氧的第三屏障。由此，精炼处理过程可有效阻隔钢水向炉渣传氧。

18、2、在满足阻隔钢水向炉渣传氧的情况下，采用电石和铝粒组合脱除渣面的氧，电石的主要成分为cac2，可与炉渣中的feo发生如下反应：cac2+3feo＝cao+2co+3fe，反应生成的co气体在发散过程可搅拌炉渣，促进脱氧反应的进行，生成的cao有利于造白渣；加入铝粒后能保证炉渣feo含量在1％以内，且钢水氧含量可控制在0.05～0.09％，实现rh不吹氧情况下满足脱碳需求。

19、3、隔氧剂被制成20～40mm，且配合加入量，在rh处理过程中也能起到隔氧效果，始终保持阻隔钢水向炉渣传氧的能力，rh脱碳结束后加铝脱除钢水中的氧，最终能保证炉渣feo含量控制在2％以内，实现小方坯含铝钢的顺利浇铸。