利用rh單聯工藝冶煉高級別管線鋼的方法
【專利摘要】本發明提供了一種利用RH單聯工藝冶煉高級別管線鋼的方法，在轉爐出鋼過程中，控制鋼液中較高的鋁含量，以備后續精煉中進行脫硫和夾雜物控制，在RH真空精煉階段，加入脫硫劑控制鋼液中S含量≤0.0020%，并對鋼液進行吹氧，與鋼液中的鋁反應將鋼液中的鋁含量控制在0.03～0.05%，同時彌補了脫硫過程的熱量損失，并將夾雜物轉變為主要為易于排除的簇群狀Al2O3夾雜物，最后進行鈣處理與軟吹，使得鋼液中的夾雜物以變形系數接近1的小顆粒CaS夾雜物為主。本發明提供的一種利用RH單聯工藝冶煉高級別管線鋼的方法，不僅能夠達到X80管線鋼的質量要求，且生產流程較短，降成本效果顯著。
【專利說明】利用RH單聯工藝冶煉高級別管線鋼的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及煉鋼【技術領域】，特別涉及一種利用RH單聯工藝冶煉高級別管線鋼的方法。
【背景技術】
[0002]管線鋼的強度和低溫沖擊韌性是其重要的性能指標，因而在管線鋼冶煉過程中，深脫硫和夾雜物控制是技術關鍵，控制的目標為成品中硫元素的質量分數< 0.0020%O
[0003]管線鋼冶煉的質量要求多且難度大，目前，常規的管線鋼冶煉步驟為雙聯操作--轉爐吹煉一LF精煉一RH精煉一板坯連鑄。中國專利102732666A《控制抗氫致開裂管線鋼中厚板非金屬夾雜物的方法》，公開了在此雙聯操作冶煉管線鋼工藝的基礎上深度脫硫和控制夾雜物的方法，該方法在流程上存在周期長，成本高的缺點。
[0004]中國專利200910084425.4《一種RH精煉工藝生產管線鋼J55的方法》，采用了單聯RH工藝生產管線鋼，該方法只針對210噸轉爐生產J55牌號的管線鋼，且產品最終S元素的質量百分數僅能控制到< 0.006%的水平。另外，該方法中只提到了 MnS夾雜物的鈣處理變性技術，未提及如何減少硬質鈣鋁酸鹽夾雜物對鋼材性能的損害，因而遠不能滿足更高級別管線鋼的性能要求。對于X80級別的高級別管線鋼，如采用RH單聯工藝，則存在硫含量難以穩定控制、精煉過程溫度降低較大影響澆鑄的問題。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種利用RH單聯工藝冶煉高級別管線鋼的方法，該方法采用“轉爐吹煉一吹氬攪拌鋼液一RH真空精煉一板坯連續澆注”工藝代替傳統的LF+RH雙聯精煉工藝冶煉X80及更高級別管線鋼，同時達到鋼中硫元素的質量百分數< 0.0020%的深脫硫水平，并控制鋼中最終的夾雜物以變形系數接近I的CaS夾雜物為主，伴有少量低熔點小顆粒Al2O3-CaS-CaO的復合夾雜物。
[0006]為解決上述技術問題，本發明提供了一種利用RH單聯工藝冶煉高級別管線鋼的方法，采用“轉爐吹煉一吹氬攪拌鋼液一RH真空精煉一連續澆注”工藝，適用于冶煉X80及更高級別的管線鋼，冶煉過程中技術參數控制如下:
[0007](I)轉爐出鋼過程中，出鋼量達到1/3階段之前，向鋼液中加入鋁鐵，控制脫氧結束后鋼液中鋁元素的質量百分數為:0.10~0.15% ;出鋼量達到1/3至2/3階段時，向鋼液中加入石灰8-10kg/t鋼；
[0008](2)出鋼結束后，采用頂槍向鋼液吹氬氣強攪拌，吹氬強度控制為5 — 7NL/min/t鋼，吹IS時間為5-8分鐘；
[0009](3)鋼液吹氬結束進行RH真空處理，真空處理后，通過真空料倉向鋼液中加入脫硫劑，加入量為4~6kg/t鋼，所述脫硫劑按質量百分比計為:Ca050~60%，CaF240~50% ；
[0010](4)加入脫硫劑后，RH真空循環處理3分鐘，鋼液硫含量控制在≤0.0020% ；
[0011](5)真空循環后進行RH吹氧升溫，控制鋼液中鋁元素的質量百分比為0.03~0.05% ；
[0012](6) RH精煉吹氧升溫結束鋼液保持真空處理6~10分鐘；
[0013](7)鋼液RH真空處理后，進行鈣處理；
[0014](8)鈣處理結束后，采用鋼包底吹氬工藝對鋼液進行 軟吹攪拌。
[0015]進一步地，所述鋼液進行RH真空處理時，在抽真空時間為3~5分鐘、真空度(1000Pa后，加入脫硫劑。
[0016]進一步地，所述鋼液RH真空處理后進行鈣處理時的鈣加入量為0.08~0.18kg/t鋼。
[0017]進一步地，所述的采用鋼包底吹氬工藝對鋼液進行軟吹攪拌，軟吹流量為30~50NL/min，軟吹時間為8~15分鐘。
[0018]本發明提供的一種利用RH單聯工藝冶煉高級別管線鋼的方法，取代了常規的“轉爐吹煉一LF精煉一RH真空精煉一板坯連續澆注”冶煉工藝，采用“轉爐吹煉一吹氬攪拌鋼液一RH真空精煉一連續澆注”的冶煉工藝，特別適用于冶煉X80及更高級別的管線鋼，簡化了冶煉流程，降低了生產成本。為了保證脫硫效果，在轉爐出鋼過程中，加入了過量的鋁鐵，使得鋼液中的Al含量遠高于常規精煉過程中鋼液的鋁含量水平，達到了 0.10~0.15%，在頂吹氬攪拌和后續的RH精煉過程中，通過脫硫的反應:CaO(slag) + [Al] + [S] — CaS+Al203，不斷脫硫至S含量達到0.0020%以下，此過程中過量的Al完成了其轉爐脫氧、脫硫及RH精煉脫硫的任務。為了彌補RH熱量損失，使鋼液升溫，在RH工序向鋼液中吹氧，這部分氧與鋼液中過量的Al發生反應，放出大量的熱，彌補了脫硫過程的熱量損失，使鋼液溫度升高到目標溫度；同時，將鋼液中溶解的Al轉變成Al2O3，在直接從RH頂部吹氧的高氧勢下，Al2O3轉變成大量的簇群狀Al2O3，迅速的互相碰撞、長大、上浮到鋼液表面。鋼液中殘存的主要夾雜物為吹氧升溫后難以上浮的小顆粒Al2O3，通過鈣處理后，鋼液中的夾雜物轉變為以變形系數接近I的CaS夾雜為主，伴有少量低熔點小顆粒Al2O3-CaS-CaO的復合夾雜物。最后軟吹攪拌使鈣處理產生的夾雜物上浮并進一步均勻鋼液的溫度和成分。本發明提供的一種利用RH單聯工藝冶煉高級別管線鋼的方法，通過Al含量的“曲線脫硫和控制夾雜”路線，利用“高鋁”依次實現:脫氧、脫硫、深脫硫、鋼液升溫、夾雜物控制等多項冶金任務，雖然用鋁量提高增加了一定成本，但是省去了傳統的LF工序，大大降低成本的同時縮短了冶煉流程。
【具體實施方式】
[0019]本發明實施例提供的一種利用RH單聯工藝冶煉高級別管線鋼的方法，適用于冶煉X80級及更高級別的管線鋼，冶煉過程中控制如下參數:
[0020](I)為了達到脫硫的目的，轉爐出鋼過程中，出鋼量達到1/3階段之前，向鋼液中加入較大量的鋁鐵，控制脫氧結束后鋼液中鋁元素的質量百分比為:0.10~0.15% ;出鋼量達到1/3至2/3階段時，向鋼液中加入石灰8-10kg/t鋼。在出鋼過程中，加入較大量的鋁鐵，控制脫氧結束后鋼液保持較高的Al含量，不僅能夠滿足鋼液徹底脫氧的目標，而且能促進出鋼過程和后續精煉過程脫硫反應的發生。在出鋼過程中，向鋼液中加入石灰8-lOkg/t鋼，利用出鋼過程良好的動力學條件，促進了鋼渣之間的反應，達到脫氧、脫硫的效果，脫硫反應可以用下式表示:
[0021 ] Ca0(slag) + [Al] + [S] — CaS+Al203。[0022](2)出鋼結束后，采用頂槍向鋼液吹氬氣強攪拌，吹氬強度控制為5 — 7NL/min/t鋼，吹IS時間為5-8分鐘。該操作有別于常規的工藝操作,該操作是在鋼包上方利用噴槍噴入氬氣對鋼液進行攪拌，由于在轉爐出鋼過程加入了超常規量的鋁鐵，單靠轉爐出鋼過程的沖擊作用，并不能保證鋼渣之間的充分反應，因此，為了促進鋼渣之間的反應和脫氧、脫硫的進行，采用頂槍吹氬攪拌的工藝提高動力學條件，經過理論計算和多次的生產試驗，確定了頂吹氬氣的強度為5 — 7NL/min/t鋼，吹氬時間為5_8分鐘。
[0023](3)鋼液吹氬結束進行RH真空處理，在抽真空時間為3~5分鐘、真空度≤1000Pa后，通過真空料倉向鋼液中加入脫硫劑，加入量為4~6kg/t鋼，所述脫硫劑按質量百分比計為:Ca050 ~60%, CaF240 ~50%。
[0024](4)加入脫硫劑后，RH真空 循環處理3分鐘，鋼液硫含量控制在小于0.0020%。鋼液到達RH精煉處理位后，立即進行真空操作，把鋼液吸入RH精煉爐的真空室內，并在真空度小于或等于1000Pa后，通過真空料倉向鋼液中加入脫硫劑，此時鋼液處于真空環境中，不會在循環過程中被空氣氧化。同時由于鋼液中的鋁元素含量高，脫硫劑中CaO含量高，根據反應:CaO(slag) + [Al] + [S] — CaS+Al203，脫硫反應進行更加徹底，在脫硫結束后，硫含量能夠控制在S≤0.0020%。
[0025](5)真空循環后進行RH吹氧升溫，控制鋼液中鋁元素的質量百分比為0.03~
0.05%。隨著脫硫劑的加入和反應的進行，鋼液溫度降低，需要吹氧升溫，由于RH是在真空室內吹氧，鋼液和爐渣接觸的面積小，所以避免了吹氧造成的回硫。在吹氧過程中，鋼液中的Al不斷被氧化，會生成大尺寸的簇群狀Al2O3夾雜物，這些簇群狀的Al2O3互相碰撞不斷的長大，漂浮脫離鋼液。最終在吹氧結束后Al含量達到0.03~0.05%,能夠滿足管線鋼中對Al含量的一般要求。
[0026](6) RH精煉吹氧升溫結束鋼液真空處理6~10分鐘。在RH精煉吹氧結束后，鋼液中由于Al氧化生成大量的簇群狀Al2O3夾雜物，保持真空處理6~10分鐘，鋼液中的簇群狀Al2O3夾雜物能夠充分上浮，在鋼液中的夾雜物主要為上浮困難的小顆粒的Al2O3夾雜物(粒徑< 10微米)，該環節的目的是促進簇群狀Al2O3夾雜物浮出鋼液液面而排出。
[0027](7)鋼液RH真空處理后，進行鈣處理，鈣加入量為0.08~0.18kg/t鋼。鋼液中的簇群狀Al2O3夾雜物充分上浮后，鋼液中殘存的主要夾雜物為吹氧升溫后難以上浮的小顆粒Al2O3，通過鈣處理后，可將鋼液中的夾雜物轉化為變形系數接近于I的小顆粒CaS夾雜物或者Al2O3-CaS-CaO復合夾雜物。其中，復合夾雜物的組成為Al2O3:3%—40%, CaS:45%—95% ；CaO:35— 65%。
[0028](8)鈣處理結束后，采用鋼包底吹氬工藝對鋼液進行軟吹攪拌，軟吹流量為30~50NL/min，軟吹時間為8~15分鐘。通過軟吹攪拌使鈣處理產生的夾雜物上浮并進一步均勻鋼液的溫度和成分。
[0029]以下通過實例闡述本發明提供的一種利用RH單聯工藝冶煉高級別管線鋼的方法。
[0030]實施例1
[0031]轉爐出鋼過程中，出鋼量達到1/3階段之前，向鋼液中加入鋁鐵，控制脫氧結束后鋼液中鋁元素的質量百分數為0.13% (見表1);出鋼量達到1/3至2/3階段時，向鋼液中加入石灰8kg/t鋼。出鋼結束后，采用頂槍向鋼液吹氬氣強攪拌，吹氬強度控制為5NL/min/t鋼，吹氬時間為8分鐘。鋼液吹氬結束進行RH真空處理，在抽真空3.5分鐘、真空度為984Pa后，通過真空料倉向鋼液中加入脫硫劑，加入脫硫劑后，在保持真空度為992Pa的情況下，繼續對鋼液RH真空循環處理3分鐘(見表2)，對鋼液進一步深脫硫。其中，脫硫劑的加入量為5.2kg/t鋼，脫硫劑按質量百分比為55%的CaO和45%的CaF2 (見表3)。真空循環后進行RH吹氧升溫，并在吹氧升溫結束后，在保持真空度為983Pa的情況下對鋼液真空處理8.5分鐘，控制鋼液中鋁元素的質量百分比為0.040% (見表4)。鋼液RH真空處理后，進行鈣處理，鈣加入量為0.09kg/t鋼。鈣處理結束后，采用鋼包底吹氬工藝對鋼液進行軟吹攪拌，軟吹 流量為34.6NL/min,軟吹時間為8分鐘(見表5)。最終，鋼液中的硫含量控制在
0.0011%，鋼液中的夾雜物轉變為以變形系數接近I的CaS夾雜為主，伴有少量低熔點的小顆粒 Al2O3-CaS-CaO 復合夾雜物，夾雜物的組成為 Al2O3:29.81%，CaS:32.56% ；CaO:31.37% ；MgO:3.73% ；Si02:2.53% (見表 6)。
[0032]實施例2
[0033]轉爐出鋼過程中，出鋼量達到1/3階段之前，向鋼液中加入鋁鐵，控制脫氧結束后鋼液中鋁元素的質量百分數為0.12% (見表1);出鋼量達到1/3至2/3階段時，向鋼液中加入石灰9kg/t鋼。出鋼結束后，采用頂槍向鋼液吹氬氣強攪拌，吹氬強度控制為7NL/min/t鋼，吹氬時間為5分鐘。鋼液吹氬結束進行RH真空處理，在抽真空4.5分鐘、真空度為923Pa后，通過真空料倉向鋼液中加入脫硫劑，加入脫硫劑后，在保持真空度為984Pa的情況下，繼續對鋼液RH真空循環處理3分鐘(見表2)，對鋼液進一步深脫硫。其中，脫硫劑的加入量為4.9kg/t鋼，脫硫劑按質量百分比為59%的CaO和41%的CaF2 (見表3)。真空循環后進行RH吹氧升溫，并在吹氧升溫結束后，在保持真空度為987Pa的情況下對鋼液真空處理7.5分鐘，控制鋼液中鋁元素的質量百分比為0.041% (見表4)。鋼液RH真空處理后，進行鈣處理，鈣加入量為0.14kg/t鋼。鈣處理結束后，采用鋼包底吹氬工藝對鋼液進行軟吹攪拌，軟吹流量為42.1NL/min，軟吹時間為12分鐘(見表5)。最終，鋼液中的硫含量控制在
0.0017%，鋼液中的夾雜物轉變為以變形系數接近I的CaS夾雜為主，伴有少量低熔點的小顆粒 Al2O3-CaS-CaO 復合夾雜物，夾雜物的組成為 Al2O3:21.02%, CaS:27.27% ；CaO:42.69% ；MgO:7.24% ；Si02:1.78% (見表 6)。
[0034]實施例3
[0035]轉爐出鋼過程中，出鋼量達到1/3階段之前，向鋼液中加入鋁鐵，控制脫氧結束后鋼液中鋁元素的質量百分數為0.15% (見表1);出鋼量達到1/3至2/3階段時，向鋼液中加入石灰10kg/t鋼。出鋼結束后，采用頂槍向鋼液吹氬氣強攪拌，吹氬強度控制為6NL/min/t鋼，吹氬時間為7分鐘。鋼液吹氬結束進行RH真空處理，在抽真空4.5分鐘、真空度為977Pa后，通過真空料倉向鋼液中加入脫硫劑，加入脫硫劑后，在保持真空度為992Pa的情況下，繼續對鋼液RH真空循環處理3分鐘(見表2)，對鋼液進一步深脫硫。其中，脫硫劑的加入量為5.8kg/t鋼，脫硫劑按質量百分比為52%的CaO和48%的CaF2 (見表3)。真空循環后進行RH吹氧升溫，并在吹氧升溫結束后，在保持真空度為971Pa的情況下對鋼液真空處理6分鐘，控制鋼液中鋁元素的質量百分比為0.036% (見表4)。鋼液RH真空處理后，進行鈣處理，鈣加入量為0.17kg/t鋼。鈣處理結束后，采用鋼包底吹氬工藝對鋼液進行軟吹攪拌，軟吹流量為50.0NL/min，軟吹時間為12分鐘(見表5)。最終，鋼液中的硫含量控制在
0.0012%，鋼液中的夾雜物轉變為以變形系數接近I的CaS夾雜為主，伴有少量低熔點的小顆粒 Al2O3-CaS-CaO 復合夾雜物，夾雜物的組成為 Al2O3:23.65%, CaS:32.48% ；CaO:39.99% ；MgO:6.30% ；Si02:2.04% (見表 6)。
[0036]表1轉爐終點加入鋁鐵脫氧之后鋼液中鋁元素的質量百分數控制情況
[0037]
【權利要求】
1.一種利用RH單聯工藝冶煉高級別管線鋼的方法，采用“轉爐吹煉一吹氬攪拌鋼液— RH真空精煉一連續澆注”工藝，適用于冶煉X80及更高級別的管線鋼，冶煉過程中技術參數控制如下: (1)轉爐出鋼過程中，出鋼量達到1/3階段之前，向鋼液中加入鋁鐵，控制脫氧結束后鋼液中鋁元素的質量百分數為:0.10~0.15% ;出鋼量達到1/3至2/3階段時，向鋼液中加入石灰8-10kg/t鋼； (2)出鋼結束后，采用頂槍向鋼液吹氬氣強攪拌，吹氬強度控制為5— 7NL/min/t鋼，吹IS時間為5-8分鐘； (3)鋼液吹氬結束進行RH真空處理，真空處理后，通過真空料倉向鋼液中加入脫硫劑，加入量為4~6kg/t鋼，所述脫硫劑按質量百分比計為:Ca050~60%，CaF240~50% ； (4)加入脫硫劑后，RH真空循環處理3分鐘，鋼液硫含量控制在≤0.0020% ； (5)真空循環后進行RH吹氧升溫，控制鋼液中鋁元素的質量百分比為0.03~0.05% ； (6)RH精煉吹氧升溫結束鋼液真空處理6~10分鐘； (7)鋼液RH真空處理后，進行鈣處理； (8)鈣處理結束后，采用鋼包底吹氬工藝對鋼液軟吹攪拌。
2.根據權利要求1所述的利用RH單聯工藝冶煉高級別管線鋼的方法，其特征在于:所述鋼液進行RH真空處理時，在抽真空3~5分鐘、真空度≤1000Pa后，加入脫硫劑。
3.根據權利要求1所述的利用RH單聯工藝冶煉高級別管線鋼的方法，其特征在于:所述鈣處理的鈣加入量為0.08~0.18kg/t鋼。
4.根據權利要求1所述的利用RH單聯工藝冶煉高級別管線鋼的方法，其特征在于:所述軟吹攪拌的軟吹流量為30~50NL/min，軟吹時間為8~15分鐘。
【文檔編號】C21C7/10GK103540714SQ201310476523
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月12日 優先權日:2013年10月12日
【發明者】李海波, 朱國森, 高攀, 邵肖靜, 呂迺冰, 楊健, 馬耀峰, 亢小敏 申請人:首鋼總公司