一种采用高硫半钢生产超低硫钢的方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及一种采用高硫半钢生产超低硫钢的方法。

背景技术

随着石油开采的不断深入进行，工况条件较好、腐蚀介质含量低的油田均已经开发利用，而这些优质油田的产能远远不能满足日渐增长的经济发展的需要，为满足日益增长的石油需求，地质结构复杂且腐蚀介质H

黑龙江建龙钢铁有限公司的原材料条件是：高钒铁水中的硫含量高，在0.040～0.070％之间；首先要对高钒铁水进行提钒，为保证提钒所得钒渣中的钒含量，不能进行铁水预处理脱硫，同时提钒时不能加入石灰等渣料，提钒渣为酸性渣，不具备脱硫能力；提钒时为保证钒的回收率需要控制吹炼温度稳定控制在1340℃～1390℃之间，这些均决定了提钒是脱硫的热力学条件差，脱硫率极低，铁水提钒后所得半钢S含量高，在0.04～0.07％之间。要开发高强高韧和耐硫化氢腐蚀的超低硫钢的高端石油管材，就要开发高硫半钢稳定生产超低硫钢技术，实现利用高硫半钢稳定批量生产超低硫钢，而现有采用高硫半钢批量生产超低硫钢，还存在工艺复杂、成本高的问题。

发明内容

本发明的目的是解决现有采用高硫半钢批量生产超低硫钢，存在工艺复杂、成本高的问题，而提供一种采用高硫半钢生产超低硫钢的方法。

一种采用高硫半钢生产超低硫钢的方法，它按以下步骤进行：

一、按钢铁料和硅碳合金装入转炉进行冶炼，控制转炉终渣二元碱度≥4.5、FeO含量为15～20％、转炉终点碳含量0.05～0.08％、终点温度1630～1650℃、转炉脱硫率≥30％；

所述钢铁料按质量百分比由94％的高硫半钢和6％的低硫废钢组成，低硫废钢中S≤0.006％；所述硅碳合金的用量为钢铁料总质量的4％；所述硅碳合金按照重量百分比组成为：C≥2％、Si≥45％和余量的Fe；

二、在转炉出钢时，进行钢包脱氧及合金化和造渣；

所述钢包脱氧及合金化和造渣：出钢到1/5时，加入电石，铝锭加入总量的一半，然后加入增碳剂，当出钢到1/3时，开始加入合金和剩余的铝锭，直至出钢到1/2时加完，然后在氩气搅拌下加入渣料，钢液的氩后Als≥0.015％，氩后钢包顶渣变白或灰白；

三、步骤二完成后转运到LF精炼工位，喂入铝线将钢液中的Als调整至0.020％，在氩气流量为3～4NL/min/t钢的条件下开始送电，1min后加入部分渣料，待钢包顶渣融化后再加入铝粒和电石进行脱氧造白渣，至精炼渣变白且温度≥1560℃时停电，于氩气流量6～8NL/min/t钢的条件下强制搅拌2min，然后取精炼渣样品分析，再在氩气流量为3～4NL/min/t钢的条件下开始送电，1min后加入剩余渣料，待钢包顶渣融化后再加入铝粒和电石进行脱氧造白渣，待取精炼渣样品分析结果出来并合格后停电，将氩气流量调至6～8NL/min/t钢，补加合金和增碳剂，3min后将氩气流量调至3～4NL/min/t钢并开始送电，5min后断电，于氩气流量6～8NL/min/t钢的条件下强制搅拌3min，然后取样分析；

四、上述取样分析结果合格后，温度达到1660～1710℃，喂入铝线将钢液中的Als调整到0.035～0.040％，LF炉出钢；

所述取样分析结果合格的标准：按照重量百分比组成为：C：0.10～0.35％、Si：0.15～0.35％、Mn：0.40～1.60％、Cr：0.20～1.20％、Mo：0.10～1.10％、Nb：0.020～0.050％、V：0.03～0.12％、P≤0.015％、S≤0.002％、残量杂质和余量的Fe；

五、上述LF炉出钢后进行VD高真空处理，VD破空后，喂入硅钙线进行深脱氧和钙处理，然后软吹，于1580～1600℃下出钢，获得S≤0.002％的超低硫钢，即完成所述方法。

本发明采用高硫半钢生产超低硫钢，实现了单渣精炼，保证了炉机匹配和生产顺行，开创了利用高硫原辅料批量稳定生产超低硫钢的先例，并且工艺简单，成本低。本发明中装入转炉半钢的硫含量在0.04～0.07％，在不经过预处理脱硫条件下，转炉脱硫率≥30％，精炼脱硫率≥95％，成品中硫含量能稳定控制在0.002％以下。

本发明与现有采用铁水预脱硫——转炉冶炼——精炼——连铸工艺生产超低硫和极低硫钢的炼钢企业相比，现有装入转炉的预脱硫后的铁水中的硫含量≤0.006％；而本发明装入转炉半钢的S含量在0.04～0.07％。

相对于常规转炉提高废钢比减少铁比的方法(一般废钢加入比例超过20％)，本发明钢铁料由94％的高硫半钢和6％的低硫废钢组成，低硫废钢中S≤0.006％；每炉配入钢铁料总量4％的硅碳合金；以确保转炉终点温度≥1630℃，为转炉脱硫创造温度条件。

与常规转炉相比，本发明注重转炉工序的脱硫率，控制转炉终渣二元碱度≥4.5、FeO含量为15～20％、转炉终点碳含量0.05～0.08％、终点温度1630～1650℃、转炉脱硫率≥30％。

与常规钢包脱氧合金化相比，本发明注重转炉出钢过程中钢包充分脱氧和提前造白渣，为LF脱硫创造良好条件。

与常规精炼相比，本发明采用了比CaO-MgO-Al

相对于常规精炼渣成分，本发明中钢包顶渣加入BaO组分，并严格控制各组分的含量，提高硫在渣钢间的分配系数，提高钢包顶渣的脱硫能力，同时实现大渣量，提高钢包顶渣的脱硫能力，将钢中的硫含量控制在更低含量。

本发明适用于高硫半钢生产超低硫钢。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式采用高硫半钢生产上述超低硫钢的方法，它按以下步骤进行：

一、按钢铁料和硅碳合金装入转炉进行冶炼，控制转炉终渣二元碱度≥4.5、FeO含量为15～20％、转炉终点碳含量0.05～0.08％、终点温度1630～1650℃、转炉脱硫率≥30％；

所述钢铁料按质量百分比由94％的高硫半钢和6％的低硫废钢组成，低硫废钢中S≤0.006％；所述硅碳合金的用量为钢铁料总质量的4％；所述硅碳合金按照重量百分比组成为：C≥2％、Si≥45％和余量的Fe；

二、在转炉出钢时，进行钢包脱氧及合金化和造渣；

所述钢包脱氧及合金化和造渣：出钢到1/5时，加入电石，铝锭加入总量的一半，然后加入增碳剂，当出钢到1/3时，开始加入合金和剩余的铝锭，直至出钢到1/2时加完，然后在氩气搅拌下加入渣料，钢液的氩后Als≥0.015％，氩后钢包顶渣变白或灰白；

三、步骤二完成后转运到LF精炼工位，喂入铝线将钢液中的Als调整至0.020％，在氩气流量为3～4NL/min/t钢的条件下开始送电，1min后加入部分渣料，待钢包顶渣融化后再加入铝粒和电石进行脱氧造白渣，至精炼渣变白且温度≥1560℃时停电，于氩气流量6～8NL/min/t钢的条件下强制搅拌2min，然后取精炼渣样品分析，再在氩气流量为3～4NL/min/t钢的条件下开始送电，1min后加入剩余渣料，待钢包顶渣融化后再加入铝粒和电石进行脱氧造白渣，待取精炼渣样品分析结果出来并合格后停电，将氩气流量调至6～8NL/min/t钢，补加合金和增碳剂，3min后将氩气流量调至3～4NL/min/t钢并开始送电，5min后断电，于氩气流量6～8NL/min/t钢的条件下强制搅拌3min，然后取样分析；

四、上述取样分析结果合格后，温度达到1660～1710℃，喂入铝线将钢液中的Als调整到0.035～0.040％，LF炉出钢；

所述取样分析结果合格的标准：按照重量百分比组成为：C：0.10～0.35％、Si：0.15～0.35％、Mn：0.40～1.60％、Cr：0.20～1.20％、Mo：0.10～1.10％、Nb：0.020～0.050％、V：0.03～0.12％、P≤0.015％、S≤0.002％、残量杂质和余量的Fe；

五、上述LF炉出钢后进行VD高真空处理，VD破空后，喂入硅钙线进行深脱氧和钙处理，然后软吹，于1580～1600℃下出钢，获得S≤0.002％的超低硫钢，即完成所述方法。

本实施方式步骤二中所述铝锭和电石作为脱氧剂使用。

本实施方式步骤二中氩后钢包顶渣变白或灰白，确保了合金熔化良好，成分均匀和钢包顶渣熔化良好，同时达到提前造渣的目的。

本实施方式步骤三中实际生产中，在透气砖透气不正常、管道和接口阀门有漏气等氩气系统不正常的状态下，按实际搅拌效果调整氩气，确保搅拌效果良好。

本实施方式步骤三中根据钢包顶渣的总渣量和钢包顶渣各组分的百分含量计算控制各种渣料的加入量。

本实施方式步骤五中在VD破空后加入硅钙线进行深脱氧和钙处理，避免回硫，以确保将钢中的硫含量控制超低硫钢要求的范围之内。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，步骤一中所述高硫半钢为对高钒铁水提钒制得，半钢中硫含量在0.04～0.07％，半钢中的C含量3.3～3.6％，P含量0.08～0.12％，Si、Mn为残量，其余为Fe。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是，步骤一中所述控制转炉终渣二元碱度的方法：通过石灰的加入量控制转炉终渣二元碱度≥4.5，依据如下公式计算石灰的加入量，公式：3.5×(1000×W1×N1+1000×W2×N2+W3×N3)×60÷28÷(M1-3.5×N4)，其中W1表示半钢加入量，单位为吨；N1表示半钢中Si的质量百分比含量；W2表示废钢加入量，单位为吨；N2表示废钢中Si质量百分比含量；W3表示硅碳合金加入量，单位为公斤；N3表示硅碳合金中Si的质量百分比含量；M1表示石灰中的CaO质量百分比含量；N4表示石灰中的SiO

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是，步骤二中所述电石的用量：每炉40kg。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一同的是，步骤二中所述铝锭的用量：终点碳含量≤0.05％，铝锭用量为1.7kg/t钢；终点碳含量≤0.06％，铝锭用量为1.4kg/t钢；终点碳含量≤0.07％，铝锭用量为1.2kg/t钢；终点碳含量≥0.08％，铝锭用量为1.0kg/t钢。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一同的是，步骤二中所述合金：依据钢种中各合金成分含量要求确定相应合金种类及加入量。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一同的是，步骤二中所述渣料的组成：石灰2.5kg/t钢、BaCO

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一同的是，步骤三中所述补加合金和增碳剂：依据钢种的碳含量、各合金成分含量要求及取样分析结果，确定增碳剂和相应合金种类及其加入量；将所述补加合金和增碳剂加到氩气口上方露出的钢液面上。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一同的是，步骤三中所述精炼渣样品分析结果的合格标准：按照重量百分比组成为BaO：31～37％、CaO：25～30％、MgO：5～8％、Al

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一同的是，步骤三中所述渣料的总量为25kg/t钢，第一次加入总量的65％，第二次加入剩余量。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一同的是，步骤三中所述渣料的组成：石灰2.5kg/t钢、BaCO

具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一同的是，步骤五中所述VD高真空处理：真空度≤67Pa、脱气时间≥15min。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一同的是，步骤五中所述深脱氧和钙处理：硅钙线的喂入量2m/t钢，硅钙线直径为13mm，硅钙线的芯粉重量为220g/m，芯粉中Si的质量百分含量为55～65％、Ca的质量百分含量为30～33％，其余为铁。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式一同的是，步骤五中所述软吹：吹氩气处理，流量为20～40NL/min/t钢，时间≥15min。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

通过以下实施例验证本发明的有益效果：

实施例：

一种采用高硫半钢生产超低硫钢的方法，它按以下步骤进行：

一、按钢铁料和硅碳合金装入转炉进行冶炼，控制转炉终渣二元碱度≥4.5、FeO含量为15～20％、转炉终点碳含量0.05～0.08％、终点温度1630～1650℃、转炉脱硫率≥30％；

所述钢铁料按质量百分比由94％的高硫半钢和6％的低硫废钢组成，低硫废钢中S≤0.006％；所述硅碳合金的用量为钢铁料总质量的4％；所述硅碳合金按照重量百分比组成为：C≥2％、Si≥45％和余量的Fe；

二、在转炉出钢时，进行钢包脱氧及合金化和造渣；

所述钢包脱氧及合金化和造渣：出钢到1/5时，加入电石，铝锭加入总量的一半，然后加入增碳剂，当出钢到1/3时，开始加入合金和剩余的铝锭，直至出钢到1/2时加完，然后在氩气搅拌下加入渣料，钢液的氩后Als≥0.015％，氩后钢包顶渣变白或灰白；

三、步骤二完成后转运到LF精炼工位，喂入铝线将钢液中的Als调整至0.020％，在氩气流量为3～4NL/min/t钢的条件下开始送电，1min后加入部分渣料，待钢包顶渣融化后再加入铝粒和电石进行脱氧造白渣，至精炼渣变白且温度≥1560℃时停电，于氩气流量6～8NL/min/t钢的条件下强制搅拌2min，然后取精炼渣样品分析，再在氩气流量为3～4NL/min/t钢的条件下开始送电，1min后加入剩余渣料，待钢包顶渣融化后再加入铝粒和电石进行脱氧造白渣，待取精炼渣样品分析结果出来并合格后停电，将氩气流量调至6～8NL/min/t钢，补加合金和增碳剂，3min后将氩气流量调至3～4NL/min/t钢并开始送电，5min后断电，于氩气流量6～8NL/min/t钢的条件下强制搅拌3min，然后取样分析；

四、上述取样分析结果合格后，温度达到1660～1710℃，喂入铝线将钢液中的Als调整到0.035～0.040％，LF炉出钢；

所述取样分析结果合格的标准：按照重量百分比组成为：C：0.10～0.35％、Si：0.15～0.35％、Mn：0.40～1.60％、Cr：0.20～1.20％、Mo：0.10～1.10％、Nb：0.020～0.050％、V：0.03～0.12％、P≤0.015％、S≤0.002％、残量杂质和余量的Fe；

五、上述LF炉出钢后进行VD高真空处理，VD破空后，喂入硅钙线进行深脱氧和钙处理，然后软吹，于1580～1600℃下出钢，获得S≤0.002％的超低硫钢，即完成所述方法。

本实施例步骤二中所述铝锭和电石作为脱氧剂使用。

本实施例步骤二中氩后钢包顶渣变白或灰白，确保了合金熔化良好，成分均匀和钢包顶渣熔化良好，同时达到提前造渣的目的。

本实施例步骤三中实际生产中，在透气砖透气不正常、管道和接口阀门有漏气等氩气系统不正常的状态下，按实际搅拌效果调整氩气，确保搅拌效果良好。

本实施例步骤三中根据钢包顶渣的总渣量和钢包顶渣各组分的百分含量计算控制各种渣料的加入量。

本实施方式步骤五中在VD破空后加入硅钙线进行深脱氧和钙处理，避免回硫，以确保将钢中的硫含量控制超低硫钢要求的范围之内。

本实施例步骤一中所述高硫半钢为对高钒铁水提钒制得，半钢中硫含量在0.04～0.07％，半钢中的C含量3.3～3.6％，P含量0.08～0.12％，Si、Mn为残量，其余为Fe。

本实施例步骤一中所述控制转炉终渣二元碱度的方法：通过石灰的加入量控制转炉终渣二元碱度≥4.5，依据如下公式计算石灰的加入量，公式：3.5×(1000×W1×N1+1000×W2×N2+W3×N3)×60÷28÷(M1-3.5×N4)，其中W1表示半钢加入量，单位为吨；N1表示半钢中Si的质量百分比含量；W2表示废钢加入量，单位为吨；N2表示废钢中Si质量百分比含量；W3表示硅碳合金加入量，单位为公斤；N3表示硅碳合金中Si的质量百分比含量；M1表示石灰中的CaO质量百分比含量；N4表示石灰中的SiO

本实施例步骤二中所述电石的用量：每炉40kg。

本实施例步骤二中所述铝锭的用量：终点碳含量≤0.05％，铝锭用量为1.7kg/t钢；终点碳含量≤0.06％，铝锭用量为1.4kg/t钢；终点碳含量≤0.07％，铝锭用量为1.2kg/t钢；终点碳含量≥0.08％，铝锭用量为1.0kg/t钢。

本实施例步骤二中所述合金：依据钢种中各合金成分含量要求确定相应合金种类及加入量。

本实施例步骤二中所述渣料的组成：石灰2.5kg/t钢、BaCO

本实施例步骤三中所述补加合金和增碳剂：依据钢种的碳含量、各合金成分含量要求及取样分析结果，确定增碳剂和相应合金种类及其加入量；将所述补加合金和增碳剂加到氩气口上方露出的钢液面上。

本实施例步骤三中所述精炼渣样品分析结果的合格标准：按照重量百分比组成为BaO：31～37％、CaO：25～30％、MgO：5～8％、Al

本实施例步骤三中所述渣料的总量为25kg/t钢，第一次加入总量的65％，第二次加入剩余量。

本实施例步骤三中所述渣料的组成：石灰2.5kg/t钢、BaCO

本实施例步骤五中所述VD高真空处理：真空度≤67Pa、脱气时间≥15min。

本实施例步骤五中所述深脱氧和钙处理：硅钙线的喂入量2m/t钢，硅钙线直径为13mm，硅钙线的芯粉重量为220g/m，芯粉中Si的质量百分含量为55～65％、Ca的质量百分含量为30～33％，其余为铁。

本实施例步骤五中所述软吹：吹氩气处理，流量为20～40NL/min/t钢，时间≥15min。

本实施例采用高硫半钢生产的超低硫钢，经检测，成品中硫含量能稳定控制在0.002％以下。