一种利用VD生产低碳钢的方法

技术领域

本申请涉及钢铁冶炼技术领域，尤其涉及一种利用VD生产低碳钢的方法。

背景技术

VD炉(vacuum degassing furnace)即真空脱气精炼炉，是用来对初炼炉(例如电弧炉、平炉和转炉)所熔化的钢水进行精炼，并且能调节熔化后钢液的温度和成分，同时满足后续连铸和连轧的重要冶金设备，也是炉外精炼的主要设备之一。VD精炼能够在真空条件下对钢液进行脱碳、除气和合金成分的微调，能加快生产节奏，从而提高整个冶金的生产效率。

由于在低碳钢的生产过程中，一般是先将钢材的碳含量脱除至极低范围，再补加增碳剂或者高碳合金，使钢材增碳至低碳含量范围内，但是目前利用VD精炼炉进行冶炼时，需要多次倒站，不仅造成生产效率降低，无法对低碳钢的碳含量进行快速精准控制，因此如何在VD真空条件下对低碳钢的碳含量进行快速精准控制，是目前亟需解决的技术问题。

发明内容

本申请提供了一种利用VD生产低碳钢的方法，以解决现有技术中在VD精炼的条件下对低碳钢的碳含量无法快速精准控制的技术问题。

第一方面，本申请提供了一种利用VD生产低碳钢的方法，所述方法包括：

对铁水进行冶炼，后进行出钢，得到含氧钢液；

对所述含氧钢液进行VD精炼，以使所述含氧钢液完成脱碳和脱氧，后进行合金化，得到低碳含量的钢液；

对所述低碳含量的钢液进行浇注，得到低碳钢；

其中，所述VD精炼包括脱碳精炼，所述VD精炼的脱碳真空度根据所述脱碳精炼后的碳氧积进行调整，所述脱碳真空度为0.5kPa～50kPa，所述碳氧积为0.4*10

可选的，所述VD精炼的脱碳真空度根据所述脱碳精炼后的碳氧积进行调整，具体包括：

若所述碳氧积为0.4*10

若所述碳氧积为1.0*10

若所述碳氧积为1.6*10

若所述碳氧积为2.7*10

若所述碳氧积为7.3*10

若所述碳氧积为11.5*10

可选的，所述碳氧积的计算公式为：

w

式中，w

可选的，所述VD精炼还包括脱氧精炼，所述脱氧精炼包括控氧操作，所述控氧操作具体包括：

根据所述碳氧积，计算得到VD精炼脱碳结束的氧含量；

根据所述VD精炼脱碳结束的氧含量和目标氧含量的大小，判断是否对脱碳后的含氧钢液进行增氧或脱氧；

若所述VD精炼脱碳结束的氧含量大于所述目标氧含量，则对脱碳后的含氧钢液进行增氧操作；

若所述VD精炼脱碳结束的氧含量小于所述目标氧含量，则对脱碳后的含氧钢液进行脱氧操作。

可选的，所述VD精炼包括在所述脱碳真空度的条件下精炼预设时间，所述预设时间为5min～10min。

可选的，所述脱碳精炼的目标碳含量≤0.03％，所述脱碳精炼的底吹气体总流量为200L/min～600L/min。

可选的，所述VD精炼还包括钢包渣改质；所述钢包渣改质包括以脱碳精炼结束后的含氧钢液在改质剂的条件下进行钢包渣改质，所述改质剂包括铝粒、铝豆、铝渣灰和低碳铝渣球中的至少一种，所述钢包渣改质的时间≥3min，所述改质剂的加入量为100kg～700kg。

可选的，所述钢包渣改质后的钢包渣成分包括FeO和MnO，所述钢包渣改质后的钢包渣成分满足：

[FeO]+[MnO]≤8％，

式中，FeO为所述FeO的质量分数，MnO为所述MnO的质量分数。

可选的，所述钢包渣改质的底吹气体总流量为100L/min～400L/min。

可选的，所述VD精炼的进站钢液温度为1600℃～1630℃，所述VD精炼的进站钢渣厚度≤100mm，所述VD精炼的进站钢渣的净空厚度为800mm～1500mm。

本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本申请实施例提供的一种利用VD生产低碳钢的方法，通过对含氧钢液进行VD精炼，利VD精炼对含氧钢液进行脱碳和脱氧，再通过合金化，调整钢液的成分，在VD精炼过程中，由于脱碳精炼后的碳氧积能代表含氧钢液的脱碳程度，而VD精炼的脱碳真空度决定了含氧钢液的最终的脱碳程度，因此通过碳氧积对脱碳真空度进行调整，能保证在调整后的脱碳真空度条件下将含氧钢液脱碳至目标范围，从而保证低碳含量的钢液中的碳含量处于较低的水平，实现在VD精炼的条件下对低碳钢的碳含量进行快速精准控制。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的方法的流程示意图；

图2为本申请实施例提供的控氧操作的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。

在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

本申请的创造性思维为：

1)摒弃了传统先将碳含量脱除至极低范围，再补加增碳剂或者高碳合金增碳至低碳含量范围的方法。

2)通过控制VD真空度，实现低碳钢碳含量的精准控制。

3)利用VD良好真空条件和底吹条件，进行VD快速脱碳。

本发明实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

在本申请的一个可选的实施例中，如图1所示，提供一种利用VD生产低碳钢的方法，所述方法包括：

S1.对铁水进行冶炼，后进行出钢，得到含氧钢液；

S2.对所述含氧钢液进行VD精炼，以使所述含氧钢液完成脱碳和脱氧，后进行合金化，得到低碳含量的钢液；

S3.对所述低碳含量的钢液进行浇注，得到低碳钢；

其中，所述VD精炼包括脱碳精炼，所述VD精炼的脱碳真空度根据所述脱碳精炼后的碳氧积进行调整，所述脱碳真空度为0.5kPa～50kPa，所述碳氧积为0.4*10

本申请实施例中，脱碳真空度为0.5kPa～50kPa的积极效果是在该脱碳真空度的范围内，能保证VD精炼的脱碳至目标范围，从而保证含氧钢液的碳含量在较低的水准；当脱碳真空度的取值大于该范围的端点最大值，过大的真空度将导致含氧钢液的脱氧精炼后的氧含量不足，导致碳氧反应进行的不充分，导致含氧钢液的脱碳程度不充分，当脱碳真空度的取值小于该范围的端点最小值，过小的真空度将导致含氧钢液的脱碳程度不充分。

碳氧积为0.4*10

在一些可选的实施方式中，所述VD精炼的脱碳真空度根据所述脱碳精炼后的碳氧积进行调整，具体包括：

若所述碳氧积为0.4*10

若所述碳氧积为1.0*10

若所述碳氧积为1.6*10

若所述碳氧积为2.7*10

若所述碳氧积为7.3*10

若所述碳氧积为11.5*10

本申请实施例中，通过将脱碳真空度和碳氧积的范围一一对应，从而能通过碳氧积对VD精炼的脱碳真空度的进行精准控制，由于脱碳真空度能直接影响含氧钢液的脱碳程度，因此控制脱碳真空度，能精准的控制含氧钢液的碳含量。

在一些可选的实施方式中，所述碳氧积的计算公式为：

w

式中，w

本申请实施例中，限定碳氧积的计算公式的积极效果是在该计算公式的条件下能保证碳氧积的准确，从而方便后续的对脱碳真空度的控制，从而保证含氧钢液的脱碳程度。

在一些可选的实施方式中，如图2所示，所述VD精炼还包括脱氧精炼，所述脱氧精炼包括控氧操作，所述控氧操作具体包括：

S101.根据所述碳氧积，计算得到VD精炼脱碳结束的氧含量；

S102.根据所述VD精炼脱碳结束的氧含量和目标氧含量的大小，判断是否对脱碳后的含氧钢液进行增氧或脱氧；

若所述VD精炼脱碳结束的氧含量大于所述目标氧含量，则对脱碳后的含氧钢液进行增氧操作；

若所述VD精炼脱碳结束的氧含量小于所述目标氧含量，则对脱碳后的含氧钢液进行脱氧操作。

本申请实施例中，限定具体的控氧操作的积极效果是若脱碳后的含氧钢液中氧含量过高，将影响后续的脱氧精炼过程，并且产生大量的夹杂物，影响钢水的洁净度，若脱碳后的含氧钢液中氧含量过低，将导致脱氧精炼后，合金化过程中合金增碳过多，影响最终VD精炼后的低碳含量的钢液的碳含量。

在一些可选的实施方式中，所述VD精炼包括在所述脱碳真空度的条件下精炼预设时间，所述预设时间为5min～10min。

本申请实施例中，预设时间为5min～10min的积极效果是在低成本的条件下，保证脱碳精炼的脱碳完全；当时间的取值大于或小于该范围的端点值，将导致脱碳精炼的处理时间过长，增加生产成本，或者脱碳精炼的处理时间不足，影响最终钢液的碳含量。

在一些可选的实施方式中，所述脱碳精炼的目标碳含量≤0.03％，所述脱碳精炼的底吹气体总流量为200L/min～600L/min，其中，脱碳精炼的底吹气体可以是氩气。

本申请实施例中，脱碳精炼的目标碳含量≤0.03％的积极效果是在该目标碳含量的范围内，说明含氧钢液脱碳精炼后碳含量符合低碳钢产品的标准。

脱碳精炼的底吹气体总流量为200L/min～600L/min的积极效果是若底吹气体总流量过大，会造成VD精炼的脱碳精炼过程中钢液的喷溅和溢渣，若底吹气体的总流量过小，会造成钢液循环慢，影响VD精炼的脱碳效率。

在一些可选的实施方式中，所述VD精炼还包括钢包渣改质；所述钢包渣改质包括以脱碳精炼结束后的含氧钢液在改质剂的条件下进行钢包渣改质，所述改质剂包括铝粒、铝豆、铝渣灰和低碳铝渣球中的至少一种，所述钢包渣改质的时间≥3min，所述改质剂的加入量为100kg～700kg。

本申请实施例中，限定改质剂的种类的积极效果是在该种类范围内，能保证将钢包渣改质的完全，同时降低钢包渣改质所需的改质剂标准，促使钢包渣改质完全。

钢包渣改质的时间≥3min的在该时间范围内保证钢渣改质的效果，从而保证钢渣的氧化性在合适范围内；当时间的取值小于该范围的端点值，说明钢包渣改质的时间过短，钢包渣改质效果不明显，促使钢包渣的氧化性增强。

改质剂的加入量为100kg～700kg的积极效果是在该加入量的范围内，能保证钢包渣的氧化性和生产成本在合适范围内；当加入量的取值大于或小于该范围的端点值，将导致改质剂加入量过多，会造成原料浪费，增加生产成本，或者改质剂的加入量不足，钢包渣的氧化性增强。

在一些可选的实施方式中，所述钢包渣改质后的钢包渣成分包括FeO和MnO，所述钢包渣改质后的钢包渣成分满足：

[FeO]+[MnO]≤8％，

式中，FeO为所述FeO的质量分数，MnO为所述MnO的质量分数。

本申请实施例中，[FeO]+[MnO]≤8％的积极效果是在该质量分数之和的范围内，能保证降低钢液的爆炸氧化性的风险，从而提高VD精炼结束后的钢液的洁净度。

在一些可选的实施方式中，所述钢包渣改质的底吹气体总流量为100L/min～400L/min，其中，钢包渣改质的底吹气体可以是氩气。

本申请实施例中，钢包渣改质的底吹气体总流量为100L/min～400L/min的积极效果是在该气体总流量范围内，能保证改质剂同钢液搅拌充分，保证钢包渣改质的充分进行；当气体总流量的取值大于或小于该范围的端点值，将导致气体总流量过大，改质剂直接与钢液反应，达不到改质的效果，或者钢液循环慢，改质效果不佳。

在一些可选的实施方式中，所述VD精炼的进站钢液温度为1600℃～1630℃，所述VD精炼的进站钢渣厚度≤100mm，所述VD精炼的进站钢渣的净空厚度为800mm～1500mm。

本申请实施例中，VD精炼的进站钢液温度为1600℃～1630℃的积极效果是若温度过高，脱碳结束后钢液的温度高，导致铸机坯壳较薄，有漏钢液的风险；若温度过低，脱碳结束后钢液的温度较低，铸机有冻流隐患。

限定VD精炼的进站钢渣厚度以及站钢渣的净空厚度的积极效果是保证脱碳的效果，同时保证钢液不外溢出钢包。

在一些可选的实施方式中，以质量分数计，所述含氧钢液的化学成分包括：C:0.02％～0.08％，O:0.02％～0.08％，其余为Fe和不可避免的杂质。

本申请实施例中，限定含氧钢液的具体化学成分，能更好的进行碳氧反应，实现钢液脱碳。

在一些可选的实施方式中，所述脱碳精炼结束后的氧含量为50ppm～250ppm。

本申请实施例中，脱碳精炼结束后的氧含量为50ppm～250ppm的积极效果是若脱碳结束氧过高，钢水洁净度差，若脱碳结束氧过低，脱碳结束的碳含量会过高。

在一些可选的实施方式中，所述出钢包括以加入包括白灰，萤石，铝矾土的渣料造渣的方式进行出钢，所述出钢还包括出钢结束后不加入脱氧剂。

本申请实施例中，限定造渣的渣料种类的积极效果是利用出钢过程钢流的搅拌作用使渣钢充分接触，渣料快速融化成渣。

出钢结束后不加入脱氧剂的积极效果是若加入脱氧剂，将促使脱碳精炼阶段的钢渣反应剧烈，钢中的自由氧会将钢包渣进一步氧化，增加钢包渣的氧化性。

各实施例和对比例的工艺参数如表1和表2所示。

表1VD精炼中脱碳精炼的工艺参数情况表

表2VD精炼中钢包渣改质的工艺参数情况表

其中，表1和表2中实施例2-3和对比例1-8中未提及的其他参数都跟实施例1保持一致。

表1和表2的具体分析：

由实施例1-3的数据可知：

通过对含氧钢液进行VD精炼，利用VD精炼对含氧钢液进行脱碳和脱氧，再通过合金化，调整钢液的成分，在VD精炼过程中，通过碳氧积对脱碳真空度进行调整，能保证在调整后的脱碳真空度条件下将含氧钢液脱碳完全，实现在VD精炼的条件下对低碳钢的碳含量进行精准控制。

由对比例1-8的数据可知：

对比例1中，若VD进站钢液中的碳含量低而氧含量高，说明进站钢液未进行预脱氧，脱碳精炼结束后的氧含量高达722ppm，表明脱碳精炼结束后钢液中的氧含量较高。

对比例2中，若VD过程的控氧操作中未进行增氧，脱碳精炼结束后的氧含量为43ppm，将造成脱碳精炼结束后的碳含量高达471ppm。

对比例3中，若VD脱碳精炼的脱碳真空度较低，将导致平衡时碳氧积低，脱碳精炼结束后的碳含量为14ppm，则需要进行补碳操作。

对比例4中，若VD过程中脱碳真空度的保持时间较短，而此时碳氧反应未达到平衡，脱碳精炼结束后碳含量较高。

对比例5中，若VD脱碳精炼的底吹气体总流量较低，会造成含氧钢液的脱碳速率慢，脱碳精炼结束后的碳含量高达405ppm。

对比例6中，若VD中钢包渣改质的改质剂加入量较少，会造成钢包渣的脱氧效果差，钢包渣中[FeO]+[MnO]的质量分数之和为9.9％，会造成钢包渣的氧化性变强，影响钢液的洁净度。

对比例7中，若VD中钢包渣改质的的时间较短，会造成改质剂未充分反应，包渣中[FeO]+[MnO]的质量分数之和为8.7％，会造成钢包渣的氧化性变强，影响钢液的洁净度。

对比例8中，若VD中钢包渣改质的底吹气体总流量较小，会造成钢包渣的改质效果不佳，钢包渣的氧化性变强，影响钢液的洁净度。

本申请实施例中的一个或多个技术方案，至少还具有如下技术效果或优点：

(1)本申请实施例提供的方法，通过对含氧钢液进行VD精炼，利用VD精炼对含氧钢液进行脱碳和脱氧，再通过合金化，调整钢液的成分，在VD精炼过程中，通过碳氧积对脱碳真空度进行调整，能保证在调整后的脱碳真空度条件下将含氧钢液脱碳至目标范围，实现在VD精炼的条件下对低碳钢的碳含量进行精准控制。

(2)本申请实施例提供的方法，利用VD精炼过程中的真空条件和底吹条件，保证脱碳精炼的快速进行，同时能通过碳氧积对VD精炼的脱碳真空度进行控制，不仅能实现对低碳钢的碳含量进行精准控制，从而减少精炼阶段增碳剂的加入，还能降低VD精炼的冶炼周期，缓解转炉冶炼压力。

(3)本申请实施例提供的方法，通过对含氧钢液进行VD精炼，不仅能保证对低碳钢的碳含量进行精准控制，还能对VD精炼中的脱碳精炼结束后的氧含量进行控制，保证低碳钢中的氧含量较低，从而提高钢液的洁净程度。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。