提高pc钢钢水流动性的炼钢方法
阅读说明：本技术 提高pc钢钢水流动性的炼钢方法 (Steelmaking method for improving fluidity of molten PC steel ) 是由 宋依新 肖步庆 杨之俊 杨海滨 杨森 王玉刚 徐学良 于 2021-07-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种提高PC钢钢水流动性的炼钢方法,包括转炉冶炼和LF精炼过程；所述LF精炼的中后期进行变渣操作,向钢包中加入硅灰石或石英砂,控制精炼渣碱度R=1.5～2.5。本方法在LF精炼后期对精炼渣进行改质,通过对PC钢钢水在LF精炼过程的成分进行特殊控制,大幅提升了小方坯连铸机生产PC钢的全流拉钢率,实现与其它钢种同等的生产效率,平均连拉炉数由原来的6炉提高到16炉,从而实现小方坯连铸机顺利生产PC钢；适宜于生产30MnSi、35Si2Mn等低锰硅比钢种；方法简单、操作性强、效果显著,可以实现连铸生产PC钢的顺利开浇,全流生产,减少浸入水口结瘤,保证了炼钢厂的正常生产,降低了生产成本。(The invention discloses a steelmaking method for improving the fluidity of molten PC steel, which comprises the processes of converter smelting and LF refining; and performing slag changing operation in the middle and later stages of LF refining, adding wollastonite or quartz sand into a ladle, and controlling the alkalinity R = 1.5-2.5 of refining slag. The method modifies the refining slag at the later stage of LF refining, and by specially controlling the components of the molten PC steel in the LF refining process, the full-flow steel drawing rate of the PC steel produced by the billet continuous casting machine is greatly improved, the production efficiency equal to that of other steel types is realized, the average continuous drawing furnace number is increased from 6 furnaces to 16 furnaces, and the smooth production of the PC steel by the billet continuous casting machine is realized; is suitable for producing steel grades with low manganese-silicon ratio such as 30MnSi, 35Si2Mn and the like; the method is simple, strong in operability and remarkable in effect, can realize smooth casting and full-flow production of continuous casting production of PC steel, reduces the nodulation of the water immersion port, ensures the normal production of a steel plant, and reduces the production cost.)
技术领域
本发明涉及一种冶炼方法，尤其是一种提高PC钢钢水流动性的炼钢方法。
背景技术
预应力混凝土用钢棒(Steel Bar for Prestressed Concrete，简称PC钢棒)属于预应力强度级别中的中间强度级；具有高强度韧性、低松弛性、与混凝土握裹力强，良好的可焊接性、镦锻性、节省材料等特点，在国外已被广泛应用于高强的预应力混凝土离心管桩、电杆、高架桥墩、铁路轨枕等预应力构件中，在国际、尤其是亚洲具有十分广阔的市场。
所述PC钢棒的主要原材料是无扭控冷热轧盘条，生产PC钢热轧盘条的原材料为小方坯连铸坯。而小方坯连铸机生产PC钢，对于钢水质量要求较高。
所述PC钢棒的钢种为硅镇静钢，钢水的可浇性较差，在连铸浇铸过程中表现为钢水流动性差，容易导致水口结瘤，从而造成连铸机停浇、钢水回炉或落地等事故，影响炼钢的正常生产，导致生产成本提高，降低了企业效益。由于小方坯连铸浸入水口内径小，更易堵塞，所以这种现象在小方坯连铸表现更为突出。如何在小方坯连铸生产中解决PC钢水浇注水口堵塞问题，成为炼钢技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种提高PC钢钢水流动性的炼钢方法，以解决PC钢水浇注水口堵塞问题。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：包括转炉冶炼和LF精炼过程；所述LF精炼的中后期进行变渣操作，向钢包中加入硅灰石或石英砂，控制精炼渣碱度R＝1.5～2.5。
本发明所述钢包中加入硅灰石2～4kg/t钢或石英砂1～2kg/t钢。
本发明所述转炉冶炼和LF精炼过程中，使用硅铁、锰铁和/或硅锰铁作为合金料。
本发明所述LF精炼的中前期将钢水成分调整完成。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明在LF精炼后期对精炼渣进行改质，通过对PC钢钢水在LF精炼过程的成分进行特殊控制，大幅提升了小方坯连铸机生产PC钢的全流拉钢率，实现与其他钢种同等的生产效率，平均连拉炉数由原来的6炉提高到16炉，从而实现小方坯连铸机顺利生产PC钢；适宜于生产30MnSi、35Si2Mn等低锰硅比钢种。本发明方法简单、操作性强、效果显著，解决了长期困扰小方坯连铸机生产低锰硅比钢，浸入水口容易堵塞，造成连铸机事故停浇、钢水回炉或落地等技术问题，可以实现连铸生产PC钢的顺利开浇，全流生产，减少浸入水口结瘤，保证了炼钢厂的正常生产，降低了生产成本，提高了企业的效益，在本行业中有极好的推广应用价值。
本发明对于转炉、精炼配加的合金，使用硅铁、锰铁、硅锰铁合金即可，无需使用低铝硅铁，这样可以降低生产合金成本；同时对于钢水精炼白渣时间不作要求，尤其对于事故压钢，精炼时间长的钢水应用本发明方法处理后，连铸浇注顺利。
附图说明
下面结合附图和
具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。
图1是MnO-SiO2-Al2O3三元相图；
图2是1600℃时Fe-Al-Si-1％Mn夹杂平衡图。
具体实施方式
本提高PC钢钢水流动性的炼钢方法所适用钢种主要牌号为30MnSi、35Si2Mn，采用下述工艺和原理：
(1)30MnSi和35Si2Mn的成分要求：所述钢种30MnSi的化学成分要求见表1；所述钢种35Si2Mn的化学成分要求见表2。
表1：所述钢种30MnSi的化学成分要求
表2：所述钢种35Si2Mn的化学成分要求
(2)本方法工艺：包括转炉冶炼和LF精炼过程。所述转炉冶炼，使用硅铁、锰铁和/或硅锰铁作为合金料，无需使用低铝硅铁。所述LF精炼，使用硅铁、锰铁和/或硅锰铁作为合金料，无需使用低铝硅铁；LF精炼中前期造渣升温，调整钢水成分达到出站要求，钢水温度达到出站温度±20℃；LF精炼的中后期进行变渣操作，向钢包中加入硅灰石2～4kg/t钢或石英砂1～2kg/t钢，控制精炼渣碱度R＝1.5～2.5。
(3)本方法原理：
(Ⅰ)硅镇静钢产生的夹杂物是：纯SiO2(固体)、MnO·SiO2(液体)、MnO·FeO(固溶体)，以及Al2O3类复合夹杂。现有技术中，一般通过调整钢水的锰硅比大于2.5，来改善钢水的流动性。而锰硅比高时生成典型的MnO·SiO2，夹杂物容易上浮。
(Ⅱ)在生产PC钢时，使用硅铁(PG FeSi72Al2.5)脱氧合金化，加入量较大。由于硅铁中的Al含量在1.5～2.5wt％。生产过程中产生的Al2O3脱氧产物进入炉渣中，形成的脱氧产物可能有：①蔷薇辉石(2MnO·2Al2O3·5SiO2)；②锰铝榴(3MnO·Al2O3·3SiO2)；③纯(Al2O325％)。如果把夹杂物成分控制在图1所示相图中锰铝榴石的阴影区，这样的夹杂物熔点低(1400℃)，球形易上浮；并且无单独Al2O3的析出，钢水可浇性好，不堵水口。要想将夹杂物控制在阴影区，一般通过控制钢水的Al≤50ppm和自由氧含量为10～20ppm来实现。
(Ⅲ)本方法通过在LF精炼中后期加入硅灰石，降低精炼渣碱度，R＝1.5～2.5，可改变钢水中的夹杂物类型，进而改善钢水的流动性。在钢渣中Al2O3含量基本固定的情况下，随着钢渣中SiO2含量的提高，可以有效地降低钢液中Al的含量；降低精炼渣碱度，可以减少炉渣中的Al2O3夹杂的还原，即下述反应式(A)。
[Si]+(Al2O3)＝[Al]+(SiO2) (A)
[Al]+(SiO2)＝(Al2O3)+[Si] (B)
如图2所示，降低钢水中铝含量可以使得夹杂物成为液态，同时减少钢水在连铸浇注过程发生上述反应(B)，减少Al2O3类夹杂产生，防止Al2O3堵塞水口。
(4)硅镇静钢生产过程中，白渣时间长，造成钢水中的自由氧含量很低，当钢水中自由氧小于10ppm时，造成MnO·Al2O3夹杂产生，使得水口堵塞的几率大大增加。现有技术中，在生产PC钢时多采用低铝硅铁，控制钢水中的Al含量，以减少Al2O3夹杂的数量，同时通过控制精炼白渣时间，减少MnO·Al2O3夹杂。
本方法所述转炉冶炼和LF精炼过程中不配加低铝硅铁，而是采用低碱度渣，提高了渣中SiO2活度；能较好地提高钢水中的氧含量，减少高熔点MnO·Al2O3夹杂的产生(如图1所示)，使得钢水可浇性变好。本方法可在小方坯连铸机生产PC钢时，避免浸入水口堵塞，大幅提升连拉炉数，减少生产事故，保证正常生产。
实施例1：本提高PC钢钢水流动性的炼钢方法采用下述具体工艺。
(1)转炉冶炼：生产30MnSi钢；使用硅铁、锰铁和/或硅锰铁作为合金料，不使用低铝硅铁。
(2)LF精炼：某浇次第一炉钢水进站测温1540℃，分批加入白灰造渣，送电升温15min，成白渣后，取样化验。精炼炉第一个样；再次送电升温5min，根据第一个样的钢水成分，配加合金成分，取第二个样、测温1615℃，化验成分符合要求；此时精炼时间累计30min向钢包加入2kg/t硅灰石。第三次送电升温，在精炼时间累计达50min时，测温1620℃，钢水软吹5min后出站。该炉钢水累计精炼时间60min。上述各个取样钢水的成分见下表3。
表3：LF过程各个取样钢水的成分
(3)本炉次渣样成分如下表4所示，炉渣碱度R＝2.4。
表4：渣样成分
(4)本炉次方坯连铸浇注顺利进行。
实施例2：本提高PC钢钢水流动性的炼钢方法采用下述具体工艺。
(1)转炉冶炼：生产30MnSi钢；使用硅铁、锰铁和/或硅锰铁作为合金料，不使用低铝硅铁。
(2)LF精炼：某浇次第5炉钢水进站测温1560℃，分批加入白灰造渣，送电升温12min，成白渣后，取样化验。精炼炉第一个样；再次送电升温3min，根据第一个样的钢水成分，配加合金成分，取第二个样、测温1600℃，化验成分符合要求；此时精炼时间累计29min向钢包加入4kg/t硅灰石。第三次送电升温，在精炼时间累计达46min时，测温1580℃，钢水软吹5min后出站。该炉钢水累计精炼时间55min。上述各个取样钢水的成分见下表5。
表5：LF过程各个取样钢水的成分
(3)本炉次渣样成分如下表6所示，炉渣碱度R＝1.8。
表6：渣样成分
(4)本炉次方坯连铸浇注顺利进行。
实施例3：本提高PC钢钢水流动性的炼钢方法采用下述具体工艺。
(1)转炉冶炼：生产30MnSi钢；使用硅铁、锰铁和/或硅锰铁作为合金料，不使用低铝硅铁。
(2)LF精炼：某浇次第15炉钢水进站测温1519℃，分批加入白灰造渣，送电升温15min，成白渣后，取样化验。精炼炉第一个样；再次送电升温8min，根据第一个样的钢水成分，配加合金成分，取第二个样、测温1555℃，化验成分符合要求；此时精炼时间累计30min向钢包加入3.7kg/t硅灰石。第三次送电升温，在精炼时间累计达43min时，测温1575℃，钢水软吹4min后出站。该炉钢水累计精炼时间54min。上述各个取样钢水的成分见下表7。
表7：LF过程各个取样钢水的成分
(3)本炉次渣样成分如下表8所示，炉渣碱度R＝1.5。
表8：渣样成分
(4)本炉次方坯连铸浇注顺利进行。
实施例4：本提高PC钢钢水流动性的炼钢方法采用下述具体工艺。
(1)转炉冶炼：生产30MnSi钢；使用硅铁、锰铁和/或硅锰铁作为合金料，不使用低铝硅铁。
(2)LF精炼：某浇次第17炉钢水进站测温1535℃，分批加入白灰造渣，送电升温14min，成白渣后，取样化验。精炼炉第一个样；再次送电升温5min，根据第一个样的钢水成分，配加合金成分，取第二个样、测温1566℃，化验成分符合要求；此时精炼时间累计32min向钢包加入1.0kg/t石英砂。第三次送电升温，在精炼时间累计达40min时，测温1577℃，钢水软吹6min后出站。该炉钢水累计精炼时间50min。上述各个取样钢水的成分见下表9。
表9：LF过程各个取样钢水的成分
(3)本炉次渣样成分如下表10所示，炉渣碱度R＝2.5。
表10：渣样成分
(4)本炉次方坯连铸浇注顺利进行。
实施例5：本提高PC钢钢水流动性的炼钢方法采用下述具体工艺。
(1)转炉冶炼：生产35Si2Mn钢；使用硅铁、锰铁和/或硅锰铁作为合金料，不使用低铝硅铁。
(2)LF精炼：某浇次第2炉钢水进站测温1522℃，分批加入白灰造渣，送电升温12min，成白渣后，取样化验。精炼炉第一个样；再次送电升温7min，根据第一个样的钢水成分，配加合金成分，取第二个样、测温1555℃，化验成分符合要求；此时精炼时间累计30min向钢包加入2kg/t硅灰石。第三次送电升温，在精炼时间累计达43min时，测温1570℃，取出站样，钢水软吹5min后出站。该炉钢水累计精炼时间57min。上述各个取样钢水的成分见下表11。
表11：LF过程各个取样钢水的成分
(3)本炉次渣样成分如下表12所示，炉渣碱度R＝1.9。
表12：渣样成分
(4)本炉次方坯连铸浇注顺利进行。
实施例6：本提高PC钢钢水流动性的炼钢方法采用下述具体工艺。
(1)转炉冶炼：生产35Si2Mn钢；使用硅铁、锰铁和/或硅锰铁作为合金料，不使用低铝硅铁。
(2)LF精炼：某浇次第7炉钢水进站测温1518℃，分批加入白灰造渣，送电升温13min，成白渣后，取样化验。精炼炉第一个样；再次送电升温6min，根据第一个样的钢水成分，配加合金成分，取第二个样、测温1580℃，化验成分符合要求；此时精炼时间累计27min向钢包加入2kg/t石英砂。第三次送电升温，在精炼时间累计达43min时，测温1560℃，钢水软吹5min后出站。该炉钢水累计精炼时间50min。上述各个取样钢水的成分见下表13。
表13：LF过程各个取样钢水的成分
(3)本炉次渣样成分如下表14所示，炉渣碱度R＝1.5。
表14：渣样成分
(4)本炉次方坯连铸浇注顺利进行。
实施例7：本提高PC钢钢水流动性的炼钢方法采用下述具体工艺。
(1)转炉冶炼：生产35Si2Mn钢；使用硅铁、锰铁和/或硅锰铁作为合金料，不使用低铝硅铁。
(2)LF精炼：某浇次第16炉钢水进站测温1530℃，分批加入白灰造渣，送电升温10min，成白渣后，取样化验。精炼炉第一个样；再次送电升温6min，根据第一个样的钢水成分，配加合金成分，取第二个样、测温1565℃，化验成分符合要求；此时精炼时间累计25min向钢包加入2.6kg/t硅灰石。第三次送电升温，在精炼时间累计达40min时，测温1555℃，钢水软吹4min后出站。该炉钢水累计精炼时间45min。上述各个取样钢水的成分见下表15。
表15：LF过程各个取样钢水的成分
(3)本炉次渣样成分如下表16所示，炉渣碱度R＝2.5。
表16：渣样成分
(4)本炉次方坯连铸浇注顺利进行。