一种冶炼低硫低磷超低碳钢的全流程工艺
阅读说明：本技术 一种冶炼低硫低磷超低碳钢的全流程工艺 (Full-flow process for smelting low-sulfur low-phosphorus ultra-low-carbon steel ) 是由 李赶坡 张觉灵 杨海西 张素英 闫兴丽 于 2021-07-23 设计创作，主要内容包括：一种冶炼低硫低磷超低碳钢的全流程工艺,其特征在于：生产工序是KR铁水预处理→转炉冶炼→LF精炼→RH真空处理,然后送往连铸,要求在RH真空处理结束时钢液质量百分数满足：C≤0.003％、S≤0.005％、P≤0.010％。(A full-flow process for smelting low-sulfur low-phosphorus ultra-low carbon steel is characterized by comprising the following steps: the production process comprises KR molten iron pretreatment → converter smelting → LF refining → RH vacuum treatment, and then sending to continuous casting, wherein the molten steel mass percentage is required to meet at the end of the RH vacuum treatment: less than or equal to 0.003 percent of C, less than or equal to 0.005 percent of S and less than or equal to 0.010 percent of P.)
技术领域
本发明涉及到低硫低磷超低碳钢的全流程冶炼工艺，属于钢铁冶金领域。
背景技术
对于绝大多数钢种而言，硫和磷属于有害杂质元素。硫容易使钢材产生热脆性，降低钢材的延展性和韧性，容易造成裂纹，同时还降低钢材的耐腐蚀性。磷虽然能提高钢的强度，但是随着磷含量的增加，钢的塑性和韧性会大幅降低，容易使钢发生冷脆，还会降低钢的焊接性能。所以钢中硫和磷的含量需尽量控制得低，才能保证钢材的质量不受影响。
目前大部分钢铁企业都会采取各种工艺冶炼低硫低磷钢，包括KR机械搅拌法脱硫、单喷颗粒镁脱硫、使用低磷矿石冶炼铁水、向铁水内加脱磷剂、转炉吹炼脱磷等。在高炉铁水出炉后，转炉氧枪吹炼脱磷是一种效果明显的脱磷方法，利用转炉内部的氧化环境、适宜的钢液温度和充分的渣钢搅拌，加大量石灰和白云石等物料造高碱度氧化渣，可以实现较高脱磷率。
但是在转炉吹炼末期，氧枪吹氧脱碳时容易提高钢液温度，发生回磷现象，若是转炉冶炼过程控制不当或者出钢过程下渣，也会导致钢液中磷含量超标，钢包中钢液磷高的常规方法就是返回转炉进行二次处理，但会严重影响生产节奏，大量增加冶炼成本。而且在连续生产中，转炉出站时的钢液成分和温度也难以稳定控制在较窄范围内。在冶炼超低碳钢时，钢液自转炉出站后还要经过RH真空炉进行脱碳处理。RH炉对于钢液进站条件要求严格，钢液温度和成分的要求范围较窄，若是钢液不能满足条件，只能回返转炉或者调度到其它工序。因此，单单通过铁水→KR炉→转炉→RH炉的工艺路线，难以连续稳定地生产出低硫低磷超低碳钢，并且转炉和RH炉的冶炼压力大，生产成本高。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种冶炼低硫低磷超低碳钢的全流程工艺，包括KR铁水预处理→转炉冶炼→LF精炼→RH真空处理，严格控制各工序，从原料和工艺两方面限制和减少钢液中的硫、磷含量，可以生产各类优质的低硫低磷超低碳钢，保证钢液的成分和温度合格。
本发明介绍了一种冶炼低硫低磷超低碳钢的全流程工艺，技术方案如下：
一种冶炼低硫低磷超低碳钢的全流程工艺，其特征在于：生产工序是KR铁水预处理→转炉冶炼→LF精炼→RH真空处理，然后送往连铸，要求在RH真空处理结束时钢液质量百分数满足：C≤0.003％、S≤0.005％、P≤0.010％；具体步骤如下：
KR铁水预处理：利用KR搅拌法处理40-60t铁水，铁水进站温度1300-1330℃，首先扒去高炉渣，铁水裸露面达到90％；然后加入低硫活性石灰和萤石脱硫，两者的质量比例为10:1，低硫活性石灰加入量控制在8～12kg/t铁，搅拌头转速为90-95r/min，搅拌10-12min后再扒去脱硫渣，铁水裸露面达到90-95％，出站时铁水中[S]≤0.001％，铁水温度≥1230℃。
转炉冶炼：转炉可以全铁冶炼，或者配加铁水重量10％的低硫低磷废钢,冶炼过程中氧气流量和氧枪高度视吹炼情况变化，共加入石灰1200-1500kg、白云石400-500kg和萤石150-200kg造高碱度渣，采用双渣法操作；炉渣碱度控制在3.2～3.5，不添加铁矿石、渣粒、焦粉这样的高硫原料，终点成分要求[C]≤0.05％、[S]≤0.005％、[P]≤0.020％，出钢时钢液终点温度1650-1680℃，钢流圆整，执行挡渣操作；控制下渣量小于50mm；出钢时不进行脱氧合金化，使钢中氧含量在0.080～0.100％之间；钢包全程底吹氩气使渣面微动，净空达到300-500mm。
LF精炼：钢液在LF炉进行升温和深脱磷操作，不进行脱氧合金化；钢液进站后，先打开底吹氩气，采用微正压操作，测温取样，钢液温度1590-1615℃，然后共加入石灰400-700kg和萤石150-250kg，分成4-6批加入钢液，再送电埋弧加热8-10min，钢液温度升到1615-1645℃，底吹氩气搅拌钢液6-10分钟，氩气流量在750-800NL/min；之后减小氩气流量，测温取样，钢中[P]≤0.0047％，再次通电升温，温度达到1660-1690℃时钢液出站吊往RH炉。
RH真空精炼：钢液进站后测温定氧并取样分析，顶升钢包至浸渍管插入钢液700-750mm时开始抽真空，真空处理1-2min时加入70-85kg铝粒，真空处理6min时真空度达到70-85Pa，环流氩气量控制在750～800NL/min；真空处理15min时，钢中[C]达到10-15ppm；然后加入180-250kg硅铁和200-280kg锰铁进行脱氧合金化，钢液纯脱气循环6-10min后破真空出站，测温取样，出站温度≥1620℃，然后送往连铸工序。
本发明所提供超低碳钢全流程冶炼工艺的有益效果在于：
转炉出钢时进行留氧操作，保持钢中的高氧环境和钢渣的氧化状态，然后钢液进入LF炉。通过LF炉可以升温钢液和深脱磷，为RH炉提供稳定合适的钢液进站条件。在LF精炼过程中，不进行脱氧合金化，通过电极埋弧加热钢液，加入定量石灰和萤石造高碱度氧化性渣，大气量底吹氩气搅拌钢液。这样脱磷渣和钢液之间充分接触，脱磷反应高效率进行，可以将钢中[P]大量脱到渣中。在钢中[P]脱至0.005％以下后，钢液送到RH炉进行脱碳和脱氧合金化处理。在RH真空处理过程中，钢液主要在真空槽内循环，发生各类冶金反应，钢渣基本不与钢液发生反应，渣中[P]难以返回钢中，可以保证钢中[P]在目标范围内。此外，RH真空处理还可将钢中[C]脱到0.003％以下、[O]脱至0.0030％以下。通过本发明可以冶炼出洁净度高的低硫低磷超低碳钢液。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，实施例的冶炼钢种属于超低碳钢，采用小吨位设备冶炼，其组织成分要求满足：C≤0.003％、Si 0.20～0.22％、Mn 0.50～0.52％、P≤0.010％、S≤0.005％、Cr≤0.02％，但本发明的保护范围不止局限于以下实施例。
实施例1
一种冶炼低硫低磷超低碳钢的全流程工艺，其特征在于：生产工序是KR铁水预处理→转炉冶炼→LF精炼→RH真空处理，然后送往连铸，要求在RH真空处理结束时钢液质量百分数满足：C≤0.003％、S≤0.005％、P≤0.010％；具体步骤如下：
KR铁水预处理：利用KR搅拌法处理50t铁水，铁水进站温度1310℃，首先扒去高炉渣，铁水裸露面达到90％；然后加入低硫活性石灰和萤石脱硫，两者的质量比例为10:1，即添加低硫活性石灰500kg、萤石50kg，搅拌头转速为95r/min，搅拌12min后再扒去脱硫渣，铁水裸露面达到90％，出站时铁水中[S]是0.0005％，铁水温度1235℃。
转炉冶炼：转炉兑铁，即配加铁水总量10％的低硫低磷废钢，即添加5t低硫低磷废钢，冶炼过程中氧气流量和氧枪高度视吹炼情况变化，共加入石灰1300kg、白云石500kg和萤石150kg造高碱度渣，采用双渣法操作；炉渣碱度控制在3.2～3.5，不添加铁矿石、渣粒、焦粉这样的高硫原料，终点成分要求[C]≤0.05％、[S]≤0.005％、[P]≤0.020％，出钢时钢液终点温度1660℃，钢流圆整，执行挡渣操作；控制下渣量小于50mm；出钢时不进行脱氧合金化，使钢中氧含量在0.080～0.100％之间；钢包全程底吹氩气使渣面微动，净空达到400mm。
LF精炼：钢液在LF炉进行升温和深脱磷操作，不进行脱氧合金化；钢液进站后，先打开底吹氩气，采用微正压操作，测温取样，钢液温度1590℃，然后共加入石灰500kg和萤石150kg，分成4批加入钢液，再送电埋弧加热10min，钢液温度升到1635℃，底吹氩气搅拌钢液6分钟，氩气流量在750NL/min；之后减小氩气流量，测温取样，钢中[P]达到0.0047％，再次通电升温，温度达到1690℃时钢液出站吊往RH炉。
RH真空精炼：钢液进站后测温定氧并取样分析，顶升钢包至浸渍管插入钢液700mm时开始抽真空，真空处理1min时加入80kg铝粒，真空处理6min时真空度达到85Pa，环流氩气量控制在750～800NL/min；真空处理15min时，钢中[C]达到12ppm；然后加入200kg硅铁和250kg锰铁进行脱氧合金化，钢液纯脱气循环8min后破真空出站，测温取样，出站温度在1625℃，然后送往连铸工序。
实施例2
一种冶炼低硫低磷超低碳钢的全流程工艺，其特征在于：生产工序是KR铁水预处理→转炉冶炼→LF精炼→RH真空处理，然后送往连铸，要求在RH真空处理结束时钢液质量百分数满足：C≤0.003％、S≤0.005％、P≤0.010％；具体步骤如下：
KR铁水预处理：利用KR搅拌法处理45t铁水，铁水进站温度1320℃，首先扒去高炉渣，铁水裸露面达到90％；然后加入低硫活性石灰和萤石脱硫，两者的质量比例为10:1，即添加低硫活性石灰400kg、萤石40kg，搅拌头转速为90r/min，搅拌10min后再扒去脱硫渣，铁水裸露面达到95％，出站时铁水中[S]是0.0006％，铁水温度1230℃。
转炉冶炼：转炉兑铁，即配加铁水总量10％的低硫低磷废钢，即添加4.5t低硫低磷废钢，冶炼过程中氧气流量和氧枪高度视吹炼情况变化，共加入石灰1200kg、白云石500kg和萤石150kg造高碱度渣，采用双渣法操作；炉渣碱度控制在3.2～3.5，不添加铁矿石、渣粒、焦粉这样的高硫原料，终点成分要求[C]≤0.05％、[S]≤0.005％、[P]≤0.020％，出钢时钢液终点温度1670℃，钢流圆整，执行挡渣操作；控制下渣量小于50mm；出钢时不进行脱氧合金化，使钢中氧含量在0.080～0.100％之间；钢包全程底吹氩气使渣面微动，净空达到450mm。
LF精炼：钢液在LF炉进行升温和深脱磷操作，不进行脱氧合金化；钢液进站后，先打开底吹氩气，采用微正压操作，测温取样，钢液温度1600℃，然后共加入石灰450kg和萤石150kg，分成4批加入钢液，再送电埋弧加热10min，钢液温度升到1639℃，底吹氩气搅拌钢液6分钟，氩气流量在800NL/min；之后减小氩气流量，测温取样，钢中[P]达到0.0039％，再次通电升温，温度达到1695℃时钢液出站吊往RH炉。
RH真空精炼：钢液进站后测温定氧并取样分析，顶升钢包至浸渍管插入钢液700mm时开始抽真空，真空处理1min时加入75kg铝粒，真空处理6min时真空度达到90Pa，环流氩气量控制在750～800NL/min；真空处理15min时，钢中[C]达到14ppm；然后加入185kg硅铁和230kg锰铁进行脱氧合金化，钢液纯脱气循环7min后破真空出站，测温取样，出站温度在1629℃，然后送往连铸工序。
实施例3
一种冶炼低硫低磷超低碳钢的全流程工艺，其特征在于：生产工序是KR铁水预处理→转炉冶炼→LF精炼→RH真空处理，然后送往连铸，要求在RH真空处理结束时钢液质量百分数满足：C≤0.003％、S≤0.005％、P≤0.010％；具体步骤如下：
KR铁水预处理：利用KR搅拌法处理52t铁水，铁水进站温度1300℃，首先扒去高炉渣，铁水裸露面达到90％；然后加入低硫活性石灰和萤石脱硫，两者的质量比例为10:1，即添加低硫活性石灰500kg、萤石50kg，搅拌头转速为95r/min，搅拌12min后再扒去脱硫渣，铁水裸露面达到95％，出站时铁水中[S]是0.0003％，铁水温度1233℃。
转炉冶炼：转炉兑铁，即配加铁水总量10％的低硫低磷废钢，即添加5.2t低硫低磷废钢，冶炼过程中氧气流量和氧枪高度视吹炼情况变化，共加入石灰1300kg、白云石400kg和萤石160kg造高碱度渣，采用双渣法操作；炉渣碱度控制在3.2～3.5，不添加铁矿石、渣粒、焦粉这样的高硫原料，终点成分要求[C]≤0.05％、[S]≤0.005％、[P]≤0.020％，出钢时钢液终点温度1680℃，钢流圆整，执行挡渣操作；控制下渣量小于50mm；出钢时不进行脱氧合金化，使钢中氧含量在0.080～0.100％之间；钢包全程底吹氩气使渣面微动，净空达到400mm。
LF精炼：钢液在LF炉进行升温和深脱磷操作，不进行脱氧合金化；钢液进站后，先打开底吹氩气，采用微正压操作，测温取样，钢液温度1605℃，然后共加入石灰600kg和萤石200kg，分成4批加入钢液，再送电埋弧加热8min，钢液温度升到1625℃，底吹氩气搅拌钢液6分钟，氩气流量在750NL/min；之后减小氩气流量，测温取样，钢中[P]达到0.004％，再次通电升温，温度达到1680℃时钢液出站吊往RH炉。
RH真空精炼：钢液进站后测温定氧并取样分析，顶升钢包至浸渍管插入钢液750mm时开始抽真空，真空处理1min时加入75kg铝粒，真空处理6min时真空度达到80Pa，环流氩气量控制在750～800NL/min；真空处理15min时，钢中[C]达到10ppm；然后加入220kg硅铁和250kg锰铁进行脱氧合金化，钢液纯脱气循环8min后破真空出站，测温取样，出站温度在1620℃，然后送往连铸工序。
实施例4
一种冶炼低硫低磷超低碳钢的全流程工艺，其特征在于：生产工序是KR铁水预处理→转炉冶炼→LF精炼→RH真空处理，然后送往连铸，要求在RH真空处理结束时钢液质量百分数满足：C≤0.003％、S≤0.005％、P≤0.010％；具体步骤如下：
KR铁水预处理：利用KR搅拌法处理55t铁水，铁水进站温度1330℃，首先扒去高炉渣，铁水裸露面达到90％；然后加入低硫活性石灰和萤石脱硫，两者的质量比例为10:1，即添加低硫活性石灰600kg、萤石60kg，搅拌头转速为95r/min，搅拌12min后再扒去脱硫渣，铁水裸露面达到90％，出站时铁水中[S]是0.0008％，铁水温度1240℃。
转炉冶炼：全铁冶炼，不添加废钢，冶炼过程中氧气流量和氧枪高度视吹炼情况变化，共加入石灰1500kg、白云石500kg和萤石200kg造高碱度渣，采用双渣法操作；炉渣碱度控制在3.2～3.5，不添加铁矿石、渣粒、焦粉这样的高硫原料，终点成分要求[C]≤0.05％、[S]≤0.005％、[P]≤0.020％，出钢时钢液终点温度1680℃，钢流圆整，执行挡渣操作；控制下渣量小于50mm；出钢时不进行脱氧合金化，使钢中氧含量在0.080～0.100％之间；钢包全程底吹氩气使渣面微动，净空达到300mm。
LF精炼：钢液在LF炉进行升温和深脱磷操作，不进行脱氧合金化；钢液进站后，先打开底吹氩气，采用微正压操作，测温取样，钢液温度1612℃，然后共加入石灰700kg和萤石250kg，分成5批加入钢液，再送电埋弧加热8min，钢液温度升到1621℃，底吹氩气搅拌钢液8分钟，氩气流量在750NL/min；之后减小氩气流量，测温取样，钢中[P]达到0.0038％，再次通电升温，温度达到1672℃时钢液出站吊往RH炉。
RH真空精炼：钢液进站后测温定氧并取样分析，顶升钢包至浸渍管插入钢液700mm时开始抽真空，真空处理1.5min时加入85kg铝粒，真空处理6min时真空度达到78Pa，环流氩气量控制在750～800NL/min；真空处理15min时，钢中[C]达到12ppm；然后加入240kg硅铁和280kg锰铁进行脱氧合金化，钢液纯脱气循环6min后破真空出站，测温取样，出站温度在1631℃，然后送往连铸工序。
对比例1(与实施例1进行对比)
一种冶炼低硫低磷超低碳钢的全流程工艺，其特征在于：
KR铁水预处理：利用KR搅拌法处理50t铁水，铁水进站温度1310℃，首先扒去高炉渣，铁水裸露面达到90％；然后加入低硫活性石灰和萤石脱硫，两者的质量比例为10:1，即添加低硫活性石灰200kg、萤石20kg，搅拌头转速为95r/min，搅拌12min后再扒去脱硫渣，铁水裸露面达到90％，出站时铁水中[S]是0.0015％，铁水温度1235℃。
转炉冶炼：转炉兑铁，即配加铁水总量10％的低硫低磷废钢，即添加5t低硫低磷废钢，冶炼过程中氧气流量和氧枪高度视吹炼情况变化，共加入石灰1000kg、白云石700kg和萤石250kg造渣，采用双渣法操作；不添加铁矿石、渣粒、焦粉这样的高硫原料，出钢时钢液终点温度1660℃，钢流圆整，执行挡渣操作；控制下渣量小于50mm；出钢时不进行脱氧合金化，使钢中氧含量在0.080～0.150％之间；钢包全程底吹氩气使渣面微动，净空达到400mm。
LF精炼：钢液在LF炉进行升温和深脱磷操作，不进行脱氧合金化；钢液进站后，先打开底吹氩气，采用微正压操作，测温取样，钢液温度1590℃，然后共加入石灰300kg和萤石250kg，分成4批加入钢液，再送电埋弧加热10min，钢液温度升到1635℃，底吹氩气搅拌钢液6分钟，氩气流量在550NL/min；之后减小氩气流量，测温取样，钢中[P]达到0.006％，再次通电升温，温度达到1690℃时钢液出站吊往RH炉。
RH真空精炼：钢液进站后测温定氧并取样分析，顶升钢包至浸渍管插入钢液700mm时开始抽真空，真空处理1min时加入50kg铝粒，真空处理6min时真空度达到85Pa，环流氩气量控制在700NL/min；真空处理15min时，加入200kg硅铁和250kg锰铁进行脱氧合金化，钢液纯脱气循环8min后破真空出站，测温取样，出站温度在1625℃，然后送往连铸工序。
对比例2(与实施例2进行对比)
一种冶炼低硫低磷超低碳钢的全流程工艺，其特征在于：
KR铁水预处理：利用KR搅拌法处理45t铁水，铁水进站温度1320℃，首先扒去高炉渣，铁水裸露面达到90％；然后加入低硫活性石灰和萤石脱硫，两者的质量比例为10:1，即添加低硫活性石灰500kg、萤石50kg，搅拌头转速为60r/min，搅拌10min后再扒去脱硫渣，铁水裸露面达到95％，铁水温度1230℃。
转炉冶炼：转炉兑铁，即配加铁水总量10％的低硫低磷废钢，即添加4.5t低硫低磷废钢，冶炼过程中氧气流量和氧枪高度视吹炼情况变化，共加入石灰800kg、白云石800kg和萤石100kg造渣，采用双渣法操作；不添加铁矿石、渣粒、焦粉这样的高硫原料，出钢时钢液终点温度1670℃，钢流圆整，执行挡渣操作；控制下渣量小于50mm；出钢时不进行脱氧合金化，使钢中氧含量在0.080～0.100％之间；钢包全程底吹氩气使渣面微动，净空达到450mm。
LF精炼：钢液在LF炉进行升温和深脱磷操作，不进行脱氧合金化；钢液进站后，先打开底吹氩气，采用微正压操作，测温取样，钢液温度1600℃，然后共加入石灰250kg和萤石150kg，分成3批加入钢液，再送电埋弧加热10min，钢液温度升到1639℃，底吹氩气搅拌钢液5分钟，氩气流量在500NL/min；之后减小氩气流量，测温取样，再次通电升温，温度达到1695℃时钢液出站吊往RH炉。
RH真空精炼：钢液进站后测温定氧并取样分析，顶升钢包至浸渍管插入钢液700mm时开始抽真空，真空处理1min时加入55kg铝粒，真空处理2min时真空度达到90Pa，环流氩气量控制在600NL/min；真空处理10min时，钢中[C]达到14ppm；然后加入185kg硅铁和230kg锰铁进行脱氧合金化，钢液纯脱气循环7min后破真空出站，测温取样，出站温度在1629℃，然后送往连铸工序。
上述各实施例中钢液在部分工序的化学成分及质量百分数如表1所示。
表1 各实施例中钢液在部分工序的化学成分/wt％