一种提高低碳低硅含铌钢铌收得率的冶炼方法
阅读说明：本技术 一种提高低碳低硅含铌钢铌收得率的冶炼方法 (Smelting method for improving niobium yield of low-carbon low-silicon niobium-containing steel ) 是由 张大江 万国喜 黄重 欧阳瑜 郑飞 张苓志 田云生 刘艳玲 刘广超 何晓波 王翠 于 2020-12-10 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种提高低碳低硅含铌钢铌收得率的冶炼方法,包括以下步骤：顶底复吹转炉：工业氧化钼随废钢加入转炉,转炉出钢过程采用铝铁合金、硅铁合金或硅锰合金、低碳锰铁下料顺序依次加入料仓；出钢过程加顶渣料,出钢过程增大氩气流量,出钢结束后降低氩气流量保持钢水搅动；LF精炼：LF精炼确保过程Alt：0.020%～0.045%,保证钢水中Si≥0.05%,铌铁在脱硫目标完成后加入；板坯连铸：连铸过程保护浇注。本发明转炉出钢采用铝脱氧,同时加入一定量的硅铁或硅锰,降低钢中的氧含量；进入LF炉后,埋弧造渣,合理控制钢中硅含量0.05%～0.12%、发挥Si的辅助脱氧能力,通过造渣、控硅,进一步脱除渣－钢中的氧,减少铌铁的氧化、提高铌的吸收率。(The invention discloses a smelting method for improving the niobium yield of low-carbon low-silicon niobium-containing steel, which comprises the following steps: top-bottom combined blown converter: adding industrial molybdenum oxide into a converter along with scrap steel, and sequentially adding aluminum-iron alloy, ferrosilicon or silicomanganese alloy and low-carbon ferromanganese into a storage bin in the converter tapping process; adding top slag in the tapping process, increasing the argon flow in the tapping process, and reducing the argon flow after tapping to keep molten steel stirring; LF refining: LF refining ensures process Alt: 0.020-0.045%, Si in molten steel is guaranteed to be more than or equal to 0.05%, and ferrocolumbium is added after the desulfurization goal is finished; slab continuous casting: and the continuous casting process protects pouring. The converter tapping adopts aluminum deoxidation, and simultaneously a certain amount of ferrosilicon or silicomanganese is added to reduce the oxygen content in steel; after the steel enters an LF furnace, submerged arc slagging is performed, the silicon content in the steel is reasonably controlled to be 0.05-0.12%, the auxiliary deoxidation capability of Si is exerted, oxygen in slag-steel is further removed through slagging and silicon control, the oxidation of ferroniobium is reduced, and the niobium absorption rate is improved.)
技术领域
本发明涉及炼钢技术领域，特别是涉及一种提高低碳低硅含铌钢铌收得率的冶炼方法。
背景技术
铌广泛应用于冶金、机械、化学、电子制造、航空航天、生物医学、超导材料工业等领域。铌作为微合金元素加入钢中，可以与钢中的碳、氮相结合，形成稳定的铌的碳化合物和碳氮化合物，铌在钢中的作用主要是细化晶粒和弥散强化。铌可以通过诱导析出和控制冷却速度，实现析出物弥散分布，在较宽的范围内调整钢的韧性水平。因此，加入铌不仅可以提高钢的强度，还可以提高钢的韧性、抗高温氧化型和耐蚀性，降低钢脆性转变温度，获得良好的焊接性能和成型性能。
铌在钢中与氧的亲和力相当弱，其还原性比常用脱氧元素Al、Si及其它微合金元素Ti、V低，在高温下甚至低于Mn的还原性。通常在铝镇静钢炼钢生产中，铌的吸收率相对稳定，收得率在95%以上，然而对于低碳低硅钢，特别是在Si≤0.15%，即使钢中Al≥0.02%，Mn：1.50%~2.00%，铌的吸收率仍出现一定的波动，个别情况下铌的收得率甚至低于70%。
发明内容
本发明针对低碳低硅含铌钢铌吸收率不稳定的问题，提供一种提高铌收得率的冶炼工艺，转炉出钢采用铝脱氧，同时加入一定量的硅铁或硅锰，降低钢中的氧含量；进入LF炉后，埋弧造渣，合理控制钢中硅含量0.05%~0.12%、发挥Si的辅助脱氧能力，通过造渣、控硅，进一步脱除渣－钢中的氧，减少铌铁的氧化、提高铌的吸收率。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种提高低碳低硅含铌钢铌收得率的冶炼方法，包括以下步骤：
顶底复吹转炉：工业氧化钼随废钢加入转炉，加入量按目标中限控制，转炉出钢过程采用铝铁合金、硅铁合金或硅锰合金、低碳锰铁下料顺序依次加入料仓，确保钢水脱氧效果，出钢过程加顶渣料，出钢过程增大氩气流量，出钢结束后降低氩气流量保持钢水搅动，避免钢液面翻腾严重；
LF精炼：LF精炼确保过程Alt：0.020%~0.045%，根据钢中Mo含量，确认是否需要补加入工业氧化钼，补加后，应适当加入石灰，搅拌1~2min后，进行硅、锰合金化微调，保证钢水中Si≥0.05%，铌铁在脱硫目标完成后加入；
板坯连铸：连铸过程保护浇注，具体是：大包下水口和长水口采用密封垫，配合吹氩，确保大包下水口和长水口、浸入式水口与中间包下水口密封良好。
进一步，所述低碳低硅含铌钢的成分重量百分比为：C≤0.10%，Si：0.05~0.15%，Mn≤2.00%，P≤0.018%，S≤0.005%，Alt：0.020~0.060%，Nb：0.040~0.080%，Ti≤0.14%，V≤0.08%，0.11%≤Mo≤0.20%，N≤0.007%，其余为铁和不可避免微量杂质。
进一步，所述顶底复吹转炉终点钢水成分控制：C≤0.07%，P≤0.015%，S≤0.020%，钼含量满足目标下限。
进一步，所述顶底复吹转炉中顶渣料吨钢加入量1.8~2.2kg。
进一步，所述顶底复吹转炉中转炉出钢严格控制下渣量，回P量≤0.002%。
进一步，所述LF精炼进站首先埋弧造渣，随后取精炼第一个试样，依据精炼第一个样化验结果进行补铝操作，确保精炼过程0.020%≤Alt≤0.045%。
进一步，所述LF精炼中Si按0.05~0.12%控制，铌铁在S≤0.005%后加入，按Nb目标中限加入。
进一步，所述板坯连铸浇注过程保持拉速稳定。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明冶炼工艺中明确转炉出钢合金加料顺序，确保钢液脱氧和合金化效果。出钢先加入铝铁合金可有效降低钢中氧含量，促进Al2O3夹杂上浮，此外，还可以提高硅、锰吸收率，减少合金消耗量，特别是当出钢合金加入量较多，若铝铁合金最后加入，出钢结束后，为减少钢液裸漏增氮，氩站一般降低底吹氩气流量，这时铝铁合金大多浮于钢液顶部，不仅不能有效脱氧，还造成大量的铝损，引起钢中夹杂物增多。
2、在低碳低硅含铌铝镇静钢中除控制一定的铝含量外，还需要保持0.05%以上的Si含量，辅助脱氧，减少铌被氧化几率。
3、提高了铌元素收得率，稳定了钢中铌含量，减少了铌铁合金消耗。
4、采用低成本工业氧化钼替代钼矿，在降低成本的同时，避免钢液的氧化。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明的技术方案及效果做进一步描述，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1
本实施例以本公司冶炼汽车大梁钢过程为例，对本发明作进一步的说明。
本实施例中冶炼设备为150吨转炉。LF精炼中铌铁为桶装，每桶重量10kg，铌铁含铌66%。
本实施例的汽车大梁钢按以下重量百分比配比：C：0.07%，Si：0.09%，Mn：1.65%，P：0.014%，S：0.003%，Alt：0.039%，Nb：0.046%，Ti：0.115%，Mo：0.129%，N：0.004%，余量为Fe和不可避免杂质。
本实施例的汽车大梁钢的生产工艺包括顶底复吹转炉、LF精炼、板坯连铸；其中，
顶底复吹转炉：转炉装炉加入440kg工业氧化钼，转炉终点钢水成分为：C：0.05%，P：0.013%，S：0.017%，出钢加钢芯铝453kg、硅锰合金100kg、低碳锰1957kg，合金加入顺序按钢芯铝、硅锰合金和低碳锰依次加入钢包内；合金全部加完后加入300kg顶渣料，出钢过程中钢包底吹氩气流量800 NL/min，合金化结束后氩气流量降至400 NL/min；氩站钢水重量153.21t；该过程中，所述低碳锰的碳含量为0.4%；
在该步骤中需要注意的是，若转炉料仓无法同时装入铝铁、硅铁或硅锰、低碳锰铁，可分批加入合金，但铝铁、硅铁或硅锰，须在第一批加入；
LF精炼：精炼埋弧造渣，该过程Al含量大于0.020%，补硅锰合金240kg，精炼过程样显示Si含量0.07%，S含量0.002%，加铌铁110kg，加30钛铁585kg，补铝线100m，搅拌2min后喂150m纯钙线，软搅拌≥8min后上钢；
板坯连铸：连铸浇注断面230×1530mm，中包过热度10~20℃，二次冷却采用弱冷水表，拉速0.95~1.05m/min，结晶器液面波动不超过±5mm，连铸保护浇注良好。
本实施例得到的铌的吸收率分别为97.76%。
本例中，因氧化钼氧化性强，精炼过程加入，会造成钢水氧化，降低钢中Al、Si含量，影响铌的稳定吸收。因此，工业氧化钼一般在转炉炉前，用废钢料斗随废钢一同加入，加入量一般控制在成品Mo含量的中限，避免精炼补加。
转炉出钢按铝铁合金、硅铁或硅锰合金、低碳锰铁顺序加入，在降低钢中O含量的同时，确保钢中存在一定的Si含量，来辅助脱氧。
精炼过程控制Al含量大于等于0.020%，保持钢水较低的溶解氧，当精炼Si含量小于0.05%时，按成品Si含量目标中限补加硅锰合金，确保Si含量大于等于0.05%，铌铁在S含量进目标上限后加入，这样，即使部分Nb被氧化进入渣中，在Al含量大于0.020%， Si含量大于等于0.05%时，铌的氧化物仍能被Al、Si还原进入钢液，确保铌吸收率的稳定。
实施例2
本实施例以本公司冶炼高强度制管用钢AG750YT过程为例，对本发明作进一步的说明。
本实施例中冶炼设备为150吨转炉。LF精炼中铌铁为桶装，每桶重量10kg，铌铁含铌66%。
本实施例的高强度制管用钢AG750YT按以下重量百分比配比：C：0.06%，Si：0.06%，Mn：1.92%，P：0.012%，S：0.002%，Alt：0.046%，Mo：0.115%，Nb：0.069%，Ti：0.12%，N：0.004%，余量为Fe和不可避免杂质。
本实施例的高强度制管用钢AG750YT的生产工艺包括铁水预处理、顶底复吹转炉、LF精炼、RH真空精炼、板坯连铸；其中，
铁水预处理：铁水进预处理工序S含量为0.03%，出预处理工序S含量为0.003%，扒渣量为2.3t；
顶底复吹转炉：转炉炉前装入400kg工业氧化钼，转炉终点钢水成分为：C：0.039%，P：0.010%，S：0.014%，转炉出钢加低碳锰3442kg、钢芯铝493kg、硅铁100kg，合金加入顺序按钢芯铝、硅铁和低碳锰依次加入钢包内；合金全部加完后加入300Kg 顶渣料，出钢过程中钢包底吹氩气流量1000 NL/min，合金化结束后氩气流量低至400 NL/min；氩站钢水重量162.70t；该过程中，所述低碳锰的碳含量为0.4%；
在该步骤中需要注意的是，若转炉料仓无法同时装入钢芯铝、硅铁或硅锰、低碳锰铁，可分批加入合金，但钢芯铝、硅铁或硅锰，须在第一批加入；
LF精炼：精炼埋弧造渣，该过程Al含量大于0.020%，补加工业氧化钼30kg，加50kg石灰，搅拌1min后，补高碳锰223kg、硅铁30kg，精炼过程样显示Si含量0.05%，S含量0.004%，加铌铁175kg，LF出站钢水温度1645℃；该过程中所用高碳锰的碳含量为6%；
RH真空精炼：RH采用本处理模式，提升氩气控制：前3min内80~100m3/h；过程中：120m3/h，真空度保持2mbar以下，真空处理时间25min，真空保持时间20min，真空净循环时间8min；控铝后加入290kg高钛铁（Ti含量为68%），破空后喂150m纯钙线，上钢前加入低碳覆盖剂；
板坯连铸：连铸浇注断面210×1240mm，中包过热度15~25℃，二次冷却采用弱冷水表，拉速1.1~1.2m/min，结晶器液面波动不超过±5mm，连铸保护浇注良好。
本实施例得到的铌的吸收率为97.73%。
本实施例中，转炉出钢需加入低碳锰、钢芯铝、硅铁合金共计4035kg，加入量大，为避免料仓堵塞，分两批加入合金，第一批合金加入全部的钢芯铝和硅铁合金，部分低碳锰，第二批加入剩余低碳锰；这样可以避免钢芯铝、硅铁浮于钢液的顶部，确保钢液脱氧良好，提高合金的吸收率；
LF精炼进站首先埋弧造渣，随后取精炼第一个试样，依据精炼第一个样化验结果进行补铝操作，确保精炼过程0.020%≤[Alt]≤0.045%，然后根据[Mo]含量，补加入工业氧化钼，因氧化钼氧化性强，需适当加入少量石灰，搅拌1-2min后，再进行硅、锰合金化微调，防止合金氧化导致得成分控制不稳定，此外，精炼合金微调时，应保证钢液中[Si]≥0.05%，发挥Si的辅助脱氧作用，稳定铌铁吸收率。
对比例1
本对比例中冶炼设备、铌铁与实施例1相同；
本对比例的汽车大梁钢的生产工艺包括顶底复吹转炉、LF精炼、板坯连铸；其中，
顶底复吹转炉：转炉装炉加入440kg工业氧化钼，转炉终点钢水成分为：C：0.06%，P：0.010%，S：0.015%，转炉出钢加钢芯铝461kg、低碳锰1968kg，合金加入顺序按钢芯铝、低碳锰依次加入钢包内；合金全部加完后加入300Kg 顶渣料，出钢过程中钢包底吹氩气流量800 NL/min，合金化结束后氩气流量降至400 NL/min；氩站钢水总量153.04t；该过程中，所述低碳锰的碳含量为0.4%；
LF精炼：精炼埋弧造渣，精炼过程样显示Si含量0.012%，Al含量0.026%，S含量0.001%时加入铌铁110kg，加30钛铁582kg，补铝线100m，搅拌2min后喂150m纯钙线，软搅拌≥8min后上钢；
板坯连铸：连铸浇注断面230×1530mm，中包过热度10~20℃，二次冷却采用弱冷水表，拉速0.95~1.05m/min，结晶器液面波动不超过±5mm，连铸保护浇注良好。
本对比例的汽车大梁钢成品重量百分比：C：0.07%，Si：0.02%，Mn：1.64%，P：0.012%，S：0.001%，Alt：0.035%，Nb：0.039%，Ti：0.114%，Mo：0.130%，N：0.0045%，余量为Fe和不可避免杂质。
本对比例与实施例1相同，不同的是，转炉出钢和精炼均未加入硅铁或硅锰，在硅含量0.012%，Al含量0.026%时，加入铌铁。
本对比例1得到的铌的吸收率为82.79%。
对比例2
本对比例中冶炼设备、铌铁与实例1相同；
本对比例的汽车大梁钢的生产工艺包括顶底复吹转炉、LF精炼、板坯连铸；其中，
顶底复吹转炉：转炉装炉加入440kg工业氧化钼，转炉终点钢水成分为：C：0.05%，P：0.013%，S：0.019%，转炉出钢加钢芯铝448kg、硅锰100kg、低碳锰1941kg，合金加入顺序按钢芯铝、硅锰和低碳锰依次加入钢包内；合金全部加完后加入300Kg 顶渣料，出钢过程中钢包底吹氩气流量800 NL/min，合金化结束后氩气流量降至400 NL/min；氩站钢水重量151.96t，该过程中，所述低碳锰的碳含量为0.4%；
LF精炼：精炼埋弧造渣，精炼过程样显示Si含量0.03%，Al含量0.032%，S含量0.002%时加入铌铁110kg，加30钛铁573kg，补铝线100m，搅拌2min后喂150m纯钙线，软搅拌≥8min后上钢；
板坯连铸：连铸浇注断面230×1500mm，中包过热度10~20℃，二次冷却采用弱冷水表，拉速0.95~1.05m/min，结晶器液面波动不超过±5mm，连铸保护浇注良好。
本对比例的汽车大梁钢成品重量百分比：C：0.07%，Si：0.03%，Mn：1.63%，P：0.015%，S：0.002%，Alt：0.033%，Nb：0.041%，Ti：0.113%，Mo：0.132%，N：0.0042%，余量为Fe和不可避免杂质。
本对比例与实施例1相同，不同的是，精炼在Si含量0.03%，Al含量0.032%时，加入铌铁。
本对比例1得到的铌的吸收率为86.42%。
对比例3
本对比例中冶炼设备、铌铁与实例2相同；
本对比例的高强度制管用钢AG750YT生产工艺包括铁水预处理、顶底复吹转炉、LF精炼、RH真空精炼、板坯连铸；其中，
铁水预处理：铁水进预处理工序S含量为0.035%，出预处理工序S含量为0.002%，扒渣量为2.5t；
顶底复吹转炉：转炉炉前装入400kg工业氧化钼，转炉终点钢水成分为：C：0.047%，P：0.012%，S：0.012%，转炉出钢分两批加入合金，第一批按低碳锰、硅铁、钢芯铝的顺序依次加入3562kg低碳锰铁、100kg硅铁、300kg钢芯铝，第二批加入350kg钢芯铝；合金全部加完后加入300Kg 顶渣料，出钢过程中钢包底吹氩气流量1000 NL/min，合金化结束后氩气流量低至400 NL/min；氩站出钢163.16t；该过程中，所述低碳锰的碳含量为0.4%。
LF精炼：精炼埋弧造渣，精炼补铝铁100kg，确保Al含量大于0.020%，补加工业氧化钼45kg，加60kg石灰，搅拌1min后，补高碳锰230kg、硅铁52kg，精炼过程样显示Si含量为0.05%，S含量为0.003%，加铌铁175kg，LF出站钢水温度为1645℃；该过程中所用高碳锰的碳含量为6%。
RH真空精炼：RH采用本处理模式，提升氩气控制：前3min内80~100m3/h；过程中：120m3/h，真空度保持2mbar以下，真空处理时间27min，真空保持时间22min，真空净循环时间10min；控铝后加入285kg高钛铁，破空后喂150m纯钙线，上钢前加入低碳覆盖剂；
板坯连铸：连铸浇注断面210×1240mm，中包过热度15~25℃，二次冷却采用弱冷水表，拉速1.1~1.2m/min，结晶器液面波动不超过±5mm，连铸保护浇注良好。
本对比例的高强度制管用钢AG750YT成品重量百分比配比：C：0.07%，Si：0.05%，Mn：1.90%，P：0.013%，S：0.002%，Alt：0.037%，Mo：0.113%，Nb：0.063%，Ti：0.118%，N：0.0065%，余量为Fe和不可避免杂质。
本对比例与实施例2相同，不同的是，转炉出钢分两批加入合金，钢芯铝在出钢过程后期加入，这样操作导致部分钢芯铝浮在钢液上层，与钢渣面接触，增加烧损，铝得收得率降低，精炼到站Alt含量仅0.007%，钢水氧含量偏高，使得精炼造白渣困难，延长了精炼时间，增加了合金消耗，不利于低成本、高效化生产。
本实施例得到的铌的吸收率为92.37 %。
对比例4
本对比例中冶炼设备、铌铁与实施例2相同；
本对比例的高强度制管用钢AG750YT生产工艺包括铁水预处理、顶底复吹转炉、LF精炼、RH真空精炼、板坯连铸；其中，
铁水预处理：铁水进预处理工序S含量为0.028%，出预处理工序S含量为0.002%，扒渣量为2.2t；
顶底复吹转炉：转炉炉前装入400kg工业氧化钼，转炉终点钢水成分为：C：0.042%，P：0.013%，S：0.015%，转炉出钢加低碳锰3426kg、钢芯铝471kg、硅铁100kg，合金加入顺序按钢芯铝、硅铁和低碳锰依次加入钢包内；合金全部加完后加入300Kg 顶渣料，出钢过程中钢包底吹氩气流量1000 NL/min，合金化结束后氩气流量低至400 NL/min；氩站钢水重量161.39t；该过程中，所述低碳锰的碳含量为0.4%。
LF精炼：精炼埋弧造渣，该过程Al含量大于0.020%，补加工业氧化钼30kg，补高碳锰223kg、硅铁30kg，精炼过程样显示Si含量0.04%，S含量0.003%，加铌铁170kg，LF出站钢水温度1645℃；该过程中所用高碳锰的碳含量为6%。
RH真空精炼：RH采用本处理模式，提升氩气控制：前3min内80~100m3/h；过程中：120m3/h，真空度保持2mbar以下，真空处理时间26min，真空保持时间21min，真空净循环时间8min；控铝后加入280kg高钛铁，破空后喂150m纯钙线，上钢前加入低碳覆盖剂；
板坯连铸：连铸浇注断面210×1240mm，中包过热度15~25℃，二次冷却采用弱冷水表，拉速1.1~1.2m/min，结晶器液面波动不超过±5mm，连铸保护浇注良好。
本对比例的高强度制管用钢AG750YT成品重量百分比配比：C：0.06%，Si：0.04%，Mn：1.90%，P：0.014%，S：0.002%，Alt：0.040%，Mo：0.116%，Nb：0.061%，Ti：0.116%，N：0.0043%，余量为Fe和不可避免杂质。
本对比例与实施例2相同，不同的是，LF精炼补氧化钼后，未添加石灰搅拌，直接加高碳锰和硅铁，造成硅吸收率降低，在Si含量0.04%，Al含量0.030% 时，加入铌铁。
本实施例得到的铌的吸收率为88.22 %。
表1实施例1-2与对比例1-4成品化学成分(wt%)及Nb的收得率(%)
案例
C
Si
Mn
P
S
Alt
Mo
Ti
Nb
Nb收得率
实施例1
0.07
0.09
1.65
0.014
0.003
0.039
0.129
0.115
0.046
97.76
实施例2
0.06
0.06
1.92
0.012
0.002
0.046
0.115
0.120
0.069
97.73
对比例1
0.07
0.02
1.64
0.012
0.001
0.035
0.130
0.114
0.039
82.79
对比例2
0.07
0.03
1.63
0.015
0.002
0.033
0.132
0.113
0.041
86.42
对比例3
0.07
0.05
1.90
0.013
0.002
0.037
0.113
0.118
0.063
92.37
对比例4
0.06
0.04
1.90
0.014
0.002
0.040
0.116
0.116
0.061
88.22
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
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