專利名稱：鋼的鋼包精煉方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋼的鋼包精煉方法。它特別是，但不是唯一地，應(yīng)用于可在連續(xù)的帶坯連鑄機(jī)上直接澆鑄成薄帶鋼的鋼的鋼包精煉。
已知可通過在雙輥連鑄機(jī)上連續(xù)澆鑄而澆鑄帶鋼。在這類方法中，鋼水被送入一對(duì)反向旋轉(zhuǎn)的臥式冷卻的鑄輥間，以使鋼殼在移動(dòng)的鑄輥表面上凝固并在鑄輥間隙聚集以產(chǎn)生沿鑄輥間隙向下輸送的凝固帶鋼產(chǎn)品。鋼水也可通過中間包和位于中間包下部的鋼水輸送噴嘴送入輥口以使能從中間包接受鋼水并直接輸送到輥口，從而立即在輥口上形成支撐于鑄輥澆鑄面上的澆注池。這種澆注池可被限制在側(cè)板間或與鑄輥端以滑動(dòng)嚙合保住的擋板間。
雙輥連鑄已成功地用于冷卻時(shí)能快速凝固的非鐵金屬如鋁方面。但是，在將這種技術(shù)應(yīng)用于澆鑄鐵金屬時(shí)還存在問題。對(duì)鐵金屬來說，一個(gè)特殊的問題是存在產(chǎn)生堵塞雙輥連鑄機(jī)所需的特細(xì)鋼水通道的固體夾雜物的傾向。
在Bessemer法煉鋼早期的鋼錠產(chǎn)品中就實(shí)現(xiàn)了在鋼的鋼包脫氧中使用硅-錳，象這種反應(yīng)產(chǎn)物熔融硅酸錳與鋼液中的殘余錳、硅和氧間的平衡關(guān)系已為人熟知。但是，在用板坯澆鑄然后再冷軋制造帶鋼的技術(shù)發(fā)展中，一般都避免硅/錳脫氧并認(rèn)為必須使用鋁鎮(zhèn)靜鋼。在用板坯澆鑄然后再熱軋?jiān)倮滠堉圃鞄т摃r(shí)，硅/錳鎮(zhèn)靜鋼產(chǎn)生了由于夾雜物在帶鋼產(chǎn)品的中間層集中而產(chǎn)生裂紋和其它缺陷的不能接受的高發(fā)生率。
在雙輥連鑄機(jī)上連鑄帶鋼時(shí)，希望沿鑄輥長度方向上產(chǎn)生以恒定速度良好控制鋼水流以獲得在鑄輥澆鑄面上鋼的充分快速并均勻冷卻。這就要求鋼水在固體夾雜物會(huì)析出并堵塞細(xì)流體通道的條件下，被強(qiáng)制流過鋼水輸送系統(tǒng)中耐火材料內(nèi)的很細(xì)的流體通道。
通過在連續(xù)帶鋼的澆鑄軋輥機(jī)上澆鑄各種等級(jí)帶鋼的大量實(shí)施方案，我們確定傳統(tǒng)鋁鎮(zhèn)靜碳鋼或以鋁殘余量為0.01％或更高的部分鎮(zhèn)靜鋼一般不能被滿意地澆鑄，因?yàn)楣腆w夾雜物在鋼水輸送系統(tǒng)中聚集并堵塞了細(xì)流體通道從而在得到的帶鋼產(chǎn)品中產(chǎn)生了缺陷和不連續(xù)性。這個(gè)問題可通過對(duì)鋼進(jìn)行鈣處理以減少固體夾雜物來解決，但這個(gè)方法代價(jià)高且需要精細(xì)控制，增加了過程和設(shè)備復(fù)雜性。另一方面，還發(fā)現(xiàn)，由于在雙輥連鑄機(jī)上獲得的快速凝固避免了大量夾雜物的產(chǎn)生并且雙輥連鑄方法導(dǎo)致夾雜物在整個(gè)帶鋼內(nèi)均勻分布而不是在中間層集中，所以能澆鑄出沒有裂紋和一般硅/錳鎮(zhèn)靜鋼伴有的其它缺陷的帶鋼產(chǎn)品。另外，可調(diào)整硅和錳的含量以便在澆鑄溫度下產(chǎn)生液體脫氧產(chǎn)物使聚集和堵塞問題降至最小。
在傳統(tǒng)硅/錳脫氧過程中，不可能使鋼水中的游離氧濃度降低到與鋁脫氧達(dá)到的同樣水平從而又抑制了脫硫。對(duì)于帶鋼連鑄，希望硫含量小于0.09％或更低。在鋼包中的傳統(tǒng)硅/錳脫氧過程，尤其是在使用工業(yè)等級(jí)鋼廢料以電弧爐法(EAF)生產(chǎn)帶鋼的情況下，脫硫反應(yīng)非常慢，因而對(duì)獲得如此低的脫硫水平是不實(shí)用的。這類廢料典型的硫含量在0.025wt％-0.045wt％范圍內(nèi)。本發(fā)明能使硅/錳鎮(zhèn)靜鋼的脫氧和脫硫以及硅/錳鎮(zhèn)靜鋼范圍內(nèi)的高硫鋼的精煉更有效，從而能生產(chǎn)適于薄帶鋼連鑄的低硫鋼。
本發(fā)明的公開內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，提供一種在鋼包內(nèi)精煉鋼的方法，包括加熱鋼包內(nèi)的鋼料和造渣材料以形成由含硅、錳和鈣的氧化物的爐渣覆蓋的鋼水，通過向鋼水內(nèi)注入惰性氣體而攪拌鋼水以促使鋼的硅/錳脫氧和脫硫以生產(chǎn)硫含量低于0.01wt％的硅/錳鎮(zhèn)靜鋼水。
脫硫過程中鋼水的游離氧含量不超過20ppm。
脫硫過程中的游離氧含量例如為12ppm或更低。
惰性氣體例如為氬氣。
惰性氣體可以按鋼包中每噸鋼計(jì)以0.35標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/分鐘(scf/min)-1.5標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/分鐘(scf/min)的速度注入到鋼包中鋼水底部，以形成能改善鋼水和爐渣間有效接觸的強(qiáng)烈攪拌作用。
惰性氣體可通過鋼包底部的噴射器和/或通過至少一個(gè)噴槍注入鋼水。
鋼水的碳含量在0.001wt％-0.1wt％范圍內(nèi)，錳含量在0.1wt％-2.0wt％范圍內(nèi)，硅含量在0.1wt％-10wt％范圍內(nèi)。
鋼水的鋁含量為0.01wt％或更低。鋁含量可少至例如0.008wt％或更低。
根據(jù)本發(fā)明的方法生產(chǎn)的鋼水可在薄帶鋼連鑄機(jī)上澆鑄成厚度小于5mm的薄帶鋼。
鋼包加熱可在鋼包冶金爐(LMF)內(nèi)進(jìn)行。LMF有以幾個(gè)功能，包括
1.加熱鋼包內(nèi)的鋼水到適于后續(xù)處理如連續(xù)澆鑄操作所要求的出口溫度。
2.調(diào)整鋼組成到后續(xù)過程的特定要求。
3.實(shí)現(xiàn)鋼中硫含量降低到最終目標(biāo)硫含量。
4.實(shí)現(xiàn)液態(tài)鋼池內(nèi)的熱均勻性和化學(xué)均勻性。
5.氧化物夾雜物的團(tuán)聚和浮選及它們的隨后在精煉爐渣中的捕集與保留。
在傳統(tǒng)鋼包冶金爐(LMF)內(nèi)，可通過電弧加熱器加熱。鋼水必須由精煉爐渣重物覆蓋，并為滿足溫度均勻需要強(qiáng)行進(jìn)行輕微循環(huán)。這可通過電磁攪拌或輕微氬氣鼓泡而達(dá)到。爐渣的重量和厚度要足以封閉電弧，其組成和物理性能(即流動(dòng)性)要能使?fàn)t渣捕集和保留由脫氧反應(yīng)和/或大氣氧的反應(yīng)所產(chǎn)生的硫、固態(tài)和液態(tài)氧化物夾雜物。
可通過注入惰性氣體如氬氣或氮?dú)鈹嚢桎撍源龠M(jìn)鋼包內(nèi)的爐渣-金屬混合和鋼的脫硫。通常，惰性氣體可通過位于鋼包底部的透氣的耐火砌塊或通過噴槍注入?，F(xiàn)在我們確定如果實(shí)現(xiàn)異常強(qiáng)烈或猛烈攪拌作用，例如通過浸入到鋼水內(nèi)的噴槍注入氬氣，與富含CaO的爐渣共同作用，可能會(huì)得到明顯非平衡結(jié)果，如由于硅脫氧而得到的不含氧的超低碳鋼。特別是，與期望的50ppm的結(jié)果相比，能容易地獲得10ppm的游離氧含量。低的游離氧含量使脫硫更有效，從而可能獲得硅/錳鎮(zhèn)靜鋼中的超低硫含量。
具體地說，我們確定通過噴槍按每噸具有CaO含量高的渣液的鋼水計(jì)，以0.35scf/min-1.5scf/min的流速注入氬氣，能在1600℃時(shí)的硅/錳體系下得到低于12ppm或低至8ppm的游離氧，并能迅速脫硫達(dá)到硫含量低于0.09％?？梢哉J(rèn)為鋼水的猛烈攪拌促進(jìn)了液渣與鋼水間的混合并促進(jìn)了鋼水中硅與游離氧的反應(yīng)產(chǎn)物SiO2的脫除，因此促進(jìn)了硅脫氧反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行從而產(chǎn)生比鋁脫氧正常期望的更低的游離氧的含量。
當(dāng)脫硫步驟完成時(shí)，可增厚爐渣以阻止硫返回到鋼水，然后向鋼水中注入氧氣以提高游離氧的濃度到50ppm，以便生產(chǎn)在雙輥連鑄機(jī)上易于澆鑄的鋼水。
附圖
簡介為了更充分地解釋本發(fā)明，將參考附圖和描述的具體實(shí)施方式
，附圖為鋼包冶金爐的部分側(cè)視圖。
優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述在本發(fā)明的具體實(shí)施方式
中，使用鋼包冶金爐10在鋼包17內(nèi)加熱并精煉鋼料和造渣材料，以形成由爐渣覆蓋的鋼水池。其中爐渣包含硅、錳和鈣的氧化物。參考圖，鋼包17支撐在罐車14上，配置罐車是用于把鋼包從鋼包冶金爐10沿工廠平臺(tái)12移動(dòng)到雙輥連鑄機(jī)(未示出)。在鋼包17內(nèi)用一個(gè)或多個(gè)電極38加熱鋼料或鋼水池。電極38由導(dǎo)電臂36和電極柱39支撐。導(dǎo)電臂36由在支撐結(jié)構(gòu)37內(nèi)配置的可移動(dòng)的導(dǎo)電柱39支撐。導(dǎo)電臂36支撐電極38并從變壓器(未示出)向其導(dǎo)入電流。配置電極柱39是移動(dòng)電極38并使導(dǎo)電臂36上下或圍繞柱39的縱軸移動(dòng)。操作時(shí)，當(dāng)柱39降低時(shí)，為了加熱鋼包17內(nèi)的鋼，電極38通過爐罩或排氣罩34上的孔(未示出)和爐蓋32上的孔(未示出)降低到鋼包17內(nèi)爐渣以下。液壓缸33在由提升位置和操作時(shí)的低位置間上下移動(dòng)蓋32和爐罩34，其中蓋32安置在鋼包17上。擋熱板41保護(hù)電極支撐和調(diào)整由爐產(chǎn)生熱量的部件。盡管只示出了一個(gè)電極38，但可理解也可提供附加的電極38用于加熱。各種爐件，如蓋32、提升缸33和導(dǎo)電臂36均為水冷。也可使用其它合適的冷卻劑和冷卻技術(shù)。
攪拌噴槍48通過支撐臂47可移動(dòng)地安裝在噴槍支撐柱46上。支撐臂47沿柱46上下滑動(dòng)，并圍繞在柱46的縱軸旋轉(zhuǎn)以在鋼包17上方擺動(dòng)噴槍48，然后將噴槍48通過罩34和蓋32的孔(未示出)降低以插入到鋼包池內(nèi)。噴槍48和支撐臂47在提升位置時(shí)用虛線表示。將惰性氣體例如氬氣或氮?dú)馔ㄟ^噴槍48鼓泡進(jìn)入以便攪拌或循環(huán)鋼水池以獲得均勻溫度和均勻成分，進(jìn)而促使鋼水脫氧和脫硫。另外，也可通過配置在鋼包17底部的耐火砌塊(未示出)如均質(zhì)多孔或毛細(xì)孔的砌塊鼓泡吹入惰性氣體以達(dá)到同樣效果。也可通過電磁攪拌或其它替代方法與注入惰性氣體共同完成攪拌。
這樣鋼水的化學(xué)成分就產(chǎn)生了富含CaO的爐渣體系。用于攪拌的惰性氣體如氬氣或氮?dú)獾淖⑷腚S著硅脫氧產(chǎn)生了很低的游離氧含量和隨后的脫硫達(dá)到超低硫含量。然后添加石灰使?fàn)t渣變厚以阻止硫返回到鋼水，同時(shí)使用例如噴槍向鋼水中注入氧使游離氧含量提高到50ppm以生產(chǎn)易于在雙輥連鑄機(jī)上澆鑄的鋼水。隨后鋼水被輸送到雙輥連鑄機(jī)上澆鑄成薄帶鋼。精煉過程中除去的化合物將同游離氧反應(yīng)形成出現(xiàn)在爐渣中的氧化物，如SiO2、MnO和FeO。
在LMF的容量為120噸的鋼包中進(jìn)行的通過埋入式噴槍注入氬氣的具體方法的試驗(yàn)結(jié)果列于下表1。
表1熔煉過程關(guān)鍵步驟匯總?cè)缦翪 Mn Si S O T1.電弧爐出鋼口的化學(xué)組成 0.047 0.040.00.031 1041 1674(3045)出鋼口添加物500磅Fe-Si，1600磅 高鈣石灰(hi Cal time)，500磅晶石鋼包冶金爐添加物1200磅中碳鋼Fe-Mn，210磅晶石氬氣攪拌(脫硫)后2.L1(在鋼包冶金爐) 0.044 0.460.095 0.032 1021619(2947)3.L2(第一次4分鐘攪拌后)0.057 0.490.060.015 26.7 1624(2955)添加200磅Fe-Si+250磅石灰4.L3(第二次4分鐘攪拌后)0.054 0.5 0.180.008 8 1604(2920)熔渣增厚1000磅石灰用于增厚熔渣5.L4(熔渣增厚后) 0.057 0.490.090.01 16.6 1626(2958)氧氣注入第1支噴槍1分鐘3秒，第2支噴槍2分鐘48秒6.L5 0.058 0.480.086 0.01 63.9 1608(2926)7.L6(從L5開始16分鐘后) 0.060.480.080.01 59.5 1599(2911)8.L7(20分鐘后) 0.060.480.078 0.01 50.3 1592(2998)9.L8(24分鐘后) 0.058 0.480.075 0.01 55 1614(2938)
夾雜物分析氧氣注入前(氬氣攪拌后)樣品號(hào)CaO MgO Al2O3SiO2MnOFeOL217.73 8.9122.2748.77 1.21 1.12L38.9 19.926.8 37.94.51.9L46.0317.43 43.2830.85 1.72 0.7氧氣注入后L52.711.3216.7958.81 20.12 0.25L62.683.3722.1954.017.70 0.06L71.7 3.8 31.3 40.621.1 1.5
從表1結(jié)果看出，在添加1000磅石灰使?fàn)t渣變厚以用于爐渣分離前，硫含量最初降低到0.008％，但在增厚爐渣過程中，又輕微回升到0.01％。
如上面所提到的，當(dāng)用雙輥把普通碳鋼直接澆鑄成薄帶鋼時(shí)，可使用硫含量低于0.01wt％的硅/錳鎮(zhèn)靜鋼。從上面試驗(yàn)結(jié)果可看出，這可通過本發(fā)明的方法而容易完成。澆鑄可隨后按美國專利US 5184668和US 5277243已充分描述的一類雙輥連鑄機(jī)上進(jìn)行，以生產(chǎn)厚度小于5mm的帶鋼，例如厚為1mm或更小。
盡管已在附圖和前述的描述中詳細(xì)說明和描述了本發(fā)明，但其僅被視為用來說明其特征而不是對(duì)特征的限制，應(yīng)理解本發(fā)明只給出和描述了優(yōu)選實(shí)施方式，所有落在本發(fā)明精神范圍的變更都期望得到保護(hù)。
權(quán)利要求
1.一種在鋼包內(nèi)精煉鋼的方法，包括在鋼包內(nèi)加熱鋼料和造渣材料以形成由含硅、錳和鈣的氧化物的爐渣覆蓋的鋼水，通過向鋼水內(nèi)注入惰性氣體而攪拌鋼水以促使鋼的硅/錳脫氧和脫硫以生產(chǎn)硫含量低于0.01wt％的硅/錳鎮(zhèn)靜鋼水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，在脫硫過程中鋼水的游離氧含量不超過20ppm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中，脫硫過程中的游離氧含量約為12ppm或更低。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的方法，其中，惰性氣體為氬氣。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的方法，其中，惰性氣體為氮?dú)狻?br> 6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中，惰性氣體是按鋼包中每噸鋼水計(jì)以0.35標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/分鐘-1.5標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/分鐘的速度注入鋼包中的鋼水底部，以產(chǎn)生能促進(jìn)鋼水和爐渣間有效接觸的強(qiáng)烈攪拌作用。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中，至少部分惰性氣體通過鋼包底部的噴射器注入到鋼水。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中，至少部分惰性氣體是通過至少一個(gè)向下插入到鋼包中鋼水底部的噴槍而注入到鋼水。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中，鋼水的碳含量在0.001wt％-0.1wt％范圍內(nèi)，錳含量在0.1wt％-2.0wt％范圍內(nèi)，硅含量在0.1wt％-10wt％范圍內(nèi)。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中，鋼的鋁含量為約0.01wt％或更低。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中，鋁含量為0.008wt％或更低。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中，脫硫后的鋼的硫含量小于0.009％。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中，在脫硫結(jié)束時(shí)，使?fàn)t渣增厚以阻止硫返回到鋼水，同時(shí)向鋼水中注入氧氣以提高其游離氧的含量。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中使?fàn)t渣增厚是通過向其中添加石灰。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14的方法，其中，氧氣注入使鋼水中的游離氧含量提高到約50ppm。
全文摘要
在鋼包內(nèi)加熱鋼料和造渣材料以形成由含硅、錳和鈣的氧化物的爐渣覆蓋的鋼水。通過向鋼水內(nèi)注入惰性氣體如氬氣或氮?dú)舛鴶嚢桎撍偈构?錳脫氧和脫硫以生產(chǎn)硅/錳鎮(zhèn)靜鋼。通過注入惰性氣體的鋼水?dāng)嚢璨⑴c高氧化鈣含量的爐渣共同產(chǎn)生了鋼的低游離氧含量和脫硫到低于0.009％的硫含量。通過添加石灰使?fàn)t渣增厚以阻止硫返回到鋼水并向鋼水中注入氧氣以提高游離氧含量，以便在雙輥連鑄機(jī)上生產(chǎn)易于澆鑄的鋼。
文檔編號(hào)C21C5/34GK1501984SQ02807614
公開日2004年6月2日 申請(qǐng)日期2002年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月2日
發(fā)明者克萊·A·格羅斯, 拉馬·B·馬哈帕特拉, 沃爾特·布萊杰德, 史蒂文·L·威格曼, L 威格曼, 布萊杰德, B 馬哈帕特拉, 克萊 A 格羅斯 申請(qǐng)人:紐科爾公司