一种炼钢的方法 【技术领域】
本发明涉及一种炼钢的方法。
背景技术
在许多有特定要求的钢材(例如低碳铝镇静钢，如轿车钢板无间隙原子(IF)钢和用于普通家电的冷轧深冲板)的冶炼方法中，炼钢过程通常包括在转炉中冶炼铁水，出钢到钢包中，加入脱氧剂进行预脱氧，然后加热到所需要的温度，之后，在真空循环脱气(RH)设备中进行精炼。预脱氧所用的脱氧剂通常为铝或含铝合金，采用这些脱氧剂存在以下缺点：(1)铝或含铝合金用量大，通常一吨钢水需加入2.7-3千克的铝锰铁和2米约0.4千克左右的铝线，因此，生产成本高；(2)由于加入的铝氧化后生成Al2O3，一些Al2O3进入钢水中，使钢材的塑变性降低，例如屈服强度ReL、抗拉强度Rm、伸长率A、端面收缩率Z和冲击功Aku2降低。所述冲击功是在常温下产生“U”型缺口冲击时所需要的功。
【发明内容】
本发明为了克服现有技术中使用真空循环脱气设备进行炼钢时生产成本较高以及生产的钢材的塑变性较低的缺陷，提供一种使用真空循环脱气设备进行炼钢时生产成本较低并且生产的钢材的塑变性较高的炼钢的方法。
本发明提供了一种炼钢的方法，其中，该方法包括吹炼铁水，并将吹炼后获得的钢水进行炉外精炼；所述炉外精炼在真空条件下进行，所述真空条件的真空度为不高于6千帕，并且所述炉外精炼包括将吹炼后获得的钢水先与碳质材料接触，再与非碳质材料脱氧剂接触，以对钢水进行脱氧；所述将吹炼后获得的钢水先与碳质材料接触的条件包括：所述碳质材料的用量使钢水与碳质材料接触完成后钢水中的氧气的浓度不高于250ppm，接触的温度为1575-1625℃，接触的时间使所述炉外精炼的尾气中的CO的含量不高于15重量％的尾气总重量。
采用本发明的方法冶炼时，不仅能降低炼钢的成本，而且制备的钢材塑变性好，例如，由本发明的实施例1制备的1炉(130吨)钢材比采用对比例1制备的1炉(130吨)钢材节省约4680元。此外，实施例1制备的钢坯的屈服强度ReL为415兆帕、抗拉强度Rm为518兆帕，伸长率A为27％、端面收缩率Z为46.5％、冲击功Aku2为35.5焦耳；而对比例1制备的钢坯的屈服强度ReL为370兆帕、抗拉强度Rm为460兆帕，伸长率A为22％、端面收缩率Z为42％、冲击功Aku2为30焦耳。而且，由于使用较少的铝或含铝合金，氧化后生成较少的Al2O3进入渣中，使粘附在RH的插入管上的高熔点的铝镁尖晶石减少，因此，可以减少清理RH的插入管的次数。
【具体实施方式】
本发明提供了一种炼钢的方法，其中，该方法包括吹炼铁水，并将吹炼后获得的钢水进行炉外精炼；所述炉外精炼在真空条件下进行，所述真空条件的真空度为不高于6千帕，并且所述炉外精炼包括将吹炼后获得的钢水先与碳质材料接触，再与非碳质材料脱氧剂接触，以对钢水进行脱氧；所述将吹炼后获得的钢水先与碳质材料接触的条件包括：所述碳质材料的用量使钢水与碳质材料接触完成后钢水中的氧气地浓度不高于250ppm，接触的温度为1575-1625℃，接触的时间使所述炉外精炼的尾气中的CO的含量不高于15重量％的尾气总重量。所述钢水与碳质材料接触完成后是指所加入的碳质材料被认为刚好被完全反应时的时间点，也即刚刚加入非碳质材料时的时间点。
所述真空度为相对的真空度，即一个标准大气压与密闭空间中的气压的差值。尽管，本发明只要在真空度不高于6千帕下即可，但为了缩短反应时间以及使加入的碳质材料反应更彻底，可以进一步增加真空度，例如使真空度为1000帕、800帕；但优选为600帕。
通常，碳质材料的加入量主要根据钢水中氧含量确定；所制备的钢材对含氧量的要求也会在一定程度上影响加入的碳质材料的量；此外，当所制备的钢材对碳的含量有严格要求时，碳质材料的加入量还应考虑钢水中碳的含量。理想状态下，碳质材料的加入量与钢水中氧的量的摩尔比为2∶1，通常，所述碳质材料的加入量不超过该比例。对于低碳钢，一般控制钢水与非碳质材料脱氧剂接触时钢水中的氧气的浓度不高于80ppm，优选为不高于50ppm；更具体地说，相对于一吨钢水，加入的碳质材料的量为0.6-1千克。而对于超低碳钢，一般控制钢水与非碳质材料脱氧剂接触时钢水中的氧气的浓度不高于250ppm，优选为不高于130ppm；更具体地说，相对于一吨钢水，加入的碳质材料的量为0.1-0.5千克。所谓低碳钢是指钢材中碳的含量为＜0.08％的普通深冲钢。所谓超低碳钢是指钢材中碳的含量＜0.005％的超深冲钢。
由于所述碳质材料进行脱氧的时间依赖于脱氧的温度、真空度以及碳质材料于钢水中氧的浓度的比值，因此，通常以炉外精炼的尾气中的CO的含量来确定；为了尽可能将加入的碳质材料被还原，所述脱氧的时间为使所述炉外精炼的尾气中的CO的含量不高于15重量％的尾气总重量，优选为不高于10重量％的尾气总重量。
所述碳质材料进行脱氧的温度没有特别限制，例如可以为1575-1625℃；为了便于操作，使脱氧的温度与后续精炼的温度一致，因此，优选为1575-1625℃。
作为一种优选的实施方式，所述将吹炼后获得的钢水先与碳质材料接触的条件包括：所述碳质材料的用量可以为0.1-1千克/吨钢水、接触温度可以为1575-1625℃，接触的时间可以为12-18分钟，优选为14-16分钟。通过优选的实施方式，使采用的碳质材料脱除的氧更充分，从而减少在后续中加入的非碳质材料脱氧剂的量，这可以进一步节约炼钢成本以及提高获得的钢材的塑变性。
本发明所述的碳质材料可以为本领域公知的碳质材料，优选为沥青焦、无烟煤和碳粉中的一种或几种；但在目前情况下，为了便于操作，最优选为沥青焦。
所述炉外精炼可以是能实现本发明目的的各种公知的炉外精炼方法，优选为真空循环脱气法(RH)。所述炉外精炼的精炼温度可以为1575-1625℃；精炼的时间可以为12-15分钟。此处所述的精炼的时间为采用碳质材料脱氧后在精炼时所花费的时间。在所述炉外精炼时，测定钢水的温度，并检测钢水中的氧的浓度；根据钢水氧浓度决定添加非碳质材料脱氧剂的加入量。
所述非碳质材料脱氧剂可以为本领域所使用的任合脱氧剂，优选为铝、铝铁合金、硅钙钡合金和铝锰铁合金中的一种或几种，最优选为铝。所述非碳质材料脱氧剂的加入量可以本领域的常规加入量；为了尽可能降低钢水中的三氧化二铝的含量，优选为0.8-1千克/吨钢水。
为了尽可能预防钢水中的金属在精炼之前被氧化，优选情况下，对所述冶炼钢水的终点进行控制；通常，以所述吹炼步骤中铁水总重量为基准，使所述吹炼终点的C控制为铁水总重量的0.02-0.05重量％。所述吹炼是向铁水中通入氧气使铁水中的一些杂质，如碳、磷、硅氧化的过程。在所述吹炼中，通常要加入造渣剂除杂质并进行贱渣护炉。所述吹炼按照为本领域常规的方法进行。
作为一种优选的实施方式，为了改善钢的性能，该方法还包括在吹炼铁水后、进行炉外精炼之前将吹炼后获得的钢水与锰、铜和镍中的一种或几种进行接触，以进行合金化。
作为另一种优选的实施方式，在钢水与所述非碳质材料脱氧剂接触后，进行合金化。在进行合金化时加入的元素可以为金属元素或者非金属元素；所述金属元素没有特别的限制，可以为本领域公知的任合可以用于合金化的金属元素，优选为锰、铜、镍、钛、钒、铝和钼中的一种或几种；所述非金属元素可以为本领域公知的任合可以用于合金化的非金属元素，优选为硅。该合金化步骤可以与在吹炼铁水后、进行炉外精炼之前进行的合金化结合进行，也可以单独进行。结合进行时进入的合金化元素可以相同或不同。
本发明提供的方法还包括在所述炉外精炼后进行浇铸，浇铸按照常规方法进行。作为一种优选的实施方式，所述浇铸在保护性气体氛围中进行。所述保护性气体为零族气体，优选为氩气。浇铸时可以控制钢水过热度为20-40℃，如钢水的温度为1505-1525℃；浇铸后，可以按照常规方法进行冷却，如在室温下自然冷却。
本发明提供的方法还包括在所述浇铸后进行钢坯轧制，本发明的轧制可以按照常规的方法进行；作为一种优选的实施方式，所述钢坯轧制包括在温度为1250℃-1280℃下进行加热，然后在1230℃-1250℃下保温1.5-2.0小时后进行轧制。开始轧制温度为1150℃-1200℃，终轧温度为900℃以上。钢坯轧制后，采用常规的方法冷却即可，如采用堆垛空冷方式冷却。
实施例1-4：
这些实施例用于说明本发明提供的炼钢的方法冶炼低碳钢。
(1)吹炼铁水：
采用脱硫铁水冶炼，当铁水中C含量在0.02-0.05重量％(各实施例控制的具体数值如表1所示)时立即出钢到钢包中。
(2)出钢：停止吹炼后立即将钢水送到钢包中，加入锰铁合金(攀枝花市自炫工贸公司，锰含量：78重量％)进行合金化，相对于1吨铁水，锰铁的加入量为3-4.5千克。
(3)炉外精炼：钢水通过LF炉加热到1575-1625℃，立即用RH真空装置进行真空处理，并开始加入沥青焦(江苏镇江高润高碳材有限公司，碳含量：98重量％)；在真空度不高于6千帕时，开始记录时间，检测钢水中氧气的浓度以及炉外精炼的尾气中的CO的含量。当钢水中氧气的浓度不高于50ppm时，CO的含量不高于15重量％的尾气总重量，加入非碳质材料脱氧剂铝。控制钢水温度为1590-1625℃，处理时间为12-15分钟。各实施例的参数控制的具体数值如表1所示。
(3)浇铸：钢水浇铸温度控制在1540-1565℃之间。
(4)钢坯轧制：采用推钢式加热炉加热钢坯到1250-1280℃，然后在1230-1250℃温度下保温1.5-2.0小时后开始轧制车轴钢坯，终轧温度控制在900℃以上。轧后采用堆垛空冷方式进行冷却。
各成分的检测方法分别为碳素钢和中低合金钢火花源原子发射光谱分析方法，国家标准为GB/T4336。氧含量的检测方法为脉冲加热惰气熔融一红外线吸收法，国家标准为GB/T11261。CO含量采用废气分析仪检测(苏州兰炼富士仪表有限公司，ZSUC-S)。
对比例1
该对比例用于说明现有技术提供的炼钢的方法。
(1)吹炼钢水：采用脱硫铁水进行吹炼，当钢水中C含量在0.12重量％时停止吹炼。
(2)出钢：停止吹炼后立即将钢水送到钢包中，当出钢1/3后加入脱氧剂铝铁(武汉万事铝业有限公司，铝含量：40重量％；铁含量：60重量％)，相对于1吨铁水，铝铁的加入量为3千克；加入锰铁合金(攀枝花市自炫工贸公司，锰含量：78重量％)进行合金化，相对于1吨铁水，锰铁的加入量为3-4.5千克。
(3)炉外精炼：按照实施例1-4步骤(3)进行，不同的是，不加入沥青焦进行脱氧。
(4)浇铸：按照实施例1-4步骤(4)进行。
(5)钢坯轧制：按照实施例1-4步骤(5)进行。
各成分的检测方法按照实施例1-4的方法进行。
性能测试
将实施例1-4和对比例1制备的钢坯进行机械性能测试，其中，拉伸性能按照GB/T228金属材料室温拉伸试验方法进行，分别检测屈服强度ReL，抗拉强度Rm，伸长率A及端面收缩率Z。按照GB/T229金属夏比缺口冲击试验方法检测冲击功Aku2。检测的结果列在表2中。
表1
注：表1中的百分比均为重量百分比。
表2
序号 ReL/MPa Rm/MPa A/％ Z/％ Aku2/J 实施例1 415 518 27 46.5 35.5 对比例1 370 460 22 42 30 实施例2 385 475 24.5 44 34.5 实施例3 395 490 26 46 35 实施例4 401 510 25.5 45.5 36
从表2可以看出：采用本发明提供的炼钢的方法与现有技术提供的炼钢的方法制备的钢相比，其强度和韧性显著提高。例如，实施例1制备的钢坯的屈服强度ReL为415兆帕、抗拉强度Rm为518兆帕，伸长率A为27％、端面收缩率Z为46.5％、冲击功Aku2为35.5焦耳；而对比例1制备的钢坯的屈服强度ReL为370兆帕、抗拉强度Rm为460兆帕，伸长率A为22％、端面收缩率Z为42％、冲击功Aku2为30焦耳。