【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于钢铁冶金，尤其涉及一种转炉冶炼超低硼钢的工艺方法。
技术介绍
1、随着经济和社会的发展，对钢的性能要求逐步提高，要求钢材具有较高的硬度、耐磨性，良好的冲击韧性、断裂韧性、窄端淬要求等。除了成分精准控制之外，钢中微量硼元素对钢的性能影响也至关重要，所以对钢中残余硼元素含量提出了更高的要求。硼元素存在于铁水、废钢及冶金用耐火材料中，为易氧化元素，在钢中一般以微量形式存在。
2、在钢的基体中，硼元素在奥氏体晶界的偏聚使奥氏体分解时新相在晶界处形核困难，导致分解的孕育期变长，抑制先共析铁素体的析出，会导致淬透性波动，低温冲击韧性降低。故钢中超低硼含量极为重要，可以改善钢的低温冲击韧性、屈服强度、抗拉强度、硬度和塑性等，同时也可以提高钢的耐腐蚀性和抗蠕变性能等，尤其是硼元素含量越低，淬火后硬度均匀性越好，且根据抗腐蚀试验数据统计，同样钢级硼元素含量越低，屈强比越低，硬度越低，钢材的均匀性越好，越有利于抗腐蚀性能的提升。
3、目前，随着如齿轮钢、抗腐蚀管线钢等产品的开发，国内很多特钢企业已经逐步摸索出控制钢中硼元素含量的一些方法，主要是通过控制冶金耐材、低硼原材料，或通过控制吹炼终点低碳、加强吹氧强度措施氧化去除初炼钢水中硼元素，或采用精炼扒渣等手段防止渣中硼元素还原入钢水，上述方法基本能将钢中硼元素控制在5ppm以下，但无法将钢中硼元素控制在极微量2ppm以下，且生产成本较高。
4、中国专利公开号cn201711131983一种超低硼钢的冶炼工艺，cn202210153914一种电炉连续兑
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种转炉冶炼超低硼钢的工艺方法，以将钢成品硼元素含量控制在2ppm以下。本专利技术通过转炉控制温度来获得极低硼含量的钢水，并通过分析炼钢过程硼元素来源，由此设计出的后道工序的防增硼工艺。
2、本专利技术的工序流程为转炉冶炼→出钢脱氧合金化→lf、vd精炼→连铸成型。本专利技术通过理论计算硼元素在转炉内易于氧化脱除的理论温度，通过转炉冶炼过程控制氧枪枪位、利用冷却剂控制温度的技术手段，延长易于硼元素氧化去除温度区间的时间，稳定控制出钢钢水的b≤1.2ppm，同时通过合理控制精炼渣系，使用低硼含量的合金、辅料和创新相关耐材使用方法等技术手段，防止后道工序增b，最终冶炼出成品b≤2ppm的超低硼含量钢产品。一种转炉冶炼超低硼钢的工艺方法，具体实施过程包括如下步骤：
3、本专利技术是通过以下技术方案来实现的：
4、一种转炉冶炼超低硼钢的工艺方法，所述工艺方法中的生产工序流程依次为转炉冶炼→出钢脱氧合金化→lf、vd精炼→连铸成型，其中，具体包括如下控制步骤：
5、(1)、在转炉冶炼工艺中，在转炉升温过程中，通过转炉分段式冷却控温来获得超低硼含量的初炼钢水，具体地，控制转炉中的温度尽量长地处于1398-1518℃温度区间，以便于硼元素在该区间尽可能多地反应掉，进入冶炼中期温度大约在1420-1430℃，如通过常规方法控制，冶炼中期3-8min温度上升梯度不均匀且温度上升较快，特别是吹炼5min以后，碳氧反应剧烈发生，炉内温度急剧上升，温度容易超出1398-1518℃区间，故优选针对这一时期进行重点管控。进一步地，通过选择合适的冷却剂和控制冷却剂的加入量、加入时机，配合氧枪枪位调整，来实现控制转炉中的温度尽量长地处于1398-1518℃温度区间。更优地，使用活性石灰和返矿冷却剂作为冷却剂，从冶炼中期3-8min，其中3-5min加入活性石灰，5-8min温度急剧上升，加入冷却强的返矿，将冶炼中期温度控制在1518℃以下。
6、专利技术人通过理论计算得知，硼元素在转炉内先于si、c反应的温度区间为1398-1518℃，结合炼钢原理及冷却剂的冷却效果，设计冷却剂加入方式和时机。转炉冶炼通过在碳氧反应剧烈升温时使用冷却效果较好的返矿冷却剂，减缓熔池升温速度，延长硼元素易于氧化去除温度区间的时间，可获得硼含量≤1.2ppm的初炼钢水。故，作为优选，控制所述步骤(1)的转炉冶炼工艺后出钢的钢水为硼含量≤1.2ppm的初炼钢水。
7、之所以选择控制转炉中的温度尽量长地处于1398-1518℃温度区间、以便于硼元素在该区间尽可能多地反应掉，是因为：专利技术人注意到，在转炉熔池内，考虑热力学条件下，c、si、b等元素在不同炼钢温度区间氧化性的强弱有不同，故利用这不同，找出利于b氧化的温度区间，然后通过将转炉温度尽量长地控制在硼易于氧化去除的温度区间即可将转炉终点硼元素控制到最低水平。专利技术人通过查阅相关资料发现，c、si、b氧化反应方程式为：
8、2[c]+2[o]＝2co(g) △gθ1＝-39680-81.24t (1)
9、[si]+2[o]＝(si02) △gθ2＝-555940+209.3t (2)
10、4/3[b]+2[o]＝2/3b2o3(g) △gθ3＝-497873+174.54t (3)
11、式中，△gθ为自由能变化，单位j/mol；t为钢水温度，单位k。
12、联立式(2)、式(3)计算得，[si]和[b]△gθ-t函数直线在t1＝1671k相交，即1398℃为平衡点。联立式(1)、式(3)计算得，[c]和[b]△gθ-t函数直线在t2＝1791k相交，即1518℃为平衡点。见下图3所示，在炼钢熔池温度1671-1791k区间，即1398-1518℃温度区间，[b]的吉布斯自由能小于[si]和[c]，因此1398-1518℃温度区间，硼元素先于硅元素和碳元素氧化去除。由此，优选控制转炉中的温度尽量长地处于1398-1518℃温度区间，以便于硼元素在该区间尽可能多地反应掉。
13、转炉工艺中，转炉铁水比一般为80％左右，铁水中的硼元素检测含量为5-9ppm，通过常规转炉吹氧冶炼，钢水终点硼元素可降至3ppm左右达到平衡，将转炉终点钢水硼元素降到更低水平较为困难。结合炼钢工艺原理，在转炉冶炼中期开始的时候，温度在1420-1430℃左右，随后熔池温度上升较快，故专利技术人考虑，吹氧冶炼中期3-5min分批加入活性石灰，既能控制温度又能造碱性炉渣，吹氧冶炼中期5-8min，碳氧反应剧烈发生，故选择分批加入冷却系数较大的返矿以进行控温冷却，两种冷却剂在不同时机的分批加入，可延长处于1398-1518℃温度区间的时间，由此尽可能地降低钢水终点硼元素含量，然后转炉吹炼结束后进行出钢脱氧合金化。转炉常用冷却剂为废钢、返矿、活性石灰和轻烧白云石等，不同冷却剂冷却效果不同，专利技术人通过实践摸索发现，吨钢加入1kg的不同冷却剂对熔池温度的影响如下表一：
14、表一转炉熔池加入1.0kg/吨冷却剂对温度的影响
15、 本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种转炉冶炼超低硼钢的工艺方法，所述工艺方法中的生产工序流程依次为转炉冶炼→出钢脱氧合金化→LF、VD精炼→连铸成型，其特征在于，其中，具体包括如下控制步骤：
2.根据权利要求1所述的转炉冶炼超低硼钢的工艺方法，其特征在于，所述步骤(1)的转炉冶炼工艺中，在吹氧冶炼时，通过选用合适的冷却剂和控制冷却剂的加入量、加入时机，配合氧枪枪位调整，来实现延长熔池温度处于硼元素易于氧化去除的1398-1518℃温度区间的时间，其中，冶炼中期3-8min，使用活性石灰和返矿冷却剂作为冷却剂，其中3-5min温度上升快，加入活性石灰降低熔池温度，5-8min温度急剧上升，加入冷却冷却效果更好的返矿降低熔池温度，将冶炼中期温度控制在1518℃以下。
3.根据权利要求2所述的转炉冶炼超低硼钢的工艺方法，其特征在于，所述步骤(1)的转炉冶炼工艺中，进一步控制如下：
4.根据权利要求3所述的转炉冶炼超低硼钢的工艺方法，其特征在于，所述步骤(1)的转炉冶炼工艺中，步骤2)中，冶炼前期，此阶段先压低枪位1.1-1.3m起渣，再提枪位到1.4-1.6m吹氧冶炼，利于炉渣
5.根据权利要求1所述的转炉冶炼超低硼钢的工艺方法，其特征在于，控制所述步骤(1)的转炉冶炼工艺后出钢的钢水为硼含量≤1.2ppm的初炼钢水。
6.根据权利要求1所述的转炉冶炼超低硼钢的工艺方法，其特征在于，所述步骤(2)的出钢脱氧合金化工艺中，进一步控制如下：出钢过程中，采用挡渣球或挡渣锥挡渣出钢，严禁出钢下渣以防止污染钢水；采用精炼热渣循环利用工艺，即在待出钢的钢包内倒入上一炉铸余渣量的20％-50％的热态精炼渣，随后放入1/10-1/5的钢水进入钢包中，再加入烘烤的出钢物料，具体地，依次加入0.9-1.2公斤/吨钢铝锭，根据钢种成分加入相应的低硼合金，再加入4-7公斤/吨钢活性石灰，随后继续放钢水直至出钢完毕。
7.根据权利要求1所述的转炉冶炼超低硼钢的工艺方法，其特征在于，所述步骤(3)的LF、VD精炼工艺中，进一步控制如下；利用包含石灰、铝线、硅铁粉或碳化硅的原料调整精炼渣系炉渣碱度为4.0-6.0，CaO：50％-55％，SiO2：8％-12％，Al2O3：22％-28％，MgO：4％-8％，(FeO+MnO)≤0.8％；LF精炼总时间控制在50min以内，保证白渣时间≥20min；VD抽真空过程中防止溢渣以减少钢水增硼，如有溢渣情况则进行破空处理，VD抽真空至66.7Pa以下，并保持10-15min真空时间，破空以后软吹氩气时间≥15min，渣面撒入碳化稻壳保温，等待吊包入连铸工序。
8.根据权利要求1所述的转炉冶炼超低硼钢的工艺方法，其特征在于，所述步骤(4)的连铸工艺中，进一步控制如下：连铸采取保护浇铸，防止钢液二次氧化，使用硼元素含量低的中包喷涂料砌筑中包，烘烤前内部干净清洁，温度均匀，涂料无脱落，中包烘烤温度＞1100℃，开浇前中包内吹氩气排出空气，每炉开浇套好大包长水口，及时用氧管吹扫大包长水口中的钢渣，防止堵塞，浸入式水口对中安装，插入深度90-130mm，并做好密封圈保护和氩封工作，结晶器自动液面控制±3mm，过热度控制25-35℃。
9.根据权利要求1和6中任意一项所述的转炉冶炼超低硼钢的工艺方法，其特征在于，所述低硼合金包括中碳锰铁、低碳锰铁，所述低硼辅料为活性石灰，禁止使用铝酸钙作为辅料。
...【技术特征摘要】
1.一种转炉冶炼超低硼钢的工艺方法，所述工艺方法中的生产工序流程依次为转炉冶炼→出钢脱氧合金化→lf、vd精炼→连铸成型，其特征在于，其中，具体包括如下控制步骤：
2.根据权利要求1所述的转炉冶炼超低硼钢的工艺方法，其特征在于，所述步骤(1)的转炉冶炼工艺中，在吹氧冶炼时，通过选用合适的冷却剂和控制冷却剂的加入量、加入时机，配合氧枪枪位调整，来实现延长熔池温度处于硼元素易于氧化去除的1398-1518℃温度区间的时间，其中，冶炼中期3-8min，使用活性石灰和返矿冷却剂作为冷却剂，其中3-5min温度上升快，加入活性石灰降低熔池温度，5-8min温度急剧上升，加入冷却冷却效果更好的返矿降低熔池温度，将冶炼中期温度控制在1518℃以下。
3.根据权利要求2所述的转炉冶炼超低硼钢的工艺方法，其特征在于，所述步骤(1)的转炉冶炼工艺中，进一步控制如下：
4.根据权利要求3所述的转炉冶炼超低硼钢的工艺方法，其特征在于，所述步骤(1)的转炉冶炼工艺中，步骤2)中，冶炼前期，此阶段先压低枪位1.1-1.3m起渣，再提枪位到1.4-1.6m吹氧冶炼，利于炉渣熔化和温度控制在1420℃以下，利于硼元素氧化去除；步骤3)中，冶炼中期，枪位控制在1.4m-1.9m以利于温度控制在1398-1518℃区间；步骤4)中，吹氧冶炼后期，先控制枪位1.1-1.3m，再控制枪位0.8-1.0m进行拉碳操作，拉碳时间＞20秒利于渣钢分离，渣钢分离后提枪结束吹炼。
5.根据权利要求1所述的转炉冶炼超低硼钢的工艺方法，其特征在于，控制所述步骤(1)的转炉冶炼工艺后出钢的钢水为硼含量≤1.2ppm的初炼钢水。
6.根据权利要求1所述的转炉冶炼超低硼钢的工艺方法，其特征在于，所述步骤(2)的出钢脱氧合金化工艺中，进一步控制如下：出钢过程中，采用挡渣球或挡渣...
【专利技术属性】
技术研发人员：高浩然，王飞，霍建，徐益峰，张龙，夏振东，
申请(专利权)人：江苏长强钢铁有限公司，
类型：发明
国别省市：
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