一种降低硅锰脱氧钢氧化铝夹杂物的方法及装置

本发明涉及钢铁冶金炼钢领域，尤其涉及一种降低硅锰脱氧钢氧化铝夹杂物的方法及装置。

背景技术：

硅锰脱氧钢作为高洁净钢的典型代表钢种，常用于生产汽车轮胎子午线等。通过轧制和拉拔，子午线钢丝直径能够低至0.2mm，因此硅锰脱氧钢要求良好的拉拔性能以避免拉拔过程的断丝，硅锰脱氧钢的拉拔断丝也正是硅锰脱氧钢生产中面临的最大问题之一。钢中非金属夹杂物尤其是大尺寸的不变形夹杂物则是引起硅锰脱氧钢拉拔断丝的主要因素之一。钢中夹杂物的成分、形态、尺寸、以及分布的直接影响着钢帘线的工艺性能，因此夹杂物的塑性化控制是生产高品质硅锰脱氧钢的重中之重。

研究表明，硅锰脱氧钢中夹杂物的熔点对夹杂物热轧过程中的变形能力影响很大，硅锰脱氧钢中夹杂物的杨氏模量对硅锰脱氧钢冷拉拔过程中夹杂物的变形能力影响很大，将mno-sio2-al2o3夹杂物中的al2o3含量降低为10％-20％有助于降低夹杂物的熔点，将mno-sio2-al2o3夹杂物中的氧化铝al2o3含量降低到5％以下有助于降低夹杂物的杨氏模量。因此，降低夹杂物中的al2o3含量，将夹杂物改性成为sio2-mno对提升冷拉拔过程中夹杂物的变形能力，降低硅锰脱氧钢断丝率具有重要意义。

硅锰脱氧钢冶炼过程中，因为在相同温度和搅拌参数等条件下，钢中碳含量和氧含量的乘积是一个定值。传统转炉终点通过高碳出钢，通过减少氧气吹入量将碳含量控制为0.1％以上，尽可能降低转炉终点钢中的氧含量。同时，严格控制精炼渣中feo含量和转炉下渣量，降低后续精炼过程中渣的氧化性，从而降低钢中夹杂物的总量；精炼过程中为了有效降低硅锰脱氧钢夹杂物中的al2o3含量，采用硅锰复合脱氧，使用低碱度精炼渣，降低夹杂物中的al2o3含量。然而，研究表明，硅锰脱氧钢中总氧含量低于20ppm时，硅锰脱氧钢断丝率与钢中夹杂物总量关系不大，而是主要受到夹杂物中al2o3含量的影响。因此，有必要提出更多方法，极限降低硅锰脱氧钢夹杂物中al2o3含量的方法。

技术实现要素：

本发明提供了一种降低硅锰脱氧钢氧化铝夹杂物的方法及装置，通过转炉终点低碳出钢提升钢水和精炼渣氧化性，出钢过程中脱氧合金加入控制、精炼渣成分控制、钢包吹氩控制、连铸保护浇铸，降低夹杂物中的氧化铝含量和夹杂物总量，提升夹杂物的变形能力，降低夹杂物的断丝率。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

根据本发明的第一方面，提供了一种降低硅锰脱氧钢氧化铝夹杂物的方法，所述方法包括：

s1：在转炉吹氧脱碳过程中，通过吹氧降低转炉终点钢水中碳的质量百分含量，控制钢水温度，提高转炉出钢下渣量，氧化去除钢水中的杂质元素铝含量；

s2：在精炼过程中，转炉出钢过程中向钢水中添加脱氧剂；转炉出钢后向钢包加入低铝合金和石英砂，随后对钢包进行软吹搅拌和静置操作；

s3：在连铸过程中，对钢包进行留钢操作并保护浇铸。

进一步的，所述s1具体包括：通过吹氧将转炉终点碳的质量百分含量降低至0.01％～0.06％，控制钢水温度为1510℃至1540℃，提高转炉出钢下渣量，氧化去除钢水中的杂质元素铝含量。

进一步的，所述提高转炉出钢下渣量为将每吨钢的下渣量提高为2至3kg。

进一步的，在所述s2中，通过所述向钢包中加入石英砂将精炼渣碱度降低为0.7至1.1。

进一步的，所述s2的低铝合金中铝的质量百分含量大于等于0％小于0.15％。

进一步的，所述s2的软吹搅拌过程中，软吹搅拌的时间为40至60分钟，吹入惰性气体的流量为10-50nl/min。

进一步的，所述s2的静置操作中，静置时间为20至30分钟。

进一步的，所述s3的留钢操作中，每一炉钢水留钢3至5吨。

进一步的，所述s3的保护浇铸具体包括：密封中间包，并在浇铸过程中吹入惰性气体，防止钢液氧化。

根据本发明的第二方面，提供了一种降低硅锰脱氧钢氧化铝夹杂物的装置，包括钢包、中间包、大包长水口、塞棒、结晶器浸入式水口，其特征在于，所述装置用于执行上述的方法，所述装置由无铝耐火材料制成，所述无铝耐火材料中al2o3的质量百分含量大于等于0％小于0.5％。

相对于现有技术，本发明所述的一种降低硅锰脱氧钢氧化铝夹杂物的方法及装置，具有如下优势：

本发明所述的方法在转炉吹氧脱碳过程中，突破传统的转炉终点碳含量过高碳出钢降低氧含量的控制方法，首次提出了通过高氧化性的方法，包括将转炉终点碳含量降低至0.01％至0.06％提升钢水中氧含量，适当增大转炉出钢下渣量，且将精炼渣中的feo和mno含量之和提升至8％至12％，提升精炼渣氧化性；为了进一步降低夹杂物中的al2o3含量，一方面，添加所有低铝脱氧合金，促进转炉出钢过程中高氧化性钢水对脱氧合金中的杂质元素铝含量的氧化去除，使用无铝耐火材料，将lf进站钢水中酸溶铝含量降低至0.0005％以下，从而降低夹杂物中al2o3含量；另一方面，精炼初期进行渣改质，通过加入石英砂将精炼渣碱度降低为0.7至1.1，降低夹杂物中al2o3含量；因为转炉重点高氧化性出钢操作，会导致钢液氧含量上升使得夹杂物数量增加，因此加强精炼软吹搅拌、钢包静置、连铸中间包吹氩和密封保护浇铸、钢包留钢操作，促进夹杂物的有效去除和成分改变。

附图说明

说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

在附图中：

图1为本发明实施例中硅锰脱氧钢中夹杂物的成分分布。

图2为本发明比较例中硅锰脱氧钢中夹杂物的成分分布。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例，例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

多个，包括两个或者两个以上。

和/或，应当理解，对于本发明中使用的术语“和/或”，其仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。

一种降低硅锰脱氧钢氧化铝夹杂物的方法，通过转炉终点低碳出钢提升钢水和精炼渣氧化性，氧化去除钢水中的杂质元素铝含量；出钢过程中脱氧合金加入控制和精炼渣成分控制降低夹杂物中的al2o3含量提升夹杂物的变形能力，通过钢包吹氩、钢包静置、连铸保护浇铸降低夹杂物的数量，最终降低夹杂物引起的硅锰脱氧钢断丝率。处理步骤具体如下：

步骤(1)：转炉吹氧脱碳过程中，因为在相同条件下转炉终点碳含量和氧含量的乘积是一个定值，通过过量吹入氧气，降低转炉终点碳含量至0.01％至0.06％，控制钢水温度为1510℃至1540℃，稳定控制碳氧积，提升出钢水溶解氧含量和转炉渣的氧化性，适当加大转炉出钢下渣量，有助于提升精炼渣氧化性，氧化去除钢水中的杂质元素铝含量。

步骤(2)：在精炼过程中，通过在转炉出钢过程中添加所有脱氧合金(低铝)，促进转炉出钢过程中高氧化性钢水对脱氧合金中的杂质元素铝含量的氧化去除；通过使用低铝合金使钢水合金化，通过加入石英砂降低精炼渣碱度，降低夹杂物中的al2o3含量；通过控制钢包吹氩和钢包静置，促进夹杂物的上浮去除。

步骤(3)：在连铸过程中，通过中间包吹氩和保护浇铸，防止钢液发生二次氧化，防止夹杂物的数量增加；通过使用无铝耐火材料，防止夹杂物中的al2o3含量增加；通过钢包留钢操作，防止钢包下渣和中中间包卷渣，最终极限降低夹杂物中的氧化铝含量。

优选的，步骤(1)转炉吹氧脱碳过程中，因为在相同条件下转炉终点碳含量和氧含量的乘积是一个定值，通过过量吹入氧气，将转炉终点碳含量降低至0.01％至0.06％，从而提升出钢水溶解氧含量；出钢温度越低，钢中碳氧积越低，但是出钢温度过低会导致精炼效率降低。通过控制钢水出钢温度1510℃至1540℃，稳定控制钢水碳氧积。

优选的，步骤(1)转炉吹氧脱碳过程中，提升转炉渣氧化性，适当增大转炉出钢下渣量为每吨钢下渣量为2至3kg，有助于提升精炼渣氧化性，将精炼渣中的feo和mno含量之和提升至8％至12％，氧化去除钢水中的杂质元素铝含量，但是过高的feo和mno含量会导致钢中非金属夹杂物过多，会导致精炼过程耐火材料侵蚀严重；

优选的，步骤(2)在精炼过程中，通过在转炉出钢过程中，在转炉出钢结束前1分钟之前，添加脱氧剂，促进转炉出钢过程中高氧化性钢水对脱氧合金中的杂质元素铝含量的氧化去除；通过使用低铝合金合金化，所有合金中铝含量为低于0.15％，降低夹杂物中al2o3含量；通过步骤(2)转炉出钢过程添加低铝脱氧剂脱氧，将lf进站钢水中酸溶铝含量降低至0.0005％以下；

优选的，步骤(2)在精炼过程中，精炼初期进行渣改质，通过加入石英砂将精炼渣碱度降低为0.7至1.1，降低夹杂物中al2o3含量；

优选的，步骤(2)精炼过程钢液进行软吹搅拌，软吹时间40至60分钟，吹氩流量为10-50nl/min，促进大尺寸夹杂物的上浮去除，减小夹杂物的数量；

优选的，步骤(2)精炼过程进行钢包静置，静置时间为20至30分钟，促进夹杂物上浮去除，减小夹杂物的数量；

优选的，步骤(3)连铸过程中，进行保护浇铸，中间包进行密封，稳定浇铸过程中进行吹氩气，防止钢液发生二次氧化；

优选的，步骤(3)连铸过程中，通过使用无铝耐火材料中al2o3含量低于0.5％，包括钢包、中间包、大包长水口、塞棒、结晶器浸入式水口，防止夹杂物中的al2o3含量增加。

优选的，步骤(3)连铸过程中，通过钢包留钢操作，每一炉钢水留钢3至5吨，防止钢包下渣和中间包卷渣，抑制大尺寸夹杂物的卷入，最终将夹杂物中的氧化铝含量极限降低至5％以下。

实施例：

转炉吹氧脱碳过程中，将转炉终点碳含量降低至0.059％，通过控制钢水出钢温度1520℃，稳定控制钢水碳氧积，从而提升出钢水溶解氧含量和转炉渣氧化性，适当增大转炉出钢下渣量为每吨钢2.3kg，有助于提升精炼渣氧化性，将精炼渣中的feo和mno含量之和提升至10.2％，氧化去除钢水中的杂质元素铝含量，将lf进站钢水中酸溶铝含量降低至0.0004％；在精炼过程中，通过在转炉出钢过程中，在转炉出钢结束前1分钟之前，添加所有脱氧合金(低铝)，促进转炉出钢过程中高氧化性钢水对脱氧合金中的杂质元素铝含量的氧化去除；通过使用低铝合金合金化，所有合金中铝含量为低于0.15％，降低夹杂物中al2o3含量；精炼初期进行渣改质，通过加入石英砂将精炼渣碱度降低为0.9，降低夹杂物中al2o3含量；软吹搅拌时间50分钟，吹氩流量为20至40nl/min，钢包静置时间为22分钟，促进大尺寸夹杂物的上浮去除，减小夹杂物的数量；连铸过程中，进行保护浇铸，中间包进行密封，稳定浇铸过程中进行吹氩气，防止钢液发生二次氧化；通过使用无铝耐火材料中al2o3含量低于0.5％，包括钢包、中间包、大包长水口、塞棒、结晶器浸入式水口，防止夹杂物中的al2o3含量增加；通过钢包留钢操作，钢水留钢3吨，防止钢包下渣和中间包卷渣，抑制大尺寸夹杂物的卷入，中间包中夹杂物的成分分布如图1所示，夹杂物中的平均氧化铝含量小于3.8％。

比较例：

转炉吹氧脱碳过程中，将转炉终点碳含量降低至0.085％，通过控制钢水出钢温度1522℃，转炉出钢下渣量为每吨钢1.8kg，精炼渣中的feo和mno含量之小于7％，氧化去除钢水中的杂质元素铝含量，将lf进站钢水中酸溶铝含量为0.0010％；在精炼过程中，通过在转炉出钢过程中添加脱氧合金，促进转炉出钢过程中高氧化性钢水对脱氧合金中的杂质元素铝含量的氧化去除；通过使用低铝合金合金化，所有合金中铝含量为低于0.15％，降低夹杂物中al2o3含量；精炼初期进行渣改质，通过加入石英砂将精炼渣碱度降低为0.95，降低夹杂物中al2o3含量；软吹搅拌时间80分钟，吹氩流量为10-50nl/min，钢包静置时间为20分钟，促进大尺寸夹杂物的上浮去除，减小夹杂物的数量；连铸过程中，进行保护浇铸，中间包进行密封，稳定浇铸过程中进行吹氩气，防止钢液发生二次氧化；通过使用无铝耐火材料中al2o3含量低于0.5％，包括钢包、中间包、大包长水口、塞棒、结晶器浸入式水口，防止夹杂物中的al2o3含量增加，浇铸过程中没有进行留钢操作。中间包中夹杂物的成分分布如图2所示，夹杂物中的平均氧化铝含量为9.5％。本比较例中转炉将转炉终点碳含量降低至0.085％，高于本专利要求的0.01％～0.06％，证明转炉吹氧量较少，钢水的氧化性较低；同时本实施例中转炉出钢下渣量为每吨钢1.8kg，低于本专利要求的2至3kg，精炼渣中feo和mno含量之小于7％，低于本专利要求的8-12％，精炼渣量较少且氧化性不足。因此，本实施例中钢水和转炉渣氧化性较低、且转炉下渣量较低，都不利于后续对钢水中酸溶铝的氧化去除，最终导致夹杂物al2o3含量较高。此外，本实施例软吹搅拌时间80分钟，过长的时间会造成钢水二次氧化，造成夹杂物数量过多，不利于产品质量；同时本实施例没有进行留钢操作，容易造成精炼渣卷渣进入钢水，不利于钢水洁净度。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。