一种高纯度原料纯铁连铸大方坯BGPI99的生产方法

专利名称：一种高纯度原料纯铁连铸大方坯BGPI99的生产方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202211617805.1

专利申请（专利权）人：本钢板材股份有限公司
权利人地址：辽宁省本溪市平山区人民路16号

专利发明（设计）人：发明人:王德勇,董明军,齐锐,卢秉军,阚开,赵千水,蒋艳菊,张群,宋铁鹏

专利摘要：本发明提供了一种高纯度原料纯铁连铸大方坯BGPI99的制备方法，采用人参铁+铁水脱硫预处理+转炉冶炼+LF炉精炼+RH真空处理+大方坯连铸。钢的纯净度高、残余元素含量低；Mn含量可控制到0.03％以内、P含量0.003％以内，铸坯表面质量较好，完全满足国内外原料纯铁客户的使用需求。

主权利要求：
1.一种高纯度原料纯铁连铸大方坯BGPI99的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)铁水脱硫预处理
将铁矿石经高炉冶炼出的铁水，采用钝化镁粉和氧化钙粉对铁水进行脱硫预处理，其中镁粉加入量为：按每吨铁去除0.001％的S加入镁粉量为0.01kg～0.05kg，氧化钙粉的加入量与镁粉加入量的重量比为2：1‑5：1；保证脱硫后铁水中S≤0.002％，再进行扒渣；
(2)转炉冶炼
采用脱硫预处理后的铁水和薄板低硫废钢冶炼，并采用双渣法进行脱磷、脱锰操作；
首次造渣吹炼，加入活性石灰、石灰石、菱镁石、铁磷球，供氧，之后进行首次倒炉放渣；
放渣后进行二次造渣吹炼，补加活性石灰，二次供氧，二次吹氧结束后，镇静2～5min后进行点吹，点吹时间40～60s，转炉终点氧≤800ppm，终点C≤0.04％，Mn≤0.05％，P≤0.008％，S≤0.0025％，出钢温度为1650℃以上；
其中，在首次造渣过程中，活性石灰加入量为8～15kg/t钢，石灰石加入量为4～8kg/t钢，菱镁石加入量为5～10kg/t钢，铁磷球加入量为4～8kg/t钢，供氧时间为4～6min；在二次造渣过程中，活性石灰加入量为15～25kg/t钢，供氧时间为8～15min；
(3)LF精炼
采用“双渣法”精炼对钢水进行脱Mn、脱P、脱S操作；
首次造渣，加入活性石灰、铁磷球，升温造渣，将Mn脱到0.03％以下，P脱到0.003％以下，脱磷、脱锰后将氧化渣去除，再进行二次造渣，加入活性石灰，并采用喂铝线沉淀脱氧加铝粒扩散脱氧方式造白渣，将S脱到0.001％以下，并控制Mn/S大于或等于5；
其中，首次造渣过程中，活性石灰加入量为6～10kg/t钢，铁磷球加入量为3～5kg/t钢；
二次造渣过程中，活性石灰加入量为6～10kg/t钢；
(4)RH精炼
钢水入RH炉温度1590～1600℃，采用强制脱碳模式，开泵后真空度达到1kPa以下进行3
补氧操作，补氧量100～200Nm，保证脱碳终点氧含量不小于300ppm，终点碳≤0.0020％；脱碳结束后进行脱氧，保证氧含量20～60ppm，脱氧后净循环不小于10min，复压后加顶渣改质剂，并软吹15min以上；
(5)连铸
将钢液连铸成大方坯BGPI99；连铸大方坯的尺寸为350mm×470mm；
其中，大包第一炉温度1605～1615℃、连浇1595～1605℃，中间包温度1555～1570℃，拉速0.5m/min，二冷水比水量0.4L/kg钢，采用结晶器电磁搅拌；
所述钢水成分按质量百分比计为C：≤0.0020％、Si：≤0.005％、Mn：≤0.030％、P：≤
0.0030％、S：≤0.0010％、Cr：≤0.0080％、Mo：≤0.01％、Als：≤0.05％、Cu：0.0050％、Ni：≤0.0050％、O：≤0.0020％、Ti：≤0.0005％、Ca：≤0.0002％、Pb：≤0.002％、Sb：≤
0.001％、Sn：≤0.001％、As：≤0.001％、Bi：≤0.001％，余量为铁和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤(1)中，采用IR法喷吹钝化镁粉和氧化钙粉对铁水进行脱硫预处理。
3.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤(1)中，扒渣需要将渣扒净，带渣量≤0.1t。
4.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤(2)中，薄板低硫废钢占铁水与薄板低硫废钢总量的质量分数为10‑15％。
5.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤(2)中，采用复吹转炉生产，首次放渣量大于2/3。
6.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤(4)中，所述渣改质剂为切削铝，切削铝的加入量为每炉30～50kg。
7.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤(5)中，采用矩形坯连铸机进行浇铸。 说明书 : 一种高纯度原料纯铁连铸大方坯BGPI99的生产方法技术领域[0001] 本发明涉及金属材料的生产方法，具体涉及一种高纯度原料纯铁连铸大方坯BGPI99的生产方法。背景技术[0002] 原料纯铁是一种重要的钢铁基础原材料，主要用于作为冶炼高端钢铁材料的母料，配加各种合金，进而生产各种耐热合金、高温合金、精密合金、马氏体时效钢等航天航空、军工及民用等高端钢铁材料，近年来在国内外发展异常迅猛。开发生产高纯原料纯，可提高原料纯铁的质量等级，扩大原料纯铁的使用范围，进而提高高端钢铁材料的质量。但在国内高纯原料纯的制备工艺还不很成熟，高纯净的原料纯铁的供应还不能满足需求。工业纯铁从成份上来说无论常规元素(C、Si、Mn、P、S)，还是残余元素(Nb、V、Ti、Ni、Mo、Cu、As、Sn等)含量要求越低越好。因此很多企业都在追求最大限度的降低以上各元素的含量，但生产高纯净的原料纯铁难度非常大。[0003] 专利号CN108277316B公布了一种纯铁的生产方法，采用“双脱双扒”工艺对铁水进行脱硫预处理采用转炉冶炼，该方法生产出来的纯铁其成分可以达到以下标准：C≤0.002％，Si≤0.02％，Mn≤0.04％，P≤0.003％，S≤0.004％，Alt≤0.03％，纯度<99.9％。但该方法，工艺复杂，预处理成本高，纯度低。发明内容[0004] 本发明的目的在于提供一种高纯度原料纯铁连铸大方坯BGPI99的生产方法，该方法采用人参铁+铁水脱硫预处理+转炉冶炼+LF炉精炼+RH真空处理+大方坯连铸(350mm×470mm)，生产制造高纯度原料纯铁连铸大方坯BGPI99，既保证了原料纯铁具有较高的纯度，又保证了最低的生产成本，满足原料纯铁高纯度的生产需要。[0005] 为了达到上述发明目的，本发明提供了一种高纯度原料纯铁连铸大方坯BGPI99的生产方法，包括下列步骤：采用人参铁+铁水脱硫预处理+转炉冶炼+LF炉精炼+RH真空处理+大方坯连铸(公称断面尺寸350mm×470mm)。采用本方法能够有效提高原料纯铁的纯度，使其满足用户的使用要求。[0006] 所述步骤中的钢水成分按质量百分比计控制为C：≤0.0020％、Si：≤0.005％、Mn：≤0.030％、P：≤0.0030％、S：≤0.0010％、Cr：≤0.0080％、Mo：≤0.01％、Als：≤0.05％、Cu：0.0050％、Ni：≤0.0050％、O：≤0.0020％、Ti：≤0.0005％、Ca：≤0.0002％、Pb：≤0.002％、Sb：≤0.001％、Sn：≤0.001％、As：≤0.001％、Bi：≤0.001％，余量为铁和不可避免的杂质。[0007] 具体步骤如下：[0008] (1)铁水脱硫预处理[0009] 本钢自有铁矿山生产的矿石，经高炉冶炼出的铁水，具有“五害元素”含量低(Pb：≤0.002％、Sb：≤0.001％、Sn：≤0.001％、As：≤0.001％、Bi：≤0.001％)，低P(≤0.080％)、低S(≤0.030％)的特点，号称“人参铁”。采用钝化镁粉和氧化钙粉对铁水进行脱硫预处理，其中镁粉加入量为：按每吨铁去除0.001％的S加入镁粉量为0.01kg～0.05kg，氧化钙粉的加入量与镁粉加入量的重量比为(2：1)‑(5：1)，优选为3:1；保证脱硫后铁水中S≤0.002％，再进行扒渣。[0010] 步骤(1)中，采用IR法喷吹钝化镁粉和氧化钙粉对铁水进行脱硫预处理。[0011] 步骤(1)中，扒渣需要将渣扒净，带渣量≤0.1t。[0012] (2)转炉冶炼[0013] 采用铁水和薄板低硫(S≤0.003％)废钢冶炼，采用双渣法进行脱磷、脱锰操作，其中，薄板低硫废钢占铁水与薄板低硫废钢总量的质量分数为10‑15％；[0014] 首次造渣吹炼，加入活性石灰、石灰石、菱镁石、铁磷球，供氧，之后进行首次倒炉放渣；放渣后进行二次造渣吹炼，补加活性石灰，二次供氧，二次吹氧结束后，镇静2～5min后进行点吹，点吹时间40～60s，转炉终点氧≤800ppm，终点C≤0.04％，Mn≤0.05％，P≤0.008％，S≤0.0025％。挡渣出钢，严禁下渣，不脱氧，出钢温度为1650℃以上。[0015] 其中，在首次造渣过程中，活性石灰加入量为8～15kg/t钢，石灰石加入量为4～8kg/t钢，菱镁石加入量为5～10kg/t钢，铁磷球加入量为4～8kg/t钢，供氧时间为4～6min，3氧气流量35000～40000Nm /h；在二次造渣过程中，活性石灰加入量为15～25kg/t钢，供氧3时间为8～15min，氧气流量35000～40000Nm/h；[0016] 步骤(2)中，采用复吹转炉生产，首次放渣量大于2/3。[0017] (3)LF精炼[0018] LF炉采用“双渣法”精炼对钢水进行脱Mn、脱P、脱S操作；[0019] 首次造渣，加入活性石灰、铁磷球，升温到1620～1640℃，并同时造渣脱Mn、脱P，目标将Mn脱到0.03％以下，P脱到0.003％以下，脱磷、脱锰后将氧化渣采用“捞渣”方式去除，防止二次造渣时回Mn回P。进行二次造渣，主要是脱S，加入活性石灰，并采用每炉喂铝线100～200m，配合沉淀脱氧每炉加铝粒100～150kg扩散脱氧方式造白渣，将S脱到0.001％以下，并控制Mn/S大于或等于5。[0020] 其中，首次造渣过程中，活性石灰加入量为6～10kg/t钢，铁磷球加入量为3～5kg/t钢；二次造渣过程中，活性石灰加入量为6～10kg/t钢；[0021] (4)RH精炼[0022] 钢水入RH炉温度1590～1600℃，RH采用强制脱碳模式，开泵后真空度达到1kPa以3下进行补氧操作，每炉补氧量100～200Nm，保证脱碳终点氧含量不小于300ppm，RH终点碳≤0.0020％。脱碳结束后根据钢中氧含量情况进行脱氧，但要保证RH离站前氧含量20～60ppm，脱氧后净循环不小于10min，复压后加顶渣改质剂(切削铝每炉30～50kg)，并软吹15min以上，氩气流量80～120NL/min，保证脱氧产物充分上浮。[0023] (5)连铸[0024] 采用矩形坯连铸机进行浇铸，将钢水连铸成大方坯BGPI99。连铸做好保护浇铸，开浇前10‑15min进行中间包氩气吹扫，浇注过程中包通氩气，保证中包还原性气氛，保护套管与大包下水口间要采用密封圈进行密封，浇注过程禁止保护套管浮出液面浇注。中间包覆盖剂要均匀加入，保证钢水不裸露液面。大包第一炉温度1605～1615℃、连浇1595～1605℃，中间包温度1555～1570℃，拉速0.3～0.8m/min，二冷水比水量0.2～0.6L/kg钢，采用结晶器电磁搅拌。[0025] 步骤(5)中，采用350mm×470mm断面矩形坯连铸机进行浇铸。[0026] 步骤(5)中，使用无碳的结晶器保护渣。[0027] 步骤(5)中，结晶器电磁搅拌电流200～500A，末端电磁搅拌电流200～450A，频率2～8Hz。[0028] 本发明的优点在于针对原料纯铁纯净度及浇铸技术难题，通过合理选择工艺路线、合理设计工艺参数，提供了一种高纯度原料纯铁连铸大方坯BGPI99的制备方法，钢的纯净度高、残余元素含量低；Mn含量可控制到0.03％以内、P含量0.003％以内，铸坯表面质量较好，完全满足国内外原料纯铁客户的使用需求。附图说明[0029] 图1为铸坯低倍检验图片。具体实施方式[0030] 下述非限定性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。[0031] 实施例1[0032] 一种高纯度原料纯铁连铸大方坯BGPI99的生产方法，具体步骤如下：[0033] (1)铁水脱硫预处理[0034] 本钢自有矿山生产的铁矿石，经高炉冶炼出的铁水，具有“五害元素”含量低(Pb：≤0.001％、Sb：≤0.001％、Sn：≤0.001％、As：≤0.001％、Bi：≤0.001％)，低P(≤0.080％)、低S(≤0.030％)的特点，号称“人参铁”。采用IR法喷吹钝化镁粉和氧化钙粉对铁水进行脱硫预处理，其中镁粉的喷吹量为：镁粉量为0.02kg/t钢，氧化钙粉的加入量0.05kg/t钢；处理前S含量0.022％，脱硫后铁水中S为0.002％，扒渣量1.5t。[0035] (2)转炉冶炼[0036] 采用铁水加薄板低硫(S≤0.003％)废钢(薄板低硫废钢的质量分数为10％)冶炼，采用复吹转炉生产，并采用双渣法进行脱磷、脱锰操作，首次造渣活性石灰加入量11kg/t钢，石灰石5kg/t钢，菱镁石6kg/t钢，铁磷球5kg/t钢。供氧时间4min25s，氧气流量340000Nm /h，进行首次倒炉放渣，放渣量大于2/3；放渣后进行二次造渣吹炼，二次造渣补加3活性石灰16.5kg/t钢，二次供氧时间9min30s，氧气流量38000Nm/h，二次吹氧结束后，镇静2min后进行点吹，点吹时间48s，转炉终点氧580ppm，终点C：0.02％，Mn：0.048％，P：0.007％，S：0.010％。挡渣出钢，严禁下渣，不脱氧，出钢温度1655℃以上。[0037] (3)LF精炼[0038] LF炉采用“双渣法”精炼，首先加入活性石灰7kg/t钢，铁磷球4kg/t钢，升温1625℃造渣脱Mn、脱P，将Mn脱到0.022％，P脱到0.002％，同时采用“捞渣”方式将氧化渣去除，防止二次造渣时回Mn回P。进行二次造渣脱S，先喂入铝线300m进行沉淀脱氧，加入活性石灰6.5kg/t钢，升温1610℃造渣，并用铝粒扩散脱氧方式造白渣，每炉铝粒总加入量128kg，脱S后硫含量为0.001％，Mn：0.024％，Mn/S值为24。[0039] (4)RH精炼[0040] RH进站温度1595℃，RH采用强制脱碳模式，开泵8min后真空度达到1kPa以下进行3补氧操作，补氧量185Nm ，脱碳终点氧含量340ppm，RH终点碳0.0012％。脱碳结束后加铝粒108kg进行脱氧，脱氧后净循环13min，复压后加顶渣改质剂(切削铝每炉30kg)，并软吹17min，保证脱氧产物充分上浮。[0041] (5)连铸[0042] 采用350mm×470mm断面矩形坯连铸机进行浇铸。连铸做好保护浇铸，开浇前10min进行中间包氩气吹扫，浇注过程中包通氩气，保证中包还原性气氛，保护套管与大包下水口间采用密封圈进行密封，浇注过程禁止保护套管浮出液面浇注。中间包覆盖剂要均匀加入，保证钢水不裸露液面。大包第一炉温度1612℃，中间包温度1565℃，拉速0.5m/min，二冷水比水量0.4L/kg钢，使用无碳结晶器保护渣。结晶器电磁搅拌电流200A，末端电磁搅拌电流240A，频率8Hz。[0043][0044] (6)产品质量[0045] 化学成分(质量百分数)/％[0046] C Si Mn P S Cr Als Mo Ni0.0015 0.001 0.020 0.0022 0.0008 0.007 0.03 0.001 0.003Cu Ti Sb Sn As Pb Bi O Ca0.003 0.0003 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.0015 0.0001[0047] 铸坯表面质量良好。铸坯低倍组织致密无缺陷，一般疏松0.5级，中心疏松0.5级，锭型偏析0.5级。[0048] 将铸坯扎制成棒材，产品夹杂物A、B类均为0.5级，C、D、Ds类均为0级，纯净度较高。

专利地区：辽宁

专利申请日期：2022-12-15

专利公开日期：2024-10-18

专利公告号：CN116287937B