[发明专利]利用传统炼钢设备低成本制备低碳、低硫和低氮钢

说明书

背景及简介

本发明涉及利用传统炼钢设备制备低碳、低硫和低氮钢。

某些商业钢组合物要求相对较低含量的碳(小于0.035%)，氮(小于50ppm)，和硫(小于30ppm)。过去，使用炼钢炉和脱气装置的工艺组合来制造这些低碳和低硫钢。该在先方法涉及在炼钢炉(例如电弧炉(EAF))中降低钢组合物的碳水平，在出钢过程(tapping process)中制备添加合金以进行钢的脱硫和合金化，然后输送所述钢到脱气装置，例如真空罐脱气装置(vacuum tank degasser)(VTD)。这样的处理路线简单且相当直接。

过去，为了达到商业等级的钢组合物的要求，炼钢设备的出钢具有非常低的碳量，例如小于0.025%。出钢前，与这些低的碳量相应的炉中溶解的氧含量依次为1200ppm到1400ppm。脱气装置与炉子有一段距离，因而在约1700℃出钢，以补偿在运输到脱气装置的过程中的温度损失。在出钢过程中，该钢用铝和硅铁(FeSi)脱氧。也加入石灰和铝炉渣以产生流动的、脱氧的、脱硫的炉渣。通过这些添加，在输运到脱气装置过程，在钢包中发生脱硫反应。在所述脱气装置进一步添加铝、石灰、铝酸钙以及白云石石灰以确保期望量的硫在脱气过程中除去。虽然使用铝作为主要的脱氧剂，商业上将这些钢组合物称为硅镇静钢(silicon-killed steel)。

现有方法是有缺陷的，包括对炼钢炉的耐火材料的损蚀高。在炼钢炉出钢之前所需的升高的出钢温度以及高氧含量对于炉内的生产能力会产生负面影响。高温和高氧条件使得在高温下炉渣中的FeO量多，引起过分的炉壁耐火材料损蚀。尽管利用喷浆对炉耐火材料进行修补，这仍会增加炉子的停机次数。炉渣中高的FeO含量还会导致炼钢效率更低，这是因为在炉渣中损失更多的铁单元。

现有方法还需要在从炼钢炉到整个后续处理中使用低碳合金和添加剂，从而保持低碳水平低于0.035重量%。需要低碳合金成分(例如低碳FeMn)来提供所需的成分，从而不会损害钢中的最终碳含量。近来，低碳铁合金(carbonferro-alloy)的价格明显增加，从而导致该方法无法经济地生产这样的低碳钢。另外，在炼钢炉中降低钢组合物中的碳量需要额外的脱碳时间，这也会负面影响炼钢炉的生产能力。由于更高氧含量，因此需要更多的硅和铝来对钢组合物进行脱氧，从而导致成本进一步增加。仍然需要降低低碳、低氮和低硫钢的生产成本。

在澳大利亚或其他地方，上述描述并非普通常规知识。

我们已经发现制造具有低于0.035重量%低碳的钢的替代方法，其减少对低碳铁合金的需要，降低耐火材料的损蚀，并增加炼钢效率。

本发明提供了一种制造具有低于0.035重量%低碳的钢的方法，该方法包括以下步骤：

(a)在炼钢炉中，准备温度达到出钢温度的一炉次熔融钢组合物(a heat of molten steel composition)，该出钢温度是真空罐脱气装置中进行脱碳所需的温度，

(b)将氧水平为600~1120ppm的熔融钢组合物打开出钢至钢包，

(c)向钢包提供造渣化合物从而形成钢包中的熔融钢组合物的炉渣覆盖物，

(d)运输在所述钢包中的熔融钢组合物至真空罐脱气装置，

(e)在VTD中通过抽真空至低于650毫巴来对熔融钢组合物进行脱碳，

(f)脱碳后，运输在钢包中的熔融钢组合物至钢包冶金炉(ladlemetallurgical furnace)，

(g)在运输在钢包中的熔融钢组合物至钢包冶金炉的步骤之前或之后，向熔融钢组合物中加入一种或多种脱氧剂，

(h)在运输在钢包中的熔融钢组合物至钢包冶金炉的步骤之前或之后，添加一种或多种熔剂化合物(flux compound)以使熔融钢组合物脱硫，

(i)在钢包冶金炉中使熔融钢组合物脱氧，

(j)脱氧后，将在钢包中的熔融钢组合物输送至真空罐脱气装置，

(k)在VTD中，使熔融钢组合物脱硫，以及

(j)铸造熔融钢组合物以形成具有低于0.035重量%低碳的钢。

在运输在钢包中的熔融钢组合物至钢包冶金炉的步骤之前或之后，该方法可以包括向熔融钢组合物中加入一种或多种铁合金化合物。在钢包冶金炉内的熔融钢组合物脱氧的步骤后，该方法可包括再加热在钢包中的熔融钢组合物。备选地或附加地，该方法可以包括在脱硫后，抽真空至约0.5~2.5毫巴以脱氮。