Rh真空精炼超低碳钢的加铝方法
技术领域
本发明涉及一种超低碳钢的冶炼方法，尤其是一种RH真空精炼超低碳钢的加铝方法。
背景技术
在RH精炼过程中，钢水进行合金化以满足目标成分要求，然而钢水的高氧位不能满足较高合金收得率的控制指标，铝作为强脱氧剂精准控制钢水中的氧位显得尤为重要。同时钢中酸溶铝的精准控制关系到是否变更钢种计划、产品性能稳定性等，因此准确计算铝的加入量不仅能保证合格钢水目标成分的稳定性，而且能降低钢水吨钢成本。
专利申请CN201410388214.0“一种冶炼铁铬铝合金加铝的方法”，所述的加铝工艺在VOD炉中进行，具体包括以下步骤：采用VOD 等不锈钢冶炼工艺进行冶炼铁铬铝产品，流程包括：电炉＋VOD 冶炼法、中频炉＋VOD 、转炉＋VOD 与电炉+AOD+VOD 冶炼法等（VOD 炉之后可以有其它冶炼炉）；第一步冶炼出的钢水成分、温度、渣量满足一定要求；第二步VOD炉冶炼中，通过控制VOD 炉冶炼过程中的渣量；依据真空冶金过程良好的隔绝空气能力，以及增加还原期搅拌强度等措施，使铝的收得率提高到80% 以上。上述方法是用VOD炉冶炼铁铬铝合金时采用的加铝方法，不适用于RH精炼过程，也不适用于冶炼超低碳钢。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种加铝稳定、补铝命中率高的RH真空精炼超低碳钢的加铝方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：所述RH真空精炼过程中；（1）当钢水中碳含量达到目标值后，若钢水温度未达到出站目标温度，则需要加铝吹氧进行升温，升温所需加铝量采用下式（Ⅰ）计算：
Al加热=C加热Al×钢水量×ΔT （Ⅰ）
式中：
Al加热：用于升温所需的加铝量，kg；
钢水量：钢水重量，t；
ΔT：期望的升温总值，℃；
C加热Al：铝的加热系数，0.033kg·Al/t·℃；
（2）所述精炼过程中当钢水中碳含量达到目标值且钢水温度达到出站目标温度，或所述步骤（1）升高温度达到出站目标温度后，检测此时钢水氧位；根据下式（Ⅱ）计算加铝量，一次性加入铝粒；
Alt=（8×10-7）Oxy2+0.001*Oxy+0.016+0.001Als/η （Ⅱ）
式中：
Alt：计算的加铝量，kg/t；
Oxy：检测的钢水氧位，ppm；
Als：该超低碳钢的目标酸溶铝含量，ppm；
η：合金化时铝的收得率，68%～75%。
本发明所述步骤（1）中，加铝吹氧进行升温时的吹氧量采用下式（Ⅲ）计算：
Q=Al加热*0.88/1.429/O2利用率 （Ⅲ）
式中：
Q：吹氧量，m3；
Al加热：用于升温所需的加铝量，kg；
O2利用率：氧气利用率，选自60%～80%。
本发明所述RH精炼的真空度控制在2.5mbar及以下。
本发明所述RH精炼冶炼开始时的渣厚≤200mm。
本发明所述超低碳钢中铝含量≤1000ppm。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明通过运算程序实现精准计算和加料，考虑RH精炼过程中真空度对铝吸收率的影响以及渣层厚度对铝加入量的影响，能够精准计算钢水中所需加铝量。本发明能够更精准加入铝量，避免多次加铝，提高一次加铝命中率，提高一次补铝命中率至92%以上，较之前有效提升12%以上；能保证一次补铝，提高一次补铝命中率，达到钢水所需成分要求且减少了钢中Als成分的波动，减少合金损失。本发明能控制终点铝含量计算值与实际测量值的阈值达到±50ppm，以精准快捷的实现对RH精炼加料量的控制，为精炼提供指导。本发明通过氧位、钢水量、渣层厚度、真空度控制等工艺要求进行冶炼，实现RH精炼加料的稳定性，提高一次补铝命中率，达到钢水所需成分要求且减少了钢中Als成分的波动，减少合金损失；对实际钢厂的冶炼生产具有推广应用价值。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本RH真空精炼超低碳钢的加铝方法采用下述工艺：（1）所述RH精炼超低碳钢过程中，真空度控制在2.5mbar及以下；RH精炼冶炼开始时渣厚≤200mm；所述超低碳钢中铝含量≤1000ppm，钢种包括SPHETi-3、SPHE-3等IF钢。
（2）所述RH精炼过程中，当钢水中碳含量达到所炼钢种的目标值时，考虑到钢水出站前RH处理过程中的温降和加入合金时的钢水温降以及合金化时加铝升温，此时的钢水温度要不小于所炼钢种的出站温度。若此时钢水温度满足以上条件，检测此时钢水氧位；根据下式（Ⅱ）计算加铝量，通过高位料仓一次性加入铝粒；
Alt=（8×10-7）Oxy2+0.001*Oxy+0.016+0.001Als/η （Ⅱ）
式中：
Alt：计算的加铝量，kg/t；
Oxy：检测的钢水氧位，ppm；
Als：该超低碳钢的目标酸溶铝含量，ppm；
η：合金化时铝的收得率，68%～75%，最好按70%计算。
（3）所述RH精炼过程中，当钢水中碳含量达到所精炼钢种的目标值后，若钢水温度小于出站温度时，则需要加铝吹氧进行升温。
升温所需加铝量一次性加入采用下式（Ⅰ）计算：
Al加热=C加热Al×钢水量×ΔT （Ⅰ）
式中：
Al加热：用于升温所需的加铝量，kg；
钢水量：钢水重量，t；
ΔT：期望的升温总值，℃；
C加热Al：铝的加热系数，0.033kg·Al/t·℃。
加铝吹氧进行升温时的吹氧量采用下式（Ⅲ）计算：
Q=Al加热*0.88/1.429/O2利用率 （Ⅲ）
式中：
Q：吹氧量，m3；
Al加热：用于升温所需的加铝量，kg；
O2利用率：氧气利用率，按60%～80%计算。
经加铝吹氧进行升温后，升高温度达到出站目标温度，检测此时钢水氧位；根据下式（Ⅱ）计算加铝量，通过高位料仓一次性加入铝粒；
Alt=（8×10-7）Oxy2+0.001*Oxy+0.016+0.001Als/η （Ⅱ）
式中：
Alt：计算的加铝量，kg/t；
Oxy：检测的钢水氧位，ppm；
Als：该超低碳钢的目标酸溶铝含量，ppm；
η：合金化时铝的收得率，68%～75%，最好按70%计算。
实施例1：本RH真空精炼超低碳钢的加铝方法采用下述具体工艺。
（1）生产的超低碳钢为SPHETi-3，钢种成分要求如下表1所示；此炉钢水共200t；出站温度要求1611～1636℃，目标碳含量为0.003%。
表1：所述SPHETi-3钢种成分要求（wt%）
表1中，成分的余量为Fe和不可避免的杂质。
（2）通过顶升系统开始进行RH精炼，抽真空，真空度达1.8mbar；本炉钢水渣厚100mm。通过取样测量C含量达0.0025%，已达到目标碳含量；测得此时钢水温度1622℃，已符合出站目标温度，无需加铝吹氧进行升温；此时氧位为301ppm，目标铝含量为350ppm。根据上述式（Ⅱ）计算：Alt=（8×10-7）Oxy2+0.001*Oxy+0.016+0.001Als/η=(8×10-7)3012+0.001*301+0.016+0.001*350/0.7=0.0725+0.301+0.016+0.5=0.8895；需加入铝粒0.8895*200=177.9kg，通过高位料仓一次性加入铝粒178kg；3分钟后取样，测得Al含量为340ppm，终点铝含量计算值与实际测量值的偏差为10ppm，成分达标，未造成铝粒浪费。
实施例2：本RH真空精炼超低碳钢的加铝方法采用下述具体工艺。
（1）生产的超低碳钢为SPHETi-3，钢种成分要求如上表1所示；此炉钢水共205t；出站温度要求1611～1636℃，目标碳含量为0.0030%。
（2）通过顶升系统开始进行RH精炼，抽真空，真空度达2.0mbar；本炉钢水渣厚95mm，通过取样测量C含量达0.0028%，已达到目标碳含量；测得此时钢水温度为1600℃，需要加铝吹氧进行升温，期望升温至1621℃。根据上述式（Ⅰ）、式（Ⅲ）计算：Al加热= C加热Al×钢水量×ΔT =0.033*205*21=142kg、Q=Al加热*0.88/1.429/O2利用率=142*0.88/1.429/0.6=146m3；按上述计算量，加入铝142kg、吹氧量为146m3；3分钟后取样，测得温度1620℃，已符合出站目标温度；此时氧位为246ppm，目标铝含量为350ppm。根据上述式（Ⅱ）计算：Alt=（8×10-7）Oxy2+0.001*Oxy+0.016+0.001Als/η=0.0484+0.246+0.016+0.5=0.8104；通需加入铝粒0.8104*205=166.1kg，通过高位料仓一次性加入铝粒166kg；3分钟后取样，测得Al含量为352ppm，终点铝含量计算值与实际测量值的偏差为2ppm，成分达标，未造成铝粒浪费。
实施例3：本RH真空精炼超低碳钢的加铝方法采用下述具体工艺。
（1）生产的超低碳钢为SPHETi-3，钢种成分要求如上表1所示；此炉钢水共202t；出站温度要求1611～1636℃，目标碳含量为0.0030%。
（2）通过顶升系统开始进行RH精炼，抽真空，真空度达2.5mbar；本炉钢水渣厚120mm，通过取样测量C含量达0.0030%，已达到目标碳含量；测得此时钢水温度为1602℃，需要加铝吹氧进行升温，期望升温至1615℃。根据上述式（Ⅰ）、式（Ⅲ）计算：Al加热=0.033*202*13=86.7kg、Q=86.7*0.88/1.429/0.8=66.7m3；按上述计算量，加入铝86.7kg、吹氧量为66.7m3；3分钟后取样，测得温度1617℃，已符合出站目标温度；此时氧位为283ppm，由于此炉次为首炉，目标铝含量比常规炉次高50ppm，故设定目标铝含量为400ppm。根据上述式（Ⅱ）计算：Alt=(8×10-7)2832+0.001*283+0.016+0.001*400/0.7=0.0641+0.283+0.016+0.5714=0.9345；通需加入铝粒0.9345*202=188.8kg，通过高位料仓一次性加入铝粒189kg；3分钟后取样，测得Al含量为405ppm，终点铝含量计算值与实际测量值的偏差为5ppm，成分达标，未造成铝粒浪费。
实施例4：本RH真空精炼超低碳钢的加铝方法采用下述具体工艺。
（1）生产的超低碳钢为SPHETi-3，钢种成分要求如上表1所示；此炉钢水共200t；出站温度要求1611～1636℃，目标碳含量为0.0030%。
（2）通过顶升系统开始进行RH精炼，抽真空，真空度达2.2mbar；本炉钢水渣厚200mm，通过取样测量C含量达0.0027%，已达到目标碳含量；测得此时钢水温度为1610℃，需要加铝吹氧进行升温，期望升温至1630℃。根据上述式（Ⅰ）、式（Ⅲ）计算：Al加热=0.033*200*20=132kg、Q=132*0.88/1.429/0.7=116.1m3；按上述计算量，加入铝132kg、吹氧量为116m3；3分钟后取样，测得温度1629℃，已符合出站目标温度，此时氧位为268ppm，目标铝含量为350ppm。根据上述式（Ⅱ）计算：Alt=(8×10-7)2682+0.001*268+0.016+0.001*350/0.68=0.0575+0.268+0.016+0.5147=0.8562；需加入铝粒0.8562*200=171.24kg，通过高位料仓一次性加入铝粒171kg；3分钟后取样，测得Al含量为346ppm，终点铝含量计算值与实际测量值的偏差为4ppm，成分达标，未造成铝粒浪费。
实施例5：本RH真空精炼超低碳钢的加铝方法采用下述具体工艺。
（1）生产的超低碳钢为SPHE-3，钢种成分要求如下表2所示；此炉钢水共203t；出站温度要求1611～1636℃，目标碳含量为0.0040%。
表2 所述SPHE-3钢种成分要求（wt%）
表2中，成分的余量为Fe和不可避免的杂质。
（2）通过顶升系统开始进行RH精炼，抽真空，真空度达1.9mbar；本炉钢水渣厚110mm，通过取样测量C含量达0.0038%，已达到目标碳含量；测得此时钢水温度1612℃，已符合出站目标温度，无需加铝吹氧进行升温；此时氧位为280ppm，目标铝含量为350ppm。根据上述式（Ⅱ）计算：Alt=(8×10-7)2802+0.001*280+0.016+0.001*350/0.7=0.0627+0.280+0.016+0.50=0.8587；需加入铝粒0.8587*203=174.3kg，通过高位料仓一次性加入铝粒174kg；3分钟后取样，测得Al含量为342ppm，终点铝含量计算值与实际测量值的偏差为8ppm，成分达标，未造成铝粒浪费。
实施例6：本RH真空精炼超低碳钢的加铝方法采用下述具体工艺。
（1）生产的超低碳钢为SPHE-3，钢种成分要求如上表2所示；此炉钢水共205t；出站温度要求1611～1636℃，目标碳含量为0.0040%。
（2）通过顶升系统开始进行RH精炼，抽真空，真空度达2.0mbar；本炉钢水渣厚105mm，通过取样测量C含量达0.0038%，已达到目标碳含量；测得此时钢水温度为1598℃，需要加铝吹氧进行升温，期望升温至1615℃。根据上述式（Ⅰ）、式（Ⅲ）计算：Al加热=0.033*205*17=115kg、Q=115*0.88/1.429/0.7=101.2m3；按上述计算量，加入铝115kg、吹氧量为101.2m3；3分钟后取样，测得温度1614℃，已符合出站目标温度；此时氧位为266ppm，目标铝含量为350ppm。根据上述式（Ⅱ）计算：Alt=(8×10-7)2662+0.001*266+0.016+0.001*350/0.7=0.0566+0.266+0.016+0.50=0.8386；通需加入铝粒0.8386*205=171.9kg，通过高位料仓一次性加入铝粒172kg；3分钟后取样，测得Al含量为355ppm，终点铝含量计算值与实际测量值的偏差为5ppm，成分达标，未造成铝粒浪费。
实施例7：本RH真空精炼超低碳钢的加铝方法采用下述具体工艺。
（1）生产的超低碳钢为SPHE-3，钢种成分要求如上表2所示；此炉钢水共204t；出站温度要求1611～1636℃，目标碳含量为0.0040%。。
（2）通过顶升系统开始进行RH精炼，抽真空，真空度达2.2mbar；本炉钢水渣厚200mm，通过取样测量C含量达0.0036%，已达到目标碳含量；测得此时钢水温度为1603℃，需要加铝吹氧进行升温，期望升温至1618℃。根据上述式（Ⅰ）、式（Ⅲ）计算：Al加热=0.033*204*15=101kg、Q=101*0.88/1.429/0.8=77.7m3；按上述计算量，加入铝101kg、吹氧量为77.7m3；3分钟后取样，测得温度1616℃，已符合出站目标温度；此时氧位为290ppm，目标铝含量为350ppm。根据上述式（Ⅱ）计算：Alt=(8×10-7)2902+0.001*290+0.016+0.001*350/0.7=0.0673+0.290+0.016+0.5=0.8733；通需加入铝粒0.8733*204=178.2kg，通过高位料仓一次性加入铝粒178.2kg；3分钟后取样，测得Al含量为345ppm，终点铝含量计算值与实际测量值的偏差为5ppm，成分达标，未造成铝粒浪费。
实施例8：本RH真空精炼超低碳钢的加铝方法采用下述具体工艺。
（1）生产的超低碳钢为SPHE-3，钢种成分要求如上表2所示；此炉钢水共202t；出站温度要求1611～1636℃，目标碳含量为0.0040%。
（2）通过顶升系统开始进行RH精炼，抽真空，真空度达2.5mbar；本炉钢水渣厚160mm，通过取样测量C含量达0.0040%，已达到目标碳含量；测得此时钢水温度为1608℃，需要加铝吹氧进行升温，期望升温至1625℃。根据上述式（Ⅰ）、式（Ⅲ）计算：Al加热=0.033*202*17=113.3kg、Q=113.3*0.88/1.429/0.6=116.3m3；按上述计算量，加入铝113.3kg、吹氧量为116.3m3；3分钟后取样，测得温度1626℃，已符合出站目标温度；此时氧位为278ppm，目标铝含量为350ppm。根据上述式（Ⅱ）计算：Alt=(8×10-7)2782+0.001*278+0.016+0.001*350/0.75=0.0618+0.278+0.016+0.4667=0.8225；通需加入铝粒0.8225*202=166.1kg，通过高位料仓一次性加入铝粒166kg；3分钟后取样，测得Al含量为353ppm，终点铝含量计算值与实际测量值的偏差为3ppm，成分达标，未造成铝粒浪费。
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