本发明提供一种硅锰镇静无取向硅钢冶炼方法。该无取向硅钢化学成分质量百分比为C≤0.005％，Si：0.25％‑1.20％，Mn：0.2％‑0.8％，P：0.015％‑0.065％，S≤0.005％，Als≤0.005％，余量为Fe及不可避免的杂质。其生产方法包括转炉出钢结束加石灰、渣面脱氧剂调渣；RH真空精炼脱碳结束后进行脱氧合金化，合金化后3‑5min由真空室料仓加入合成渣，处理一段时间后净循环8‑12min，破空出钢运至连铸浇注。得到钢水中主要为SiO2‑CaO‑Al2O3系夹杂，一方面避免了钢水中生成低熔点SiO2‑MnO系夹杂，轧制过程沿轧制向伸长，阻碍晶粒长大；另一方面也避免了生成纯SiO2或高SiO2组分类酸性夹杂，导致冶炼过程耐火材料的严重侵蚀。本发明可控制钢中非金属夹杂物类型，提高钢水洁净度，改善冶炼过程中对耐火材料的侵蚀。
基本信息
申请号：CN202110081809.1
申请日期：20210121
公开号：CN202110081809.1
公开日期：20210608
申请人：江苏省沙钢钢铁研究院有限公司;张家港宏昌钢板有限公司;江苏沙钢集团有限公司
申请人地址：215625 江苏省苏州市张家港市锦丰镇永新路沙钢钢铁研究院
发明人：赵家七;蔡小锋;马建超;张连兵
当前权利人：江苏省沙钢钢铁研究院有限公司
代理机构：
代理人：
主权利要求
1.一种硅锰镇静无取向硅钢冶炼方法，所述的硅钢化学成分质量百分比为C≤0.005%，Si：0.25%-1.20%，Mn：0.2%-0.8%，P：0.015%-0.065%，S≤0.005%，Als≤0.005%，余量为Fe及不可避免的杂质，其特征在于，硅锰镇静无取向硅钢的生产方法包括依次进行的KR铁水预处理工序、转炉冶炼工序、RH真空精炼工序和连铸工序，其中：（1）KR铁水预处理工序中，铁水脱硫处理后S含量≤0.002%；（2）转炉出钢严格控制下渣量，出钢结束后向钢液表面同时加石灰、渣面脱氧剂进行控氧、调渣，然后运至RH处理；（3）RH深脱碳处理，深脱碳结束后，先加入低碳低硫硅铁进行脱氧合金化，同时向钢包渣面加入渣面脱氧剂对炉渣进行脱氧改质，循环3-5min后，再加入金属锰、磷铁进行合金化，RH合金化后3-5min由真空室料仓加入合成渣1.0-2.5kg/t，合成渣主要成分按质量百分比为CaO：60%-70%，Al2O3：10%-15%，金属钙：10-15%，金属铝：5%-10%，以及其它不可避免的杂质，RH加合成渣时提升气体流量设为90-110NL/min，同时关闭E4、E5真空泵，真空室压力提高至100-350mbar，处理4-6min后，提升气体流量恢复到190-210NL/min，并重新开启E4、E5真空泵，真空室压力降至2mbar以下，进行净循环处理，处理时间在8-12min，然后破空、出钢；（4）RH精炼结束后钢水吊至连铸进行保护浇注。
权利要求
1.一种硅锰镇静无取向硅钢冶炼方法，所述的硅钢化学成分质量百分比为C≤0.005%，Si：0.25%-1.20%，Mn：0.2%-0.8%，P：0.015%-0.065%，S≤0.005%，Als≤0.005%，余量为Fe及不可避免的杂质，其特征在于，硅锰镇静无取向硅钢的生产方法包括依次进行的KR铁水预处理工序、转炉冶炼工序、RH真空精炼工序和连铸工序，其中：
（1）KR铁水预处理工序中，铁水脱硫处理后S含量≤0.002%；
（2）转炉出钢严格控制下渣量，出钢结束后向钢液表面同时加石灰、渣面脱氧剂进行控氧、调渣，然后运至RH处理；
（3）RH深脱碳处理，深脱碳结束后，先加入低碳低硫硅铁进行脱氧合金化，同时向钢包渣面加入渣面脱氧剂对炉渣进行脱氧改质，循环3-5min后，再加入金属锰、磷铁进行合金化，RH合金化后3-5min由真空室料仓加入合成渣1.0-2.5kg/t，合成渣主要成分按质量百分比为CaO：60%-70%，Al
2O
3：10%-15%，金属钙：10-15%，金属铝：5%-10%，以及其它不可避免的杂质，RH加合成渣时提升气体流量设为90-110NL/min，同时关闭E4、E5真空泵，真空室压力提高至100-350mbar，处理4-6min后，提升气体流量恢复到190-210NL/min，并重新开启E4、E5真空泵，真空室压力降至2mbar以下，进行净循环处理，处理时间在8-12min，然后破空、出钢；
（4）RH精炼结束后钢水吊至连铸进行保护浇注。
2.根据权利要求1所述的一种硅锰镇静无取向硅钢冶炼方法，其特征在于，KR进站铁水条件满足：温度≥1360℃，0.20%≤Si≤0.45%，S≤0.045%。
3.根据权利要求1所述的一种硅锰镇静无取向硅钢冶炼方法，其特征在于，所述的转炉出钢结束后向钢水表面加入石灰1.5-3.0kg/t、渣面脱氧剂0.5-2.0kg/t，钢包底吹流量700-1000NL/min，搅拌4-6min。
4.根据权利要求1所述的一种硅锰镇静无取向硅钢冶炼方法，其特征在于，RH进站钢水中自由氧含量控制在0.045%-0.065%，RH脱碳结束钢水自由氧含量≤0.035%。
5.根据权利要求1所述的一种硅锰镇静无取向硅钢冶炼方法，其特征在于，RH脱碳结束后向钢水中加入低碳低硫硅铁5.5-15.5kg/t，同时向钢包渣面加入0.5-1.0kg/t的渣面脱氧剂对炉渣进行改质，渣面脱氧剂主要成分按质量百分比为CaO：35%-45%，Al
2O
3：25%-35%，金属铝：20%-35%，CaF
2：3-8%，以及其它不可避免的杂质，最后再加入金属锰、磷铁进行合金化。
6.根据权利要求1所述的一种硅锰镇静无取向硅钢冶炼方法，其特征在于， RH净循环处理时间8-12min，然后破空、出钢。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的一种硅锰镇静无取向硅钢冶炼方法，其特征在于，钢液中夹杂物为SiO
2-CaO-Al
2O
3系夹杂，夹杂物中SiO
2≤60%、Al
2O
3≤25%、CaO：20%-50%，少量其他不可避免的组分。
说明书
一种硅锰镇静无取向硅钢冶炼方法
技术领域
本发明属于钢铁冶炼技术领域，特别涉及一种硅锰镇静无取向硅钢冶炼方法。
背景技术
硅锰镇静无取向硅钢是一种软磁合金，是国家电力、电子和军工业不可缺少的一种节能型功能材料，主要应用于各种家用电动机、压缩机、发电机、镇流器和变压器的铁芯，起着电磁能量转换的介质作用，对节能降耗起着重要作用，与国民经济发展和人民生活息息相关。目前无取向硅钢冶炼工艺流程为：KR铁水预处理→转炉→RH真空炉精炼→连铸。
硅锰镇静无取向硅钢，要求成品中酸溶铝要求严格，含量要控制在0.0050％以下，所以在生产过程中，采用超低碳低硫硅铁和金属锰进行脱氧合金化。采用硅铁、锰铁等合金脱进行氧合金化时，脱氧产物主要为低熔点的SiO
2-MnO系夹杂，MnO含量在5％-25％之间，MnO熔点低，氧化物复合夹杂中MnO含量高，在较高温度热轧时处于半熔化状态，并沿轧制向伸长，退火时可阻碍晶粒长大，从而降低该系列硅锰镇静无取向硅钢的磁性能。为了解决该问题，专利CN108660294B介绍了一种硅锰镇静硅钢夹杂物控制方法，将夹杂物控制在高SiO
2区域，钢水中脱氧合金化生成的纯SiO
2或高SiO
2组分类高熔点酸性夹杂，在轧制过程中虽然不变形，对晶粒阻碍作用较小，但由于夹杂物中SiO
2组分含量过高，而真空炉耐材、连铸水口和塞棒等一般为MgO、Al
2O
3材质，高SiO
2组分夹杂与耐材反应，生产低熔点硅酸盐产品，在钢水冲刷作用下，造成耐材严重侵蚀，影响钢水质量及生产的正常进行。
发明内容
为克服现有技术中的不足，本发明提供一种硅锰镇静无取向硅钢冶炼方法，具体技术方案如下：
一种硅锰镇静无取向硅钢冶炼方法，所述的硅钢化学成分质量百分比为C≤0.005％，Si：0.25％-1.20％，Mn：0.2％-0.8％，P：0.015％-0.065％，S≤0.005％，Als≤0.005％，余量为Fe及不可避免的杂质。所述硅锰镇静无取向硅钢的生产方法依次包括依次进行的KR铁水预处理工序、转炉冶炼工序、RH真空精炼工序和连铸工序，其中：
(1)KR铁水预处理工序：铁水脱硫处理后S含量≤0.002％；
(2)转炉出钢严格控制下渣量，出钢结束后向钢液表面同时加石灰、渣面脱氧剂进行控氧、调渣，然后运至RH处理；
(3)RH深脱碳处理，深脱碳结束后，先加入低碳低硫硅铁进行脱氧合金化，同时向钢包渣面加入渣面脱氧剂对炉渣进行脱氧改质，循环3-5min后，再加入金属锰、磷铁进行合金化，合金化后3-5min由真空室料仓加入合成渣，加合成渣时降低提升气体流量，同时关闭E4、E5两级真空泵降低抽气能力，循环4-6min后，恢复提升气体流量，并重新开启E4、E5两级真空泵，进行净循环处理，净循环处理时间在8-12min，然后破空、出钢；
(4)RH精炼结束后钢水吊至连铸进行保护浇注。
进一步的，所述的硅锰镇静无取向硅钢冶炼方法中KR进站铁水条件满足：温度≥1360℃，0.20％≤Si≤0.45％，S≤0.045％；
更进一步的，所述的硅锰镇静无取向硅钢冶炼方法的转炉出钢结束后向钢水表面加入石灰1.5-3.0kg/t、渣面脱氧剂0.5-2.0kg/t，钢包底吹流量700-1000NL/min，搅拌4-6min。
更进一步的，所述的硅锰镇静无取向硅钢冶炼方法中RH进站钢水中自由氧含量控制在0.045％-0.065％，RH脱碳结束钢水自由氧含量≤0.035％。
更进一步的，所述的硅锰镇静无取向硅钢冶炼方法中RH脱碳结束后向钢水中加入低碳低硫硅铁5.5-15.5kg/t，同时向钢包渣面加入0.5-1.0kg/t的渣面脱氧剂对炉渣进行改质，渣面脱氧剂主要成分按质量百分比为CaO：35％-45％，Al
2O
3：25％-35％，金属铝：20％-35％，CaF
2：3-8％，以及其它不可避免的杂质，最后再加入金属锰、磷铁进行合金化。
更进一步的，所述的硅锰镇静无取向硅钢冶炼方法在RH合金化结束后3-5min由真空室料仓加入合成渣1.0-2.5kg/t，合成渣主要成分按质量百分比为CaO：60％-70％，Al
2O
3：10％-15％，金属钙：10-15％，金属铝：5％-10％，以及其它不可避免的杂质。
更进一步的，所述的硅锰镇静无取向硅钢冶炼方法中RH加合成渣时提升气体流量设为90-110NL/min，同时关闭E4、E5真空泵，真空室压力提高至100-350mbar，处理4-6min分钟后，开启E4、E5真空泵，提升气体流量恢复到190-210NL/min，真空室压力降至2mbar以下。
更进一步的，所述的硅锰镇静无取向硅钢冶炼方法中RH净循环处理时间8-12min，然后破空、出钢。
更进一步的，所述的硅锰镇静无取向硅钢冶炼方法冶炼的钢液中夹杂物为SiO
2-CaO-Al
2O
3系夹杂，夹杂物中SiO
2≤60％、Al
2O
3≤25％、CaO：20％-50％，少量其他不可避免的组分。
本发明的设计原理如下：
本发明在出钢结束后加入石灰、渣面脱氧剂进行调渣、脱氧，控制RH进站时炉渣的氧化性及钢水氧含量。RH真空深脱碳后确保钢水氧含量控制在较低的水平(0.035％以下)，然后先加低碳低硫硅铁进行脱氧合金化，同时向钢包渣面加入渣面脱氧剂对炉渣进行脱氧改质，脱氧合金化时产生的SiO
2总量相对减少，残留在钢水中的SiO
2夹杂也相应变少；同时炉渣氧化性也非常低，循环3-5min后再加入金属锰，金属锰几乎不氧化，有效控制了SiO
2-MnO低熔点夹杂物的生成。RH合金化结束后向真空室钢水中加入高碱度的合成渣，同时升高RH真空室压力，降低提升气体流量，即减弱钢水的循环流量，使合成渣在钢水中停留时间延长，促进合成渣中的CaO、Al
2O
3组分与SiO
2夹杂充分反应；且合成渣中含有适量的金属Ca、Al，将钢水中SiO
2夹杂表层改性还原，同时也加强了对钢水的脱氧，综合降低了钢水总氧含量，提高了钢水洁净度，并控制钢液中夹杂物为SiO
2-CaO-Al
2O
3系夹杂，主要成分为SiO
2≤60％、Al
2O
3≤25％、CaO：20％-50％，避免了生成纯SiO
2或高SiO
2组分类酸性夹杂，导致冶炼过程耐火材料的严重侵蚀。设计合适的合成渣成分，控制好对钢水原始脱氧产物SiO
2夹杂改性的组分及其含量。严格控制加合成渣后降低真空室压力、提升气体流量后的循环时间，在保证合成渣与SiO
2充分混匀反应后，立即恢复提升气体流量和真空室压力，增大循环流量，促进合成渣及大尺寸夹杂物的上浮，同时在设定循环流量下的净循环时间也需严格控制，因为加完合成渣后的钢水循环流量过小、处理时间过长会导致合成渣中的成分与钢水原始脱氧产物SiO
2过度反应，造成夹杂物CaO、Al
2O
3过高，夹杂物熔点升高，偏离目标区域；钢水循环流量过大、处理时间过短，则合成渣成分与SiO
2反应不充分，夹杂物仍然为酸性的高SiO2组分，对耐材侵蚀依然严重，因此，加完合成渣后循环量、处理时间过长或过短，均不能保证夹杂物落在成分设计的目标。此外，改性后形成的SiO
2-CaO-Al
2O
3系夹杂尺寸更大，后期提高RH真空度及提升气体流量，增大钢水循环流量，更有利于夹杂物上浮去除，提升了钢水洁净度。
与现有技术相比较，本发明至少具有如下有益效果：
1、本发明提供了一种将钢水中夹杂物精准控制为SiO
2-CaO-Al
2O
3系夹杂的方法，主要成分SiO
2≤60％、Al
2O
3≤25％、CaO：20％-50％，熔点较合适，浇注过程不会发生水口堵塞，且轧制过程不易变形，避免了因生成低熔点SiO
2-MnO系夹杂而导致的夹杂物轧制延展变长、影响晶粒长大；同时也减少了生成纯SiO
2或高SiO
2组分类酸性夹杂，导致冶炼过程耐火材料的严重侵蚀，从而提高了该系列硅锰镇静无取向硅钢的性能及生产稳定性。
2、本发明在转炉出钢、RH精炼过程、合金化时三次对钢水、炉渣改质，精确可控制钢水、炉渣氧化性，使合金化时合金消耗较常规工艺显著降低。
3、本发明所控制的夹杂物类型及冶炼工艺，有效减少了耐材侵蚀，降低耐材用量，对生产成本控制、环境保护极为有利。
附图说明
图1为采用本发明技术方案后钢中夹杂物在SiO
2-CaO-Al
2O
3系三元相图中的分布图。
图2为在原工艺下钢中夹杂物在SiO
2-Al
2O
3-MnO系三元相图中的分布图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
在某钢厂的无取向硅钢的生产线上进行硅锰镇静无取向硅钢的生产。其工艺流程为：KR铁水预处理→转炉冶炼→RH真空精炼→连铸。采用本发明工艺处理为例，对本发明进行进一步说明。
(1)铁水经过KR脱硫处理，进站及出站时铁水要求如下表1所示。待处理结束后运至转炉吹炼。
表1 KR进站及出站铁水条件
(2)转炉出钢时严格控制下渣量，出钢结束后向钢中加入石灰、渣面脱氧剂进行控氧、调渣。渣面脱氧剂、石灰加入量及其他工艺参数如下表2所示，待渣均匀熔化后，将水运至RH进行冶炼。
表2转炉冶炼工艺参数
(3)RH进站自由氧含量控制在0.045％-0.065％；脱碳结束后，钢水自由氧含量≤0.035％；深脱碳结束后，先加入低碳低硫硅铁，同时向钢包渣面加入渣面脱氧剂对炉渣进行脱氧改质，使用的渣面脱氧剂的主要成分按质量百分比为：CaO：35％-45％，Al
2O
3：25％-35％，金属铝：20％-35％，CaF
2：3-8％，以及其它不可避免的杂质；循环3-5min后，再加入金属锰、磷铁进行合金化，合金化结束后3-5min由真空室料仓加入合成渣，加合成渣时提升气体流量设为90-110NL/min，同时关闭E4、E5真空泵，真空室压力提高至100-350mbar，处理4-6min分钟后，开启E4、E5真空泵，提升气体流量恢复至190-210NL/min，真空室压力降至2mbar以下，进行净循环处理，净循环时间8-12min，然后破空、出钢。使用的合成渣主要成分按质量百分比为CaO：60％-70％，Al
2O
3：10％-15％，金属钙：10-15％，金属铝：5％-10％，以及其它不可避免的杂质。其他工艺参数如下表3所示。
表3 RH真空精炼工艺参数
(4)RH真空精炼结束后，将钢水吊运至连铸工位进行浇注，采用全程保护浇注。
按照上述方法得到超低铝无取向硅钢的化学组分按照质量百分比计如下：C：0.0013％-0.005％，Si：0.25％-1.20％，Mn：0.2％-0.8％，P：0.015％-0.065％，S：0.0012％-0.005％，Als:0.0015％-0.005％，余量为Fe及不可避免的杂质。
连铸浇注过程取结晶器钢水样分析夹杂物组分，钢中氧化物夹杂主要类型为SiO
2-CaO-Al
2O
3系夹杂，夹杂物中SiO
2≤60％、Al
2O
3≤25％、CaO：20％-50％，少量其他不可避免的组分，其在相图中的分布如图1所示。
对比实施例
该系列硅锰镇静无取向硅钢原生产工艺为：KR铁水预处理→转炉冶炼→RH精炼→连铸。转炉出钢采用挡渣球挡渣出钢，严格控制下渣量，出钢结束后加石灰、萤石进行造渣；RH真空采用深脱碳工序处理后，脱氧合金化工艺采用了两种方案，方案1：同时加入低碳低硫硅铁、金属锰、磷铁进行脱氧合金化，脱氧合金化结束后，钢液净循环6min以上，然后破空、出钢，运至连铸平台进行浇注。得到的夹杂物如图2中的区域1，夹杂主要类型为SiO
2-MnO、SiO
2-MnO-Al
2O
3，其中MnO组分偏高，占比达30％-60％，MnO熔点低，氧化物复合夹杂中MnO含量高，在较高温度热轧时处于半熔化状态，并沿轧制向伸长，退火时可阻碍晶粒长大，从而降低该系列超低铝无取向硅钢的磁性能。方案2：先加入低碳低硫硅铁脱氧，将钢水氧含量脱除充分后，再加入金属锰、磷铁等进行脱氧合金化，脱氧合金化结束后，钢液净循环6min以上，然后破空、出钢，运至连铸平台进行浇注。得到的夹杂物如图2中的区域2，其中SiO
2组分偏高，占比达70％以上，该类夹杂物在轧制过程中不变形，对冷轧退火阶段晶粒生长影响较小，但纯SiO
2或高SiO
2组分类酸性夹杂对钢包及RH真空炉耐材侵蚀严重，不利于钢水质量的提升及浇注性能的稳定。两种生产方案在工业生产中均有实施，由于均存在不同的问题，导致硅锰镇静钢生产稳定性控制不理想。
通过实施例和对比实施例的对比，可以发现本发明所控制的夹杂物类型既能保证钢水的浇注性能，并且不侵蚀真空炉及连铸设备耐材，连浇炉数也由原来的10-12炉提高至14-46炉，RH浸渍管使用寿命由原来的80-100次，提高至120-135次；同时，由于从真空室加入了高碱度合成渣，对钢水加强了脱氧，自由氧由原来的40-65ppm降至25ppm以下，洁净度大幅提升。综合夹杂物类型控制及洁净度提升，夹杂物数量减少，且在轧制过程中夹杂物也不会变形，使硅钢性能稳定，硅钢磁性能达标率由原来的92％左右，提高至97％以上。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围之内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
