本发明属于钢铁冶金领域，具体地说是涉及一种超低磷IF钢的生产方法。超低磷IF钢的生产方法，全程采用无碳钢包，各工序中控制工艺参数：转炉终点控制为：[C]：0.04wt％～0.06wt％，[P]≤0.007wt％，出钢温度：1640-1660℃，终点氧活度0.05％～0.08％，终渣TFe 18～22wt％；钢包精炼结束后钢液顶渣中FeO重量含量为16％～20％，钢液[P]≤0.004％；真空精炼工序中：钢水的a[O]≥A时，真空精炼开始，其中，A＝1.3[C]+0.02％。本发明提出了转炉深脱磷和LF精炼脱磷相结合的一种超低磷钢生产方法，可实现成品[C]≤0.003％、[P]≤0.004％的稳定生产，脱磷率高达94％以上。
1.超低磷IF钢的生产方法，包括转炉冶炼工序-钢包精炼工序-真空精炼工序-连铸工序，其特征在于，全程采用无碳钢包，各工序中控制如下工艺参数：转炉冶炼工序中：
转炉终点控制为：[C]：0.04wt％～0.06wt％，[P]≤0.007wt％，出钢温度：1640-1660℃，终点氧活度0.05％～0.08％，终渣TFe 18～22wt％；
精炼结束后钢液顶渣中FeO重量含量为16％～20％，钢液[P]≤0.004％；
钢水的a[O]≥A时，真空精炼开始，其中，A＝1.3[C]+0.02％；真空精炼工序中，提升气体流量控制为：脱碳前期，提升气体流量在1600～1800NL/min；脱碳中后期，提升气体流量在2200～2600NL/min；脱碳结束后合金化阶段，提升气体流量在2000～2200NL/min。
2.根据权利要求1所述的超低磷IF钢的生产方法，其特征在于，转炉冶炼工序中，控制转炉终点的方式为：转炉吹炼过程采用全程底吹氩，流量控制在50NL/min～80NL/min；吹炼结束后加入稠渣材料，并将底吹氩流量提高至120～140NL/min，搅拌1～2min；所述稠渣材料为高镁石灰、白云石、钢水改质剂中的至少一种，稠渣材料的加入量为3-7kg/t钢。
3.根据权利要求1或2所述的超低磷IF钢的生产方法，其特征在于，转炉冶炼工序中，控制转炉终点[P]≤0.007wt％的方式为：采用造渣材料对钢水进行脱磷，造渣材料的组分及其重量份数为：活性石灰25～30kg/t钢、高镁石灰15～26kg/t钢、钢水改质剂1～5kg/t钢、石英砂2～5kg/t、造渣剂＜7kg/t钢。
4.根据权利要求2所述的超低磷IF钢的生产方法，其特征在于，钢水改质剂的成分中：MgO≥45.0％、CaO≥8.0％、SiO2≤10.0％、C≥8.0％。
5.根据权利要求3所述的超低磷IF钢的生产方法，其特征在于，钢水改质剂的成分中：MgO≥45.0％、CaO≥8.0％、SiO2≤10.0％、C≥8.0％。
6.根据权利要求1或2所述的超低磷IF钢的生产方法，其特征在于，钢包精炼工序中，控制钢液[P]≤0.004％的方式包括：出钢后渣态预控制：出钢过程加入活性白灰3-7kg/t钢，铝矾土0.5～1.5kg/t钢，出钢后将转炉下渣量控制在5～8kg/t钢；
钢水到达LF工位，加入活性石灰和铝矾土，其中，活性石灰加入量2～4kg/t钢，铝矾土加入量0.5～1.5kg/t钢；
钢包底吹氩气流量控制在500～1000NL/min，加热升温搅拌10～20min。
7.根据权利要求3所述的超低磷IF钢的生产方法，其特征在于，钢包精炼工序中，控制钢液[P]≤0.004％的方式包括：出钢后渣态预控制：出钢过程加入活性白灰3-7kg/t钢，铝矾土0.5～1.5kg/t钢，出钢后将转炉下渣量控制在5～8kg/t钢；
钢水到达LF工位，加入活性石灰和铝矾土，其中，活性石灰加入量2～4kg/t钢，铝矾土加入量0.5～1.5kg/t钢；
钢包底吹氩气流量控制在500～1000NL/min，加热升温搅拌10～20min。
8.根据权利要求4所述的超低磷IF钢的生产方法，其特征在于，钢包精炼工序中，控制钢液[P]≤0.004％的方式包括：出钢后渣态预控制：出钢过程加入活性白灰3-7kg/t钢，铝矾土0.5～1.5kg/t钢，出钢后将转炉下渣量控制在5～8kg/t钢；
钢水到达LF工位，加入活性石灰和铝矾土，其中，活性石灰加入量2～4kg/t钢，铝矾土加入量0.5～1.5kg/t钢；
钢包底吹氩气流量控制在500～1000NL/min，加热升温搅拌10～20min。
9.根据权利要求1或2所述的超低磷IF钢的生产方法，其特征在于，真空精炼前，用[P]＜0.010％、[C]＜0.06％、温度为1550-1620℃的钢水对真空装置进行洗炉。
10.根据权利要求3所述的超低磷IF钢的生产方法，其特征在于，真空精炼前，用[P]＜
0.010％、[C]＜0.06％、温度为1550-1620℃的钢水对真空装置进行洗炉。
11.根据权利要求4所述的超低磷IF钢的生产方法，其特征在于，真空精炼前，用[P]＜
0.010％、[C]＜0.06％、温度为1550-1620℃的钢水对真空装置进行洗炉。
12.根据权利要求6所述的超低磷IF钢的生产方法，其特征在于，真空精炼前，用[P]＜
0.010％、[C]＜0.06％、温度为1550-1620℃的钢水对真空装置进行洗炉。
超低磷IF钢的生产方法
技术领域
[0001] 本发明属于钢铁冶金领域，具体地说是涉及一种超低磷IF钢的生产方法。
背景技术
[0002] 磷是钢中的长存元素之一，由于它在钢的晶界处产生偏析，会使钢产生“冷脆”及恶化钢的焊接性能和冷弯性能等，所以常被视为有害元素而需要在冶炼中脱除。对于汽车用IF钢，降低磷含量可以显著改善IF钢板抗二次加工脆化和热轧钢板低温冲击韧性等性能；因此在生产高品质的汽车面板钢时，稳定地将控制钢中的磷含量处于较低值，显得尤为重要。
[0003] 关于钢中脱磷的报道如下：
[0004] 对比文件1：“一种转炉生产低碳超低磷钢的冶炼工艺”，申请号201210100810.5：主要是采取转炉多次造渣并多次倒渣的工艺，实现了转炉终点钢水成分[C]≤0.045％、[P]≤0.005％。但该工艺操作复杂，转炉吹炼过程需要多次停止吹炼，并进行倒渣，造成工序时间延长，温度损失大，大生产下极易影响生产节奏，且转炉造渣材料及钢铁料消耗极大，不符合当前洁净钢低成本生产的需求。
[0005] 对比文件2：“一种无间隙原子钢的转炉出钢脱磷方法”，申请号：201210087467.5：通过在转炉出钢过程加入脱磷剂来对钢水二次脱磷，可降低转炉压力，但该技术的不足在于该发明通过转炉的混冲或摇动钢包来脱磷，其脱磷率有限，难以满足成品[P]≤0.004％的要求，且生产中存在极大的安全隐患，也难以实现规模化生产。
[0006] 对比文件3：“一种转炉冶炼终点钢液磷含量低于30ppm的控制方法”，申请号：201310071125.9：该发明可实现[P]低于30ppm的低磷钢生产，但该技术生产中的转炉造渣材料消耗极大，且需采用2次造渣，延长了工序时间和温度损失，较多的造渣材料也带走了过多的金属料。
[0007] 对比文件4：“转炉低磷钢冶炼方法”，申请号201210051905.2：该发明提出了在转炉内分两部进行吹炼造渣的工艺，该工艺可实现[P]＜0.0055％的低磷钢生产，其技术存在的缺点与对比文件1、3类似。
[0008] 对比文件5：“一种提高低磷无间隙原子钢洁净度的方法”，申请号：201310386010.9：该发明通过在LF、RH加入石灰和萤石的方法来降低钢中磷含量，可生产成品[P]0.007％～0.009％的低磷钢，但由于使用萤石对环保及钢包内衬的危害较大，同时由于将钢包顶渣的FeO控制在9％以下，未能利用钢包顶渣的氧化性促进脱磷，且其脱磷渣料均在LF和RH加入，致使成渣慢、脱磷低，仅能够满足钢中[P]0.007％～0.009％的需求，而无法实现成品[P]≤0.004％的生产需求。
[0009] 对比文件6、7：文献“CaO基熔剂对钢液二次精炼脱磷的实验研究”，《钢铁》，2002年，第11期，37卷；以及“钢水炉外深脱磷实验研究”，硕士论文，史慧恩著：此两篇文献中阐述了精炼过程加入含FetO的脱磷剂对钢水进行脱磷，并取得了较好的效果。由于采用了含高氧化剂的脱磷剂到钢包渣中，这样将大大提高钢包渣氧化性，虽然能脱出钢中的磷，但极易造成钢包渣回硫以及对钢质存在不良影响。
[0010] 对比文件8：“炉外精炼生产超低磷钢工艺研究”《，第十七届全国炼钢学术会议文集》，报道了一种精炼过程生产超低磷钢的方法，该方法通过在LF以及RH加入石灰+萤石来对钢液脱磷，并取得了较好的效果，从该文献报道的数据看出，其钢包渣氧化性较高，基本上都在18％以上，且其脱磷效果随钢包渣氧化性的升高而增大。可见其脱磷效果主要由其氧化性决定，与上述文献类似。
[0011] 对比文件9“一种IF钢包内脱磷方法”，该方法通过在LF工序加入大量石灰采用大渣量对钢液进行脱磷，能达到较好的脱磷效果，但是对于超低碳钢的生产，加入大量石灰将大大降低钢包渣氧化性，不利于真空脱碳。
发明内容
[0012] 本发明针对上述缺陷，提供一种超低磷IF钢的生产方法，实现了成品[C]≤0.003％、[P]≤0.004％的超低磷IF钢的稳定生产。
[0013] 本发明的技术方案：
[0014] 本发明提供一种超低磷IF钢的生产方法，包括转炉冶炼工序-钢包精炼工序-真空精炼工序-连铸工序，全程采用无碳钢包，各工序中控制如下工艺参数：
[0015] 转炉冶炼工序中：转炉终点控制为：[C]：0.04wt％～0.06wt％，[P]≤0.007wt％，出钢温度：1640-1660℃，终点氧活度0.05％～0.08％，终渣TFe 18～22wt％；
[0016] 钢包精炼工序中：精炼结束后钢液顶渣中FeO重量含量为16％～20％，钢液[P]≤0.004％；
[0017] 真空精炼工序中：钢水的a[O]≥A时，真空精炼开始，其中，A＝1.3[C]+0.02％；真空精炼工序中，提升气体流量控制为：脱碳前期，提升气体流量在1600～1800NL/min；脱碳中后期，提升气体流量在2200～2600NL/min；脱碳结束后合金化阶段，提升气体流量在2000～2200NL/min。
[0018] 优选的，上述转炉冶炼工序中，控制转炉终点的方式为：转炉吹炼过程采用全程底吹氩，流量控制在50NL/min～80NL/min；吹炼结束后加入稠渣材料，并将底吹氩流量提高至120～140NL/min，搅拌1～2min；所述稠渣材料为高镁石灰、白云石、钢水改质剂中的至少一种，稠渣材料的加入量为3-7kg/t钢。
[0019] 进一步，转炉冶炼工序中，控制转炉终点[P]≤0.007wt％的方式为：采用造渣材料对钢水进行脱磷，造渣材料的组分及其重量份数为：活性石灰25～30kg/t钢、高镁石灰15～26kg/t钢、钢水改质剂1～5kg/t钢、石英砂2～5kg/t、造渣剂＜7kg/t钢。
[0020] 本发明钢水改质剂的成分中：MgO≥45.0％、CaO≥8.0％、SiO2≤10.0％、C≥8.0％。
[0021] 进一步，上述钢包精炼工序中，控制钢液[P]≤0.004％的方式包括：
[0022] 出钢后渣态预控制：出钢过程加入活性白灰3-7kg/t钢，铝矾土0.5～1.5kg/t钢，出钢后将转炉下渣量控制在5～8kg/t钢；钢水到达LF工位，加入活性石灰和铝矾土，其中，活性石灰加入量2～4kg/t钢，铝矾土加入量0.5～1.5kg/t钢；钢包底吹氩气流量控制在500～1000NL/min，加热升温搅拌10～20min。
[0023] 优选的，真空精炼时，生产IF钢前，用[P]＜0.010％、[C]＜0.06％、温度为1550-1620℃的钢水对真空装置进行洗炉。
[0024] IF钢指无间隙原子钢，又称超低碳钢。
[0025] 本发明的有益效果：
[0026] 现有技术中脱磷工艺均是单工序的，而本发明从流程顺行，降低低磷钢生产成本、对环境危害小及易于操作和规模化生产角度出发，提出了转炉深脱磷和LF精炼脱磷相结合的一种超低磷钢生产方法，可实现成品[C]≤0.003％、[P]≤0.004％的稳定生产。本发明中充分利用了转炉冶炼后期的底吹强搅，出钢过程的渣态预控制，确保一定量的钢中氧活度和钢包顶渣氧化性，通过转炉与LF工序的合理组合，实现了转炉少渣、单渣，无需二次造渣以及延长工序时间，精炼脱磷无需加入萤石做化渣剂的高效环保低成本脱磷方法。生产流程顺畅，钢铁料消耗低，脱磷率高达94％以上。本发明提供的超低磷IF钢的生产方法所得超低磷IF钢，可用于高品质汽车面板钢的生产。
具体实施方式
[0027] 本发明提供一种超低磷IF钢的生产方法，采用工艺路线：转炉冶炼-钢包精炼-真空精炼-连铸，全程采用无碳钢包；在各工序中控制如下工艺参数：
[0028] (1)转炉冶炼：
[0029] 转炉吹炼过程采用全程底吹氩，流量控制在50NL/min～80NL/min；吹炼结束后加入稠渣材料，并将底吹氩流量提高至120～140NL/min，搅拌1～2min；所述稠渣材料为高镁石灰、白云石以及改质剂中的至少一种；
[0030] 流量之所以控制在50-80NL/min，因为流量过大容易引起喷溅以及增大钢铁料消耗，过小不利于转炉内钢渣反应的进行；加入稠渣材料并将底吹氩流量提高至120～140NL/min的原因在于，采用大氩气对钢水进行强搅拌，目的是促进钢渣快速反应，利用稠渣剂中的碱金属以及碳等成分对钢水进行脱氧，并可降低钢包渣中的带铁量；
[0031] 转炉终点工艺条件控制为：[C]：0.04wt％～0.06wt％，[P]≤0.007wt％，出钢温度：1640-1660℃，终点氧活度0.05％～0.08％，终渣TFe 18wt％～22wt％；
[0032] (2)钢包精炼：
[0033] 出钢后渣态预控制：出钢过程加入活性白灰3-7kg/t钢，铝矾土0.5～1.5kg/t钢，出钢后将转炉下渣量控制在5～8kg/t；下渣量的控制，有利于精炼过程对钢包渣成分的掌握，便于对其成分的调整；
[0034] 钢水到达LF工位，加入活性石灰和铝矾土，其中，活性石灰加入量2～4kg/t钢，铝矾土加入量0.5～1.5kg/t钢；
[0035] 钢包底吹氩气流量控制在500～1000NL/min，加热升温搅拌10～20min；此范围有利于LF的加热以及钢渣反应；
[0036] 精炼结束后钢液顶渣中FeO重量含量为16％～20％，钢液[P]≤0.004％；
[0037] (3)真空精炼：
[0038] 钢水的a[O](氧活度)≥A时，真空精炼处理开始，其中，A＝1.3[C]+0.02％，[0039] 真空精炼工序中，提升气体流量控制为：脱碳前期，提升气体流量在1600～1800NL/min；脱碳中后期，提升气体流量在2200～2600NL/min；脱碳结束后合金化阶段，提升气体流量在2000～2200NL/min；脱碳前期反应剧烈，为防止喷溅，采用低流量控制；
[0040] 本发明真空精炼工序中，提升气体流量分段控制，这主要在于，脱碳前期反应剧烈，故采用低流量，中后期主要靠碳氧的传质决定反应的进度，故采用稍大流量，但不是越大越好，合金化时，为防止钢水对真空室残钢的洗刷，故采用低流量。
[0041] 优选的，上述超低磷IF钢的生产方法中，转炉冶炼工序中，采用造渣材料对钢水进行脱磷，造渣材料为石英砂、造渣剂、活性石灰、高镁石灰或钢水改质剂中的至少一种，加入量为：活性石灰25～30kg/t钢、高镁石灰15～26kg/t钢、钢水改质剂1～5kg/t钢、石英砂2～5kg/t、造渣剂＜7kg/t钢.
[0042] 改质剂的的主要成分MgO≥45.0％、CaO≥8.0％、SiO2≤10.0％、C≥8.0％。
[0043] 另外，现有技术中的炼钢用造渣剂均适用于本发明。
[0044] 优选的，真空精炼时，生产IF钢前，用[P]＜0.010％、[C]＜0.06％、温度为1550-1620℃的钢水对真空装置进行洗炉。
[0045] 本发明通过限制转炉加入清洁废钢(或者不加)、转炉吹炼过程全程底吹氩，采用石英砂造渣+复合造渣剂造渣相结合的造渣方法，并确保一次拉碳，转炉处理过程不使用增碳剂提温；转炉吹炼冶炼过程采用全程底吹氩，流量控制在50NL/min～80NL/min，吹炼结束后加入高镁石灰或白云石以及改质剂中的一种，并将炉底吹氩流量提高至120NL/min，强烈搅拌1～2min；转炉终点成分控制在[C]：0.04％～0.06％，[P]≤0.007％；出钢目标温度：1640-1660℃，终点氧活度0.05％～0.08％，终渣TFe控制在18％～22％；出钢过程加入活性白灰3-7kg/t钢，和铝矾土0.5～1.5kg/t钢，出钢后将转炉下渣量控制在5～8kg/t。
[0046] 在LF再次加入活性石灰2～4kg/t钢，铝矾土0.5～1.5kg/t钢，将钢包底吹氩气流量控制在500～1000NL/min，加热升温搅拌10～20min，利用钢中氧活度及加入的活性石灰，进行精炼脱磷，精炼结束后[P]≤0.0040％。
[0047] RH真空精炼通过在不同阶段控制不同的提升气体流量，以及脱碳结束后的氧活度有效保证了RH深脱碳。
[0048] 同时为防止连铸过程增碳全程采用无碳钢包。
[0049] 通过本发明的综合应用，实现了成品[C]≤0.003％、[P]≤0.004％的超低磷IF钢生产。IF钢指无间隙原子钢，又称超低碳钢。
[0050] 下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
[0051] 实施例1-4
[0052] 本发明提供一种超低磷IF钢的生产方法，采用工艺路线：转炉冶炼-钢包精炼-真空精炼-连铸，全程采用无碳钢包；在各工序中控制如下工艺参数：
[0053] (1)转炉冶炼：
[0054] 转炉入炉条件如表1所示；
[0055] 转炉冶炼脱磷：转炉造渣材料为石英砂、造渣剂、活性石灰、高镁石灰、改质剂中的一种或几种；其中，加入量为：活性石灰25～30kg/t钢、高镁石灰15～26kg/t钢、改质剂1～5kg/t钢、石英砂2～5kg/t、造渣剂＜7kg/t钢，具体使用的造渣材料及其重量如表2所示；其中，钢水改质剂的的成分中：MgO≥45.0％、CaO≥8.0％、SiO2≤10.0％、C≥8.0％。
[0056] 转炉吹炼冶炼过程采用全程底吹氩，流量控制在50NL/min～80NL/min，具体流量参见表2；
[0057] 吹炼结束后加入高镁石灰或白云石以及改质剂中的一种稠渣材料，并将炉底吹氩流量提高至120～140NL/min，强烈搅拌1～2min；转炉终点使用的稠渣材料及其用量以及吹氩流量参数控制如表3所示；
[0058] 转炉终点控制效果如表4所示；
[0059] (2)LF精炼：
[0060] 转炉出钢后罐内渣改质要求：转炉出钢过程辅料加入及参数控制如表5所示。
[0061] 钢水到达LF工位，加入活性石灰、铝矾土，活性石灰2～4kg/t钢，铝矾土0.5～1.5kg/t钢。钢包底吹氩气流量控制在500～1000NL/min，加热升温搅拌10～20min；LF精炼过程控制如表6所示；
[0062] 利用钢中氧活度及钢包渣中的CaO等成分对钢液进行精炼脱磷，精炼结束后[P]≤0.0040％，LF处理结束控制效果如表7所示。
[0063] (3)RH真空精炼：
[0064] 生产IF钢前，用[P]＜0.010％、[C]＜0.06％的高温钢水对真空室进行洗炉；
[0065] RH处理开始钢水条件：a[O]＝1.3[C]+0.02％，若a[O]偏低则采用吹氧脱碳，吹氧量为：控制脱碳结束a[O]在0.02％～0.03％。
[0066] 提升气体流量控制：脱碳前期反应剧烈，为防止喷溅，采用低流量控制1600～1800NL/min；脱碳中后期，采用大流量2200～2600NL/min；脱碳结束后合金化阶段为2000～
2200NL/min；具体RH控制条件如表8所示。
[0067] 本发明中，转炉处理过程不使用增碳剂提温，吹炼过程全程底吹氩。
[0068] 表1转炉入炉条件
[0069]实施例 钢种 装入量/t 温度/℃ 加入废钢/t [C]/％
1 Ti-IF 247 1261 0 3.50
2 Ti-IF 237 1285 3.1 3.92
3 Ti-IF 220 1247 7.4 3.65
4 Ti-IF 258 1218 0 3.81
[0070] 表2转炉造渣材料加入量及底吹控制
[0071]
[0072] 表3转炉终点稠渣材料加入及控制参数
[0073]
[0074] 表4转炉终点控制效果
[0075]实施例 [C]/％ [P]/％ a[O]/％ 温度/℃ 终渣TFe/％
1 0.04 0.006 0.08 1650 22
2 0.05 0.007 0.07 1645 19
3 0.04 0.006 0.08 1660 21
4 0.06 0.006 0.05 1640 18
[0076] 表5转炉出钢过程辅料加入及参数控制
[0077]实施例 活性白灰/kg 铝矾土/kg 转炉下渣控制/kg
1 1100 350 1284
2 1200 300 1300
3 800 250 1300
4 900 150 1320
[0078] 表6LF过程控制
[0079]实施例 活性石灰/kg 铝矾土/kg 钢包底吹流量NL/min 搅拌时间/min
1 500 350 500 20
2 600 250 700 17
3 700 200 800 13
4 800 250 1000 10
[0080] 表7LF处理结束控制效果
[0081]实施例 钢包渣TFe/％ 钢中[P]/％
1 16 0.0033
2 17 0.0032
3 18 0.0030
4 20 0.0028
[0082] 表8RH控制
[0083]
