唐钢纯净钢生产技术的应用.pdf

唐钢纯净钢生产技术的应用 P r o d u c t i o nP r a c t i c eo fC l e a nS t e e l i nT a n g S t e e l 供稿陈俊东，孙利顺，陈杰／C H E NJ u n ．d o n g ，S U NL i ．s u n ，C H E NJ i e 随着深冲钢、管线钢、汽车大梁钢、电工钢等 高等级钢种的开发，需要建立以低硫、低磷、低碳 和超低碳、低氮、低氧等质量指标和综合技术为特 征的纯净钢冶炼平台。 低硫钢生产技术 除了少数特殊钢种外，硫对钢材的各项性能都 是有害的。使钢材的热加工性能、焊接性能、抗腐 蚀性能恶化；使钢材延展性和冲击韧性明显降低； 同时显著降低钢材的抗氢致裂纹 H I c c 的能力。对 于重要用途的钢板高层建筑、重载桥梁、海洋设施 等以及需要冲压、焊接加工的钢种，钢中硫含量要 求尽量低，目前大都控制范围在0 ．0 0 8 ％以下，控制 目标值0 ．0 0 5 ％。 铁水氧含量低、[ c ] 和[ S i ] 高，与钢水相比易于 脱硫。硫的控制一般采用铁水预处理脱硫和转炉冶 作者单位河北钢铁股份有限公司唐山分公司技术中心，河北唐山0 6 30 1 6 炼控硫的措施，有的钢厂也采用R H 真空精炼深脱 硫技术，以获得更低硫含量的钢水川。 唐钢采用喷吹颗粒镁铁水脱硫技术，使入 炉铁水硫含量达到0 ．0 0 2 ％以下，吨铁喷吹颗粒 镁0 ．8 蜒。转炉使用优质低硫的自产废钢、气烧石 灰、低硫轻烧白云石等人炉材料，尽量减少硫的带 入。另外，在冶炼纯净钢前2 ～3 炉，冶炼低硫钢水， 清洗高硫的转炉炉衬，也称为“洗炉”，从而创造 低硫的冶炼环境，确保钢水低硫含量。还有，在出 钢过程中，加入脱硫渣，提高钢包顶渣碱度和硫容 量。以上措施的采用，使得吹炼终点钢水硫含量达 到0 ．0 0 6 ％以下，成品硫含量0 ．0 0 7 ％以下。 低磷钢生产技术 一般情况下，磷在钢铁产品中是有害杂质，需 在炼钢时设法尽可能多地去除掉。钢中含磷高时， 2 0 1 2 年第6 期岔燕嚣等3 1 万方数据 会使钢的塑性和韧性降低，即出现钢的脆性现象， 低温时更加严重，通常称之为冷脆。脱磷反应一般 用以下方程式表示 2 [ P ] 5 F e 0 4 C a 0 4 C a 0 P 2 0 5 5 [ F e ] 1 由式 1 可知，欲提高炉渣的脱磷能力必须提 高F e 0 和c a 0 活度。脱磷是强放热反应，因此较 高的碱度和较高的氧化铁含量、较低温度等条件是 脱磷的重要条件。转炉冶炼前期如果温度太低，将 不利于石灰熔化，c a 0 活度降低影响脱磷；若温度 太高，将引发脱碳反应，转炉熔池反应剧烈，易发 生喷溅。因此在转炉冶炼前期应控制好温度溶池温 度，形成具有一定碱度 碱度值约3 ．0 和流动性好的 前期渣，利用前期有利的去磷条件完成脱磷的主要 任务[ 2 1 ；吹炼中期要控制好过程温度及渣况，避免 由于炉渣返干造成已经脱除到炉渣中的磷再次回到 钢液中；吹炼后期转炉溶池温度在1 6 3 0 ℃左右，渣 中F e 0 和碱度较高，为进一步脱磷创造了条件。在 整个操作中灵活调整枪位和散料加入量，控制渣中 适当的 F e 0 ，并减缓C 一0 反应速度，避免返干， 并使脱磷速度大于脱碳速度，以利于磷的去除。 出钢过程防止钢水回磷也是控制钢水磷含量的 关键步骤，采取控制钢包下渣和顶渣改质等措施。 控制下懑 转炉出钢后，由于脱磷热力学条件的改变，致 使钢包顶渣发生磷的还原反应，“回磷”现象不可 避免地发生。为从根本上消除这一不利影响，最有 效的方式就是严格控制出钢下渣量。唐钢采用挡渣 球和挡渣锥综合挡渣技术，下渣量控制在5 0m m 以 下。下渣检测装置使用后，操作人员的操作精准度 明显提高，下渣量在3 0m m 以下。 漾渣或溱 在实际操作条件下，即使采取了非常严格的挡 渣措施，仍会有少量的下渣量。从理论上讲，只要 钢包有含磷顶渣，钢液就可能发生回磷。因此，还 要对钢包顶渣进行有效改质。唐钢一钢轧厂在出钢 过程中，随流向钢包中加入3 0 0 蚝的精炼石灰 约 每吨钢加入2k g 精炼石灰 ，来增加顶渣碱度，有效 抑制回磷现象的发生。 唐钢第一钢轧厂目前可以批量生产目标磷含量 为0 ．0 1 2 ％的低磷钢种。 一3 2 玲燕啦善 2 0 12 年第6 期 低碳钢生产技术 钢中碳能明显增加钢的强度，但钢中碳又能使 钢的塑性韧性下降，冲压性能变坏。除一般结构用 钢、工具用钢外，我们都不希望钢中碳过高。碳对 纯净钢的性能影响最大。对纯净钢而言，唐钢对钢 中碳的控制主要集中在转炉脱碳、真空精炼脱碳和 防止连铸过程增碳三个方面。 转炉糕镶 唐钢生产低碳、超低碳纯净钢时，转炉终点碳 含量控制范围是0 ．0 3 ％～0 ．0 6 ％。转炉终点碳控制过 低则钢中氧含量太高，造成下一道工序需要补加过 多的脱氧剂使钢水中产生较多的夹杂物。转炉终点 碳控制过高增加下一工序的工作量。 鞣瓣麟碳 R H 脱碳技术主要是R H 脱碳前最佳成分控以及 进站温度控制。使之处于最佳范围加速脱碳。 R H 进站温度控制在16 2 0 ～16 4 0 ℃。进站温度低 则需要进行铝氧升温，缺点是产生大量的A l O 。夹杂 物难以去除恶化钢水，造成可浇性差。进站温度高 则增加转炉的负荷，影响转炉寿命。 通过提高R H 提升气体流量和降低真空室压 力，能增大钢水的循环流量，能够有效提高脱碳速 率。综合考虑防止真空室内钢水喷溅以及脱碳反应 条件，唐钢采用脱碳前中后期循环气体流量分别为 7 2 、9 0 、1 0 8m 3 ／h 。 通过应用R H 真空脱碳工艺，钢水碳含量可以 达到0 ．0 0 5 ％。 陡止低碳钢零璞碳 经R H 真空脱碳处理的低碳钢水，为了满足钢 种合金成分以及连铸的需要必须进行脱氧，脱氧后 的钢水就极易吸收耐材介质中的碳而导致钢水增 碳。唐钢采用了无碳钢包、无碳中间包和覆盖剂、 低碳结晶器保护渣来减少增碳。从R H 出站到连铸， 中间包过程增碳量达到0 ．0 0 2 ％以下。 低氮钢生产技术 钢中氮对钢的深冲性能影响很大，钢中氮含量 应尽可能降低。同时钢中氮含量高能够导致钢材产 品时效性差、延伸率降低。在钢中氮含量不高时 氮 万方数据 含量低于0 ．0 0 4 ％ R H 脱氮能力较弱。因此，降低转 炉吹炼终点氮含量和避免钢液增氮是获得低氮钢水 的主要措施p 】。 低氮冶炼 严格控制含氮原料入炉，尤其注意加入废钢铁 块时禁止夹带泥沙。唐钢一钢轧厂开发了转炉低氮 吹炼模式。在转炉吹炼最后3m i n 底吹气体进行氮 氩切换，严禁用氮气杀渣。转炉终点氮含量可控制 在0 ．0 0 1 5 ％以下。 防止钢水增氯 钢水的含氧量对增氮影响很大。钢水的含氧量 高，其吸收氮的能力大大降低。氧化状态出钢有利 于减少增氮。转炉出钢后，经R H 精炼的钢种．钢 水氧含量控制在0 ．0 4 ％～0 ．0 6 ％；经L F 精炼的钢种， 钢中酸溶铝控制在0 ．0 2 ％以内，保证钢液中有一定 的氧含量。 此工艺称作带氧出钢。在L F 精炼工序，造碱 性还原渣覆盖在钢水的表面，进行埋弧加热避免钢 液裸露是防止增氮的关键。在连铸工序，任何可 能导致钢水和空气接触的环节都可能导致增氮。 唐钢采用中间包加覆盖剂覆盖在钢水表面，用直 径7 0m m 的长水口连接钢包和中间，而且在钢包 下水口和长水口连接处采用纤维垫密封并且接人氩 气进行密封，防止裸露的钢液与空气接触造成增 氮。采用上述措施后可使浇铸过程中的增氮量控制 在0 ．0 0 0 5 ％以内。 通过低氮技术的应用，唐钢一钢轧厂生产钢材 产品氮含量低于0 ．0 0 2 ％。 低氧钢生产技术 钢材中的氧主要以氧化物系非金属夹杂物的形 式存在。夹杂物对纯净钢的各项性能均有不利的影 响。要减少钢中生成夹杂物的数量，首先要降低转 炉终点的氧含量。优化转炉吹炼制度，减少后吹， 降低终点钢水氧含量，唐钢纯净钢冶炼终点氧位控 制0 ．0 4 ％～0 ．0 6 ％。转炉终渣中F e O 的含量与钢水 中氧含量成正相关关系。唐钢采用下渣检测及挡渣 出钢减少出钢下渣量。钢水从出钢开始至浇铸过程 中，都可能与大气、炉渣、耐材发生氧化反应形成 夹杂物，通过提高耐材质量，优化炉渣结构，全程 避免钢液裸露等措施减少夹杂物的产生。在R H 真 空处理工艺中尽量减少铝氧升温操作、降低终脱氧 量，减少氧化铝的生成量。保证足够的净吹时间， 使钢中夹杂物充分上浮。目前唐钢纯净钢全氧含量 在0 ．0 0 3 ％以下。 下一步工作目标 优化铁水预处理工艺，采用石灰和颗粒镁符合 脱硫剂，提高脱硫率和降低脱硫成本。 开发转炉双渣预脱磷工艺，实现钢水磷含 量≤0 ．0 0 8 ％。 通过对R H 真空脱碳设备的改造和深脱碳工艺 的优化，进一步降低钢水碳含量另外，采用无碳水 口、无碳保护渣等耐火材料，降低连铸过程增碳 量，实现成品碳含量0 。0 0 5 ％。 结束语 通过开发低硫、低磷、低碳和超低碳、低氮、 低氧冶炼技术，唐钢初步建立起以深冲钢、无取向 电工钢和管线钢为代表的纯净钢冶炼平台，具有了 批量生产纯净钢的能力。钢材成品杂质元素的控制 水平 质量百分含量 硫≤0 ．0 0 7 ％，磷≤0 ．0 1 2 ％， 碳≤0 ．0 0 7 ％，氮含量≤0 ．0 0 2 ％，全氧含量≤0 ．0 0 3 ％ 的质量指标。 f 1 ] 崔健，郑贻裕，朱立新．宝钢纯净钢生产技术的进步中国工程科学， 2 0 0 5 6 1 f 2 1姚娜，李祥胜．转炉脱磷工艺的优化．河北理工大学学报 自然科学 版 ，2 0 1 1 2 1 [ 3 ] 田启新，杨晓江，耿伟，等薄板坯工艺生产s P H c 钢中氮的控制实 践．南方金属，2 0 l O 1 0 2 0 1 2 年第6 期潞带誊3 3l 万方数据 唐钢纯净钢生产技术的应用唐钢纯净钢生产技术的应用 作者陈俊东， 孙利顺， 陈杰， CHEN Jun-dong， SUN Li-sun， CHEN Jie 作者单位河北钢铁股份有限公司唐山分公司技术中心,河北唐山,063016 刊名 金属世界 英文刊名Metal World 年，卷期20126 本文链接