莱钢生产纯净钢工艺时实践.pdf

2 0 0 8 年洁净钢生产技术国际研讨会文集 菜钢生产纯；争钢工艺实践 王建景周平亓伟伟陈爱娇孙其家 莱芜钢铁集团有限公司技术研发中心，山东，2 7 1 1 0 4 摘要本文详细介绍了莱钢纯净钢的生产技术脱碳、脱硫、脱磷、脱氮、脱氢、脱氧及夹杂物的控制， 通过R H 精炼，莱钢生产的纯净钢质量达到了国内先进水平。 关键词纯净钢；脱碳；脱硫；脱磷；脱氧 1 前言 纯净钢是指钢中杂质元素P 、S 、N 、H 、0 含量及非金属夹杂物等都非常少的钢种，因此冶炼优质纯净 钢就是要尽量降低P 、S 、N 、H 、0 的总体含量和控制夹杂物的数量、尺寸和形状。 R H 作为一种重要的炉外精炼手段，具有脱氢、脱碳、温度补偿、均匀成分和温度、去除夹杂物等较为 强大的精炼功能，在精炼工序中设置R H 炉已成为生产纯净钢的发展趋势。 莱钢充分利用R H 精炼设备优化产品结构，成功开发了低碳纯净钢。 2 莱钢单项技术进步 2 ．1 脱碳 碳是钢中的问隙原子，它的存在会影响钢的深冲性能、时效性能和加工性能。低碳钢的开发必须研究 炼钢、炉外精炼深脱碳冶炼工艺和连铸生产过程中的增碳环节，从而确定冶炼工艺参数和防止增碳的措施。 对于超低碳钢的生产，为了达到既能高速脱碳，以缩短处理时间，又能确保脱碳终点具有合适的含氧 量；转炉冶炼通过合理控制转炉终点[ C ] 和[ O ] ，出钢采取“留氧”操作，转炉脱碳至0 ．0 3 ％～0 ．0 6 ％，保证 初炼钢水氧含量在3 0 0 、5 0 0 p p m 之间，然后通过R H 真宅处理达到自然脱碳降低夹杂物含量的目的。 R H 真空精炼炉在保持较低真空度 1 0 0 P a 状态大于1 2m i n ，使用刚玉整体打结钢包的条件下，经R H 处理的钢水最终钢中[ C ] 含量最低达到1 5 p p m 。为了满足产品的碳含量的要求，必须防止浇注过程增碳，尤 其是中间罐低液面浇注、结晶器液而波动等原因造成卷渣，导致开始浇注的钢液和铸坯头坯的碳含量增加。 使用的各种原料，包括覆盖剂和保护渣，使用低硅超低碳覆盖剂和超低碳保护渣，防止过程增碳。表1 是 R H 处理之后碳含量的变化过程，莱钢的现行的生产工艺路线完全町以满足超低碳钢的技术要求。 表1超低碳钢牛产过程碳含最的变化 2 ．2 脱磷 目前磷的去除主要是在铁水预处理、转炉、二次精炼三个阶段进行。莱钢根据自身工艺特点选择了以 转炉冶炼环节为主进行脱磷。目前已经开发出了低磷钢 P 含量小于0 ．0 0 5 ％ 。脱磷的热力学条件是低温、 高碱度、高的氧化性，根据脱磷的热力学条件，主要采取了以下措施 1 提高转炉冶炼前期脱磷效率。因前期钢水温度低，热力学条件好，但要注意控制炉渣碱度≤2 ， 最好控制在1 ．5 ’1 ．8 之间，这是因为前期温度低，如果碱度高，则炉渣中过高的C a O 含量导致炉渣粘度增加， 2 0 0 8 年洁净钢生产技术国际研讨会文集 流动性变差，影响脱磷的动力学条件。 2 严格限制铁水和固体金属炉料中的磷含量，从源头上控制钢水磷的含量。 3 采用双渣工艺，尽量倒出前期渣，中后期增加石灰消耗量，以增加渣量，提高炉渣碱度，终渣碱 度可控制在3 ．0 ’3 ．5 2 ．间。 4 优化转炉吹炼制度，通过控制枪位的变化及底吹氩的强度创造良好的动力学条件，提高脱磷的效 率。 5 最大限度地降低出钢时的钢水温度。 6 转炉出钢时采用挡渣球、挡渣塞进行挡渣，减少高氧化性转炉渣的下渣量，减少后道工序的回磷。 2 ．3 脱硫 硫是强烈的裂纹敏感性元素，硫含量高会增加铸坯裂纹缺陷产生的可能性。另外，当钢中硫含量大于 8 0 p p m 时，容易形成线性硫化物，它在钢液凝同时易在晶界处析出，在热轧时被轧成带状夹杂，影响钢材 的深加1 二性能。因此将硫的含量控制在低的水平有着非常重要的意义。 低硫钢的工艺路线为铁水脱硫预处理一顶底复吹转炉冶炼一出钢一渣洗- - L F 精炼。铁水预处理采用 喷吹钝化镁粒法，可将铁水中的硫由0 ．0 3 0 ％脱至0 ．0 0 5 ％以下，然后扒除铁水表面的渣，再将铁水兑入1 2 0 t 顶底复吹转炉进行冶炼。但冈铁水带入渣、废钢、石灰、萤石等均含有一定量的硫，转炉冶炼过程有“回 硫”现象，冈此入炉原料如废钢必须采用返回优质废钢，石灰、萤石等炼钢辅料硫含量确保小于0 ．0 2 5 ％ 以减少回硫量，则转炉出钢时钢水硫含量可控制在0 ．0 1 2 ％以下，在出钢时采用合成渣“渣洗”与L F 精炼 过程深脱硫相结合，采用此工艺生产低硫钢，钢中硫含量可控制到0 ．0 0 3 ％以下。 2 ．4 ．脱氧及夹杂物的去除 在一定程度上，钢水的伞氧含量代表了氧化物夹杂的数量，其数值的大小经常作为钢水洁净度非常有 效的评价指标。降低钢中的全氧含量是一项非常艰巨的任务，涉及炼钢、炉外精炼、连铸的系统工作。莱 钢在降低全氧含量、减少夹杂物控制方面，采取了如下措施 1 采用挡渣出钢，要求钢包渣层厚≤7 0m i l l ；对钢包渣改质，转炉出钢时向钢包表面加入3 0 0 k g 改质剂，降低炉渣的氧化性。 2 控制R H 中自由氧浓度和纯脱气时间；成品钢水全氧含量有随着R H 脱碳终点钢中自由氧含量的 增高而增高的趋势。因此，设法降低R H 脱碳终钢水自由氧含量对于降低钢水全氧含量有十分重要的意义。 而使R H 脱碳终钢水自由氧含量降低的主要方法是，将脱碳前钢水中的氧、碳含量控制在最佳范围内，脱 碳前碳含量保持在0 ．0 3 ％～0 ．0 6 ％，钢水氧含量在3 0 0 ～5 0 0 p p m 之间。脱碳后加入合适的铝量，脱除钢液中 的剩余自由氧，保证钢中酸溶铝含量在0 ．0 2 0 ～0 ．0 5 5 ％之间，保证钢水纯脱气时间在5 分钟以上。表2 为纯 脱气时间对氧含量的影响，结果表明纯脱气时间在5 分钟之内，氧含量随纯脱气时间的延长明显降低，5 分钟之后，虽然有降低，但是效果不明显，因此莱钢规定环流时间在5 分钟以上，平均氧含量可以控制在 2 3 p p m 左右，最低氧含量可以达到1 3 p p m 。 表2纯脱气时间对铸坯氧含量的影响 3 钙处理，经过R H 精炼处理的“纯净钢”活度氧≤4 p p m 总氧 。2 5 p p m ，钢水其氧化物 主要是 A 1 2 0 3 ，但这些夹杂物是不规则的棱角状，在轧制时被拉长成条状，降低了横向韧性，从而导致钢的性能 各向异性，这就是冶炼纯净钢不仅要减少夹杂物量，而且要对它们的形状进行变性的一个重要原因。 通过钢水钙处理操作将硅钙包芯线喂人钢水中，把A 1 2 0 3 变性为低熔点的钙铝酸盐，这种球状夹杂物 在轧制过程中不被拉长，不影响钢的各向同性。这种复杂的钙铝酸盐在浇注温度下是液态，代替固态的 灿2 0 3 ，避免了水口堵塞，钢水纯净度也得到了改善。 4 在连铸操作方面，采用全程保护浇注，防止钢水二次氧化保持适量的舡气吹入量和维持结晶 2 0 0 8 年洁净钢生产技术国际研讨会文集 器液面稳定，也是防止污染钢水的重要措施。为了防止结晶器保护渣卷入，须采用不易卷入的高粘度保护 渣。 2 ．5 脱氮 钢中氮的去除比较困难，R H 脱氮效率比较低，这主要与钢中的氧、硫含量较高有关。当钢中界面活性 元素硫、氧含量较高时，钢液的脱氮速度很低，甚至陷于停顿状态。因此目前主要依靠转炉脱氮，在浇注 过程中防止吸氮。铁水含氮量是影响钢水终点氮含量的重要因素，低氮铁水主要靠高炉的顺行来获得，高 温、高钛、高锰、高硅均有助于减少铁水含氮量⋯。 转炉是有效的脱氮工具，脱氮程度一般在2 0 ’4 0 p p m ，其高低取决于铁水加入量、转炉的吹炼控制、 出钢脱氧制度等。高的铁水比可降低终点钢中氮含量，这主要是转炉脱碳过程所产生的c 0 气泡对钢水的清 洗作用加速了钢中氮的去除，同时也增加了吹炼时的渣层厚度，C 0 在渣中的停留时间也相应增加，促使钢 水与大气隔离，减少了钢水吸氮。莱钢的底吹氩工艺对降低终点钢水氮含量起着重要作用。不脱氧出钢、 控制出钢口形状不散流可有效限制钢水吸氮。 目前莱钢低氮钢的N 含量可以有效的控制在3 0 p p m 以下。 2 , 6 脱氢 当钢中的氢含量达到一个临界值时就会产生各种类型的裂纹。钢中氢含量高可能导致在潮湿的H z s 环境 中，金属表面产生氡原子的吸收和扩散使钢中局部氢含量增加，这种现象能够产生氢诱导裂纹H I C ，因此 把氢含量降低到一定范围内对于生产纯净钢是很有必要的。 钢中氢的可能来源主要有以下几个方面①冶炼时加入的各种炉料所携带的水分；②出钢时加入钢包 内的合金材料等所携带的水分⑨新修转炉钢包耐火材料烘干不彻底所含的水；④出钢时从大气中水分所 吸收的氢；⑤设备漏水引起增氢。 通过R H 真空处理可以有效的降低钢中的氢含量。脱气效果受钢水原始氢含量的影响不大而且脱气效果 与极限真空度无关，只需在] O O P a 以下，脱气反应即可完全进行‘2 1 ，只要脱气热力学、动力学条件良好， 钢水中的氢就能降到较低水平j 经现场实验，测定了2 6 9 炉的数据，氢含量随脱气时间的变化数值见表3 。 表3氢含量随脱气时间的变化 莱钢目前入R H 之前氢含量比较稳定，一般在5 ’7 p p m 之间，平均6 p p m 左右。从表3 的数据可以看出，脱 气时间在4 0 分钟左右时，脱气率最高，终点氢含量的高低，在达到一定的真空度的条件下 小于1 0 0 P a ， 终点氢含量基本随着脱气总时间的延长两下降，但在1 5 分钟左右时综合效果最好。莱钢目前脱气时间一般 定在2 0 ’2 5 分钟之间，既达到了脱气目的，又节约时间，减少了能耗。 在所有操作正常的情况下，莱钢真空脱气处理后，真空脱气后，测量2 6 9 炉钢的氢含量，钢水中氢含 量稳定在1 ．1 ’1 ．6 p p m 。从总的测量出的数值准确的2 6 9 炉中，其平均值为1 ．4 5 p p m 。 3 结论 近几年，莱钢在洁净钢冶炼技术方面取得了一些进展，P 、S 含量最低分别可控 J 至| j 6 p p m 和3 p p m 以下， 对钢中[ O ] 、[ N ] 及[ H ] 含量控制和夹杂物控制方面有较大的进步，其最低含量分别达到了[ 0 ] 1 3 p p m ， [ N J 2 1 p p m ，夹杂物得到改性，达到了较高的水平。 参考文献 【l 】刘春．论纯净钢及其生产技术．鞍钢技术，【J 】2 0 0 2 ， 5 3 0 - - 3 3 [ 2 1 张庆坤．影响钢中氢含量的原因分析．炼钢连铸学会论文专辑【c 】．柳钢科技1 3 7 ～1 4 1 6 6 莱钢生产纯净钢工艺实践莱钢生产纯净钢工艺实践 作者王建景， 周平， 亓伟伟， 陈爱娇， 孙其家 作者单位莱芜钢铁集团有限公司技术研发中心 山东 271104 本文读者也读过10条本文读者也读过10条 1. 刘春 论纯净钢及其生产技术[期刊论文]-鞍钢技术20025 2. 刘少芹.孙宽 唐钢第一钢轧厂纯净钢生产工艺探讨[会议论文]-2009 3. 王仁贵.原丽君.张炯明 高碳纯净钢生产工艺的开发与应用[会议论文]-2006 4. 王建昌.程立.张振祥.郝占全.Wang Jianchang.Cheng Li.Zhang Zhenxiang.Hao Zhanquan 太钢50 t电炉纯净钢 生产实践[期刊论文]-河南冶金2010,186 5. 李敏.钱先锋 纯净钢及其有害杂质元素去除的研究进展[期刊论文]-科技资讯201015 6. 袁皓.温铁光.孙群.李伟东 鞍钢超低碳类纯净钢生产实践[会议论文]-2008 7. 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