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1、低成本纯净钢冶炼工艺的开发和应用,沈岸明邯郸钢铁集团公司西区炼钢厂,1 高纯净钢全过程氮的控制2 高纯净钢转炉磷、硫的去除及氧夹杂物 的控制3 二次精炼硫和氧的夹杂物去除4 钙处理对夹杂物的影响5 其它6 结论,摘 要：为了实现品种增效，制造钢铁精品，系统分析了钢中氧、碳、氮、硫、磷、氢等元素在钢中行为，探讨了夹杂物产生的原因以及氧和夹杂物去除的机理，合理设计工艺路径；强化重点工艺环节的控制；优化改进控制工艺；通过铁水预处理（扒渣）,转炉冶炼控制,出钢挡渣、对炉渣改性,二次精炼、全程保护浇铸、中间包冶金及采取各种促使夹杂物去除的措施，使邯钢西区炼钢厂纯净钢生产获得较高的水平。关键词：纯净钢；夹
2、杂物；二次精炼；顶渣改质,钢材的纯净度对钢材的性能影响非常显著，也是炼钢水平先进性的重要标志。降低钢中S、P、N 等杂质含量,可以提高钢材的强韧性。当钢中S 从0.016%降低到0.004%时,高合金钢低温平均冲击性能成倍提高。降低钢中全氧含量,降低钢中夹杂物有利于提高钢材的疲劳强度。降低钢中碳氮含量明显改善钢的深冲性能。汽车用高强度IF 钢要求钢中C+N 5010-6。此外,生产热轧薄板须严格控制钢中大型Al2O3夹杂物数量,避免轧制产生裂纹,获得良好的表面质量。硫引起钢的热脆,显著降低钢的热加工性能。碳钢中S6010-6,可基本避免热加工时钢材产生热裂纹。N 和C 都是间隙型杂质,低温时容
3、易在Fe 原子晶格内扩散,引起时效,使钢材的低温锻造性能下降。因此，系统分析了钢中氧、碳、氮、硫、磷、氢等元素在钢中行为，优化冶炼工艺和关键工艺点的环节控制，提高钢水的纯净度有十分重要的意义。,1.高纯净钢全过程氮的控制 1.1 转炉氮控制 利用活动烟罩，通过变频风机和固定烟罩微正压检测装置，按照兑铁、吹炼升温、付枪操作、吹炼结束等阶段微正压检测，调整分机转速，炉口压力要保证正压050mbar，避免碳氧反应的减缓，炉内CO 气氛减弱，防止吸入空气，导致转炉吹炼后期可能增氮。因此操作方面严禁再吹，停吹C要合适；做好底吹系统的维护，合理控制底吹流量，吹炼期对吹流量0.015-0.15 Nm3/mi
4、nt，并根据钢种，做好底吹的切换模式。N气体含量要求钢种模式Ar为80%或100%切换；实行高的矿石加入量和铁水比，降低终点钢中氮含量,目前品种钢的冶炼矿石用量30kg/吨钢，铁水比90%；岀钢操作：出钢口形状要好，防止散流，减少出钢过程中吸氮。转炉出站N控制在20ppm,在钢水出到钢水包的三分之一时，向钢水包内加入碱性精炼渣对钢水顶渣进行改质，及时加入精炼渣可以减少钢包内钢水的裸露，减少钢水面与大气的接触。通过碱性精炼渣顶渣改质，明显控制了出钢过程增氮。保证炉后吹氩处理控制增N3ppm,1.2 LF炉精炼控氮,在LF精炼过程因为吹氩流量和压强过大,钢液大面积裸露很容易造成氮含量大幅度增高；精
5、炼根据过程氮样分析，优化底吹模式。将造白渣、脱硫、成分粗调的810分钟工艺处理时间Ar气流量控制在1000l/min，其次，将脱硫、成分微调、温度调整58分钟工艺处理时间Ar气流量控制在1000l/min，其余辅助或升温时间，底吹流量一律控制在300 l/min；钢水全处理过程中，微正压操作，待机风门开口度10%。处理位风门开口度35%，加料、送电升温、搅拌、测温取样微正压控制在4.0Pa、4.0Pa、3.5Pa、2.0Pa、精炼全过程控制增氮15ppm,增氧30ppm.,1.3 RH炉精炼控氮1.4 连铸控氮,维护蒸汽的稳定，蒸汽压力不小于10bar，蒸汽温度不低于1900C,真空槽体无漏点
6、。工艺处理真空度小于1.0mbar，将氮控制在N 2010-6水平。RH精炼处理合金化之后。当钢中界面活性元素氧较低时,钢液的脱氮速度较快，纯脱气时间不小于5min.保证脱气效果。在RH下降管内压力 管外压力,其耐材内气体主要成分是氮气,空气通过浸渍管的耐材侵入钢液可造成吸氮。在RH 浸渍管周围进行氩封抑制钢液吸氮.,长水口保护浇注。吹Ar保护，大包覆盖剂保护等工艺。Ar气保护气的流量：30L/MIN，压力：2.0bar,2.1高纯净钢转炉磷、硫的去除及氧夹杂物的控制,磷的控制：磷关键环节在于转炉，转炉采用高碱度渣和双 渣操作，使成品中磷含量平均为0.0077%，最低为0.0032%，同时出钢
7、避免下渣回磷，采用挡渣镖挡渣出钢。转炉在脱硫操作时确保:金属液和渣中氧含量要低、使用高硫容量的碱性渣、钢渣要混合均匀。但转炉的氧化气氛限制了转炉的脱硫能力。西区炼钢目前采用的是复合喷吹喷粉的铁水预处理方法来进行深度脱硫,高炉铁水首先进行前扒渣，深脱硫钢扒渣到“0”点以下。铁水预处理通过喷吹钝化白灰和钝化镁粉，铁水中硫含量可降低到0.001。经铁水预处理后的铁水兑入转炉前需经过扒渣,减少铁水渣中的硫对钢水的影响。,2.2工艺处理时转炉氧化物的控制重点,减少所生成的夹杂物数量,控制所生成夹杂物的性质;创造良好的条件促使夹杂物去除;控制炉渣成分使其更有利于吸收夹杂;防止钢水被大气、炉渣、耐材氧化等。
8、因此，在工艺处理时转炉氧化物的控制重点做好四个方面：1）合理提高停吹碳含量和转炉复吹的有效性；降 低终点钢水中的氧和钢包渣中FeO+MnO 含量，从而减少生成的氧化物夹杂。2）在出钢过程中，顶渣的加入要及时，使之在钢水表面形成一层保护层，防止二次氧化。3）出钢口状态好，确保圆流出钢，挡渣镖挡渣和安装下渣监测装置挡渣出钢。4）是出钢用钢包一定要保持“干净”，不允许有包底和包盖。,3 二次精炼硫和氧的夹杂物去除3.1 顶渣改质,改质剂的成分Al2O3 30%、Al 5%、CaO50%，MgO 5%7%。转炉公称容量为250t，出钢量为275t，放钢过程将1000kg 石灰和100kg 萤石随钢流加
9、入，放钢后加入600800kg 改质剂，根据下渣和钢包顶渣改质情况，适当加入0100kg 改质剂。表1 改质剂使用后顶渣成分变化Table 1 Slag composition after adding remodel reagent,表2 钢包改质工艺与精炼渣工艺脱硫效果对比Table 2 Desulfurize effect compare ladle remodel slag with refine slag,钢包精炼改质工艺（渣洗方式），使钢中Alt平均含量由原工艺LF进站前的0.0243%，提高到目前的LF进站前的0.0318%，钢中Alt平均含量提高0.0075%，说明钢包顶渣改质
10、效果较好，顶渣氧势的迅速降低，钢水脱氧良好，钢中Al氧化损耗进一步降低，钢中Alt收得率较预熔精炼渣工艺提高8%以上，改质工艺总体上稳定，并提高了钢中的铝含量，一定程度上避免了因铝含量低而判废的问题，稳定了含铝钢的生产。,3.2 LF精炼造渣的优化控制,二次精炼是生产超低硫钢所必不可少的手段,所用方法主要为加热造渣、喂线、吹气搅拌。此外,钢液中的氧对脱硫有着重要的影响,深脱硫必须在深脱氧的前提下进行。钢水中w(O)要控制在22 10-6 以下。西区炼钢厂精炼工艺处理，重点做好以下细化优化环节：1）要求进站测渣厚，根据顶渣的厚度不同，要求进站配加铝的目标值不同。2）根据生产铝损数据统计指导操作，
11、合理配加铝豆。,表3 不同工艺处理阶段不同钢种铝损数值Table 3 Aluminium loss for different process and vary steel grade,3）优化造渣工艺，合理控制渣子碱度，优化渣子成分，使脱硫效果最佳，一般将渣子成分按w(CaO)约为60%,w(SiO2)约为10%,w(Al2O3)约为30%,w(FeO+MnO)0.6%控制,由计算得到理论上的硫分配比LS高到200,终点w(S)可达410-5 以下，精炼脱硫渣中w(Al2 O3)的最佳范围是20%25%,Al2 O3 除影响熔渣的物化性能外,主要的作用是成渣时形成铝酸盐,可增加炉渣硫容量Cs
12、,提高脱硫效率。CaF2 能够显著降低炉渣的粘度,改善钢液与炉渣反应的动力学条件,适当少量加入。超低硫钢采用LF炉深脱硫工艺，LF 炉深脱硫时终渣成分、炉渣性能指标与钢中硫含量见表下，LF精炼结束使硫含量要求的钢种，将钢中的硫控制在0.004%以内，脱硫率达到80%以上。,表4 LF 终渣成分与钢中硫含量Table 4 Refine slag composition relation with sulphur content in steel liquid,图1 钢水中硫含量与脱硫时间的关系Fig 1 Refine slag composition relation with desulphu
13、r time,4）全过程正压操作和底吹流量分阶段空控制，精炼全过程控制增氮15ppm,增氧30ppm.ALs的控制精炼后期喂丝机喂铝线调整，增加率的收得率。,图2 ALs命中率每月统计情况图表Fig 2 ALs hit rate per month,3.3 RH处理中氧及其夹杂物的控制,RH 真空处理是去除钢中氧及其夹杂物的主要生产手段，采用前期碳脱氧，后期铝脱氧的方式。RH处理过程中的钢中氧含量预测模型公式为：O t=13.688+0.936(%FeO+%MnO)(1-e-k t)+O0 e-k t,k 为夹杂物去除常数，k0.514D0.21G0.4158/W0.42 其中：t 为纯脱气时
14、间；D为浸渍管直径；G为吹氩流量；W为处理钢水 量。从上式可知，夹杂物去除常数 k与浸渍管直径和吹氩流量有关；在RH 处理过程中,处理过程中钢包中氧含量与RH处理前游离氧、钢包渣中FeO+MnO 含量、纯脱气处理时间、浸滞管直径、吹氩流量和处理钢水量有关。要降低钢包中的游离氧的有效途径是：提高吹氩流量、增大浸滞管直径和延长纯脱气处理时间。,在现场实际操作中主要体现为确保环流效果和延长纯脱气处理时间。,1）RH真空精炼为处理钢水时间超过4小时，必须用钢水进行洗槽作业，每个浇次间要进行刮渣、化冷钢及烘烤作业，防止真空槽体挂冷钢，大量氧化物生成，恶化钢水质量；连续冶炼真空槽不进行烘烤作业。2)进站测
15、渣厚，确定清零点，防止真空吸渣或烧损浸渍管氩气小管，破空时渣面距浸渍管浇注料上口要控制在300mm左右。3)真空处理时间控制在15-20min。4)铝的调整按成分中上限控制，在前期加入，合金的调整按目标成分控制，在加铝之后加入。5)尽量避免化学升温，若须化学升温则吹氧量一般控制在200 m3以内，最大不允许超过300m3，而且必须在真空处理前期进行，吹氧后要采用深真空处理模式。6)保证纯脱气时间在5min以上。7)在转炉出钢过程中脱氧和RH处理时后期脱氧加入的铝都生成的Al2O3夹杂物，而Al2O3夹杂物的大小与脱氧铝的加入量和加入时游离氧含量有关。部分Al2O3小颗粒可通过碰撞聚合而长大，在
16、RH处理过程中，大颗粒夹杂物会通过上浮去除,但大量小颗粒夹杂物因跟随钢流作循环运动而难以有效去除，最终导致成品全氧高。为此，进行铝渣处理，每炉约300kg,铝渣成分为：Al2O3(%)1015、MgO(%)38、CaO(%)025、Al(%)3842，形成吸附性渣，同时，钢水静置20分钟以上，保证夹杂物充分上浮。,4 钙处理对夹杂物的影响,精炼推行纯钙线取代钙铝、硅钙包芯线，加入量由350kg降低到140kg,喂线速度由200m/min提高到250m/min，喂线时间由2.5 min减少到1.5 min，大大降低了成本，减少了钙处理过程钢水裸露时间。对钢水进行钙处理,变固态脆性铝酸盐为液态钙铝
17、酸盐，可改变夹杂物的形状，形成的脱氧产物也能很快进入炉渣。还可以控制炉渣成分、改变脱氧过程的热力学条件,进一步降低钢水中的全氧。采取以上措施，已能够稳定生产成品全氧含量小于20ppm的成品。,5 其它,氢的控制及去除主要是要严格杜绝各工序造渣剂、合金料、覆盖剂以及耐材的潮湿,避免碳氢化合物、空气与钢水接触,都有助于降低钢中氢的含量。经RH真空处理以后钢中氢已可稳定控制在210-6%以下。同时，加强钢包管理，强化烧底吹透气转和包底冷钢作业以及对吹透气管道的维护。推行预置块钢包和无钢钢包替代镁碳包，包龄由平均90炉提高到140炉，减少耐材损耗，减少耐材夹杂。每次上料对料仓进行吹扫作业。,6 结论,
18、通过完善纯净钢工艺，钢水的纯净度的大大幅提高，N、H、O在钢水的含量达到国际先进水平，钢水的可浇性明显改善，起得成果如下：1）、酸溶铝的内控合格率从65%提高到81%以上，达到国内一流水平 2）、钢水中的夹杂铝从35ppm加到27ppm以下。3）、精炼时间小于30min炉次，在精炼时间30min以内，可以将硫脱到0.004%以下。4）、超低碳钢中夹杂物主要是三氧化二铝，超低碳钢中的全氧含量为0.0046%，最低为0.0028%，达到了很高的洁净度；5）、钢水气体控制N40ppm、H2ppm,参考文献：1 成国光、肖忠敏、姜周华新编精炼钢水暨铁水预处理1500问中国科学技术出版社 出版时间：2007年03月2 刘海啸,陈永范,郑丽君,刘恒昌纯净钢精炼深脱硫的实验研究炼钢J，2005,21（6）：233 廖 鹏,钢包顶渣改质剂冶金性能的研究J.（2011）中国钢铁年会论文集.4 郑淑国，朱苗勇，潘时松，等.RH真空精炼装置内夹杂物行为的实验研究 J.冶金学报.2006,42（6），657,谢 谢,
