H08A脫氧工藝探討*

郝 忠

(宣化鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司)

H08A脫氧工藝探討*

郝 忠

(宣化鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司)

論述了轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)H08A焊條鋼脫氧工藝優(yōu)化的原理，H08A焊條鋼脫氧的必要性，并結(jié)合實(shí)際對(duì)脫氧劑使用工藝進(jìn)行了探索，確定了H08A脫氧的工藝優(yōu)化路線;使H08A的產(chǎn)品質(zhì)量滿足了用戶要求，并成功地在煉鋼生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。

脫氧 煉鋼 焊條鋼

0 前言

H08A鋼是典型的低碳低硅系列的鋼種，所以出鋼過程中鋼液內(nèi)必然含有過剩的氧，如果脫氧不充分，高氧含量的鋼水澆注后容易引起連鑄坯氣泡，高線軋制過程中易產(chǎn)生結(jié)疤、折疊等產(chǎn)品缺陷。為改善組織結(jié)構(gòu)，消除皮下氣泡，通常要求其有適量鋁含量。生產(chǎn)中若采用大量的鋁進(jìn)行脫氧，鋼水中過剩的氧和鋁反應(yīng)勢(shì)必產(chǎn)生大量的Al2O3，Al2O3懸浮于鋼液中，若未能及時(shí)排除，將造成氧化鋁夾雜集聚形成大顆粒夾雜，在澆鋳過程中，導(dǎo)致水口結(jié)瘤，中斷澆注。因此，選擇合適的脫氧工藝，執(zhí)行正確的脫氧工藝路線是生產(chǎn)低硅、低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼的重要環(huán)節(jié)。

1 H08A鋼成分要求及工藝路線

H08A鋼企業(yè)成分內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)及國標(biāo)要求見表1。

表1 H08A鋼成分控制范圍 %

由表1可以看出，碳和硅的含量控制得很低，根據(jù)C－O平衡原理和硅氧化的特點(diǎn)可知，碳和硅的含量越低，鋼液中氧含量就越高，氣泡產(chǎn)生的幾率就愈大。脫氧工藝若采用轉(zhuǎn)爐鋁錳預(yù)脫氧與吹氬站喂鋁線輔助降氧，后喂鈣線變性處理的方式，此工藝到氬站控氧極其不穩(wěn)定，氬站喂線量較大，而且從工藝上

實(shí)際煉鋼生產(chǎn)中鋼液的溶解氧含量［O］低于［O］飽和;鋼液［O］含量除與溫度有關(guān)外，還與鋼液其它組元含量、爐渣氧化性、氧氣煉鋼供氧參數(shù)等有關(guān);冶煉結(jié)束時(shí)［O］含量存在一波動(dòng)范圍;以氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐為例，當(dāng)終點(diǎn)［C］含量在0.02%～0.10%之間時(shí)，［O］含量在0.08%～0.01%之間。鋼中碳和看鈣包芯線的喂入點(diǎn)、喂入深度、喂線速度、喂線量不盡相同，對(duì)鋼水中變性產(chǎn)物，變性量及時(shí)間要求不易控制，稍有處理不當(dāng)易造成鑄機(jī)鋼水可澆性差，導(dǎo)致澆注時(shí)中包水口發(fā)生絮流，嚴(yán)重時(shí)斷流、停機(jī)。

經(jīng)過近幾年的生產(chǎn)實(shí)踐，宣鋼按照生產(chǎn)精品焊條鋼的工藝原則，現(xiàn)使用脫氧工藝路線為:混鐵爐鐵水→110 t轉(zhuǎn)爐(合金為Al－Mn鐵、低碳錳鐵)→爐后(鋁鎂鈣脫氧)→吹氬站(吹氬攪拌、喂絲、定氧、Al－Mn－Ti脫氧、定氧、喂絲、軟吹)→連鑄(保護(hù)澆注、中包覆蓋劑、專用保護(hù)渣)。

2 脫氧的必要性

在氧氣煉鋼過程均采用向金屬熔池供氧以氧化去除鐵液中碳、硅、磷等雜質(zhì)，為獲得高的反應(yīng)效率，必須供入充足的氧，在冶煉臨近結(jié)束時(shí)，鋼液實(shí)際上處于“過度氧化”狀態(tài)。氧的關(guān)系如圖1所示。

圖1 鋼中碳和氧的關(guān)系

固體鋼中氧的溶解度變化如下:

1)鐵凝固后氧在固體鐵中的溶解度顯著降低;

2)δ鐵中氧的溶解度最多約為80×10－6g/100g;

3)γ鐵中氧的溶解度最多約為25×10－6g/100g;

4)α鐵中氧的溶解度僅約為3～4 ×10－6g/100g;鋼中氧的溶解度如圖2所示。

圖2 鋼中氧的溶解度

由圖2可以看出，鐵液在凝固以及隨后的冷卻過程中，溶解氧幾乎全部從Fe中析出。高氧含量的鋼水澆注后容易引起連鑄坯產(chǎn)生氣泡，高線軋制過程中易產(chǎn)生結(jié)疤、折疊等產(chǎn)品缺陷。

2.1 爐后使用鋁鎂鈣的脫氧

含有堿土元素的各種鐵合金，對(duì)提高鋼的物理機(jī)械性能、工藝性能和使用性能卓有成效。這類鐵合金用于鋼液的脫氧，不僅有較強(qiáng)的脫氧能力，而且由于熔點(diǎn)低、比重大，對(duì)鋼液有較強(qiáng)的穿透能力，具有較強(qiáng)的去除氣體和非金屬夾雜物的精煉作用，以及脫硫、夾雜物球化和細(xì)化晶粒的作用，能使鋼水流動(dòng)性更好，促進(jìn)鋼水中非金屬夾雜物上浮，使夾雜物清除更徹底、鋼水更純凈。

鋼水中元素脫氧能力從強(qiáng)到弱可以排序?yàn)?Ca，Mg，Al，Ti，Si，V，Mn，Cr。Ca 作為第二主族元素，反應(yīng)性很強(qiáng)，有相當(dāng)強(qiáng)的脫氧能力，這點(diǎn)與同族元素Ba相比較可知Ca脫氧比Ba更有優(yōu)勢(shì):兩者摩爾質(zhì)量比MCa∶MBa=1∶3.426，即都脫除一定量的氧，若需要1 kg的Ca，就需要3.426 kg的Ba。

Al脫氧能力較強(qiáng)，其脫氧產(chǎn)物Al2O3熔點(diǎn)很高(2050℃)形成很細(xì)的固體顆粒，但Al2O3顆粒表面與鋼液間界面張力大，易于上浮，所以Al常用來做終脫氧劑。鋁在脫氧合金化過程中，有一部分與空氣、爐渣接觸被氧化燒損，有一部分與鋼中O和N反應(yīng)，即參與脫氧反應(yīng)。這兩部分反應(yīng)產(chǎn)物大部分進(jìn)入到罐內(nèi)渣中，少部分殘留在鋼中以［Als］形式存在，［Als］含量過低不能滿足品種要求，而太高的酸熔鋁含量不僅增加生產(chǎn)成本，而且［Als］在吹氬和澆鑄過程中保護(hù)不當(dāng)易二次氧化形成Al2O3導(dǎo)致中間包水口堵塞。

為了克服Al2O3夾雜帶來的上述種種缺點(diǎn)，必須改變Al2O3夾雜物的形態(tài)，將固態(tài)的Al2O3夾雜轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)低熔點(diǎn)的鈣鋁酸鹽夾雜。以便夾雜物聚集上浮，減少水口堵塞和鋼液中的夾雜物數(shù)量。當(dāng)鈣、鋁復(fù)合脫氧時(shí)，活度積比單獨(dú)用鋁的活度積小，其脫氧能力大(約為190倍)，鈣的存在提高了鋁的脫氧能力，即在達(dá)到同樣的脫氧效果時(shí)，減少鋁在鋼中的消耗量，同時(shí)鋁的存在也減少了強(qiáng)氧化劑鈣的脫氧消耗和鈣的揮發(fā)損失，避免二次氧化時(shí)產(chǎn)生更多的Al2O3夾雜堵塞水口;鎂和其它強(qiáng)脫氧劑如鋁做成合金形式不僅可以降低其蒸汽壓，提高其利用率，脫氧時(shí)相互作用生成復(fù)合脫氧產(chǎn)物，在鋼中更易上浮排除。

使用鈣鎂脫氧劑，可以進(jìn)一步地降低鋼中的氧和硫、改善夾雜物的形態(tài)、大小和分布;經(jīng)過鈣處理后，鋼中仍然會(huì)存在大顆粒的鈣鋁酸鹽。經(jīng)過鋁脫氧后的鋼進(jìn)行鈣處理后，氧化物的面積增加了大概六倍，鎂處理后的鋼中氧化物夾雜的面積幾乎沒什么變化，并且細(xì)小，鎂與鈣一樣，鎂脫氧產(chǎn)生的Mg0也能與A12O3生成鎂鋁尖晶石在鋼中不容易聚集長大，高度彌散分布在鋼中;鎂處理后鋼中非金屬夾雜物的尺寸分布也發(fā)生明顯變化。所以使用鋁鎂鈣使鋼液中夾雜物的量顯著減少，殘留在鋼中的少量鈣鋁酸鹽夾雜在軋制中也不變形，不會(huì)形成Al2O3夾雜物那種尖角鏈狀分布，能提高鋼的同向性，有很好的加工性能及機(jī)械性能。

2.2 氬后使用鋁錳鈦脫氧

由于鋁鎂鈣比重較輕，后由鋁錳替代其作為后補(bǔ)降氧及爐渣改質(zhì);鋁錳鈦合金熔點(diǎn)低、比重大，塊度適宜，對(duì)鋼液有較強(qiáng)的穿透能力，具有較強(qiáng)的去除氣體和非金屬夾雜物的精煉作用，是有效脫硫、夾雜物球化和細(xì)化晶粒作用的復(fù)合脫氧劑，它能進(jìn)一步提高合金收得率，完善脫氧合金化工藝，進(jìn)一步提高脫氧效果，達(dá)到減少鋼中鋁夾雜物和降低軋后廢品，降低煉鋼成本，提高鋼材質(zhì)量的目的，具有顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

3 H08A脫氧工藝在生產(chǎn)中的應(yīng)用

3.1 轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)控制

拉碳按w(C)=0.10%～0.20%控制，終點(diǎn)碳按w(c)=0.05%～0.08%控制，終點(diǎn) w(S)≤0.025%，終點(diǎn)w(P)≤O.018%，終點(diǎn)溫度1660℃～1680℃。

3.2 脫氧合金化

鋁鎂鈣鐵合金按1.3 kg/t鋼加入;其它合金及渣料加入量執(zhí)行原有工藝。出鋼1/3后，加入1/3鋁鎂鈣合金，再加入其它合金，然后加入剩余的鋁鎂鈣。

3.3 擋渣操作

采用擋渣帽和擋渣錐擋渣，盡可能減少下渣，鋼包渣層厚度控制在80 mm以內(nèi)。為減少鋼渣對(duì)鋼水氧化性的影響，轉(zhuǎn)爐出鋼過程采用擋渣帽擋前期渣、擋渣錐擋后期渣。為提高擋渣效果，對(duì)擋渣錐定位進(jìn)行了優(yōu)化并加強(qiáng)了對(duì)出鋼口的維護(hù)，在個(gè)別爐次出鋼口狀況不好和擋渣錐定位不當(dāng)?shù)那闆r下，增加鋁鎂鈣的加入量和在氬站采取相應(yīng)補(bǔ)救措施。

3.4 氬站操作

鋼水進(jìn)站后，吹氬，喂入50 m鈣鐵線確保成份、溫度均勻后測(cè)溫，鎮(zhèn)靜后定氧，根據(jù)定氧儀所測(cè)得的鋼中氧含量加鋁錳鈦進(jìn)行調(diào)整;強(qiáng)吹氬喂絲后鎮(zhèn)靜定氧，如氧活度不在目標(biāo)值內(nèi)補(bǔ)加脫氧劑后再進(jìn)行二次定氧。氧活度達(dá)到要求后，鋼包內(nèi)喂鈣鐵線，使Al2O3夾雜變性，易于上浮。完成喂絲后進(jìn)行軟吹氬，保證軟吹時(shí)間并控制好氬氣流量。足夠的軟吹時(shí)間可以使鋼中的夾雜物充分上浮，從而減少鋼中夾雜物的含量，提高鋼水的潔凈度，同時(shí)也可以避免連鑄結(jié)流事故的發(fā)生。鋼水處理后加保溫劑上連鑄平臺(tái)。

4 脫氧后H08A氧活度指標(biāo)

隨機(jī)抽查50爐轉(zhuǎn)爐焊條鋼，其出鋼碳、到氬站氧、方坯硅含量見表2。

由表2可以看出，使用鋁鎂鈣與鋁錳鈦復(fù)合脫氧劑能有效的脫除鋼中多余的氧，能達(dá)到該鋼種的技術(shù)要求，且性能比較穩(wěn)定。減少了氣泡產(chǎn)生的可能性，滿足了成品鋼的要求。脫氧后H08A鋼連鑄方坯皮下氣泡低倍組織如圖3所示。

表2 焊條鋼出鋼碳、到氬站氧、方坯硅含量

圖3 脫氧后H08A鋼連鑄方坯皮下氣泡低倍組織

5 結(jié)論

1)鎂鋁鈣鐵有很強(qiáng)的脫氧能力、且脫氧速度比較快;鋼中的氧活度值低且比較穩(wěn)定，鋼中殘余的非金屬夾雜物大幅度減少;

2)采用鋁鎂鈣鐵合金脫氧，不但脫氧劑用量少，脫氧充分，而且該脫氧劑有改變夾雜物形態(tài)，促進(jìn)夾雜物上浮的功能，使鋼中夾雜物量減少;

3)采用鋁鎂鈣鐵合金脫氧，減少了氬站大量補(bǔ)鋁線降氧的操作，降低了成本;

4)成功開發(fā)了轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)H08A焊條鋼優(yōu)化脫氧工藝。

［1］何東穎，吳振剛，張宇思.H08鋼連鑄生產(chǎn)中Si含量的控制［J］.河北冶金，2000(1):5 －6.

［2］李江等.復(fù)合脫氧劑鋁錳鐵代替純鋁預(yù)脫氧工藝試驗(yàn).煉鋼，1998(4):16－19.

［3］余志詳.轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù).中國冶金，2001(1):17－23.

INVESTIGATION ON H08A DEOXIDIZATION PROCESS

Hao Zhong
(Xuanhua Iron and Steel group Co.，Ltd)

The article briefly discusses principle of process optimization of H08A welding steel produced by converter and the necessity of H08A welding steel deoxidization，investigates deoxidation reagent application situation，determines the optimum deoxidization process which makes H08A product meet customer’s requirement and successfully spread.

deoxidization steel－making welding steel

*聯(lián)系人:郝忠，高級(jí)工程師，副廠長，河北.宣化(075100)，河北鋼鐵集團(tuán)宣化鋼鐵公司煉鋼廠;

2012—2—1