天鐵GE01-TS鋼種研發

王洪偉，史湘東

（1.天津天鐵冶金集團技術中心，河北涉縣056404；2.天津天鐵冶金集團熱軋板有限公司，河北涉縣056404）

天鐵GE01-TS鋼種研發

王洪偉1，史湘東2

（1.天津天鐵冶金集團技術中心，河北涉縣056404；2.天津天鐵冶金集團熱軋板有限公司，河北涉縣056404）

天鐵為滿足市場要求，通過對鐵水預處理工藝控制硫的含量、優化轉爐終點控制、LF帶氧加熱、RH真空脫碳工藝控制碳、氮含量的等工藝研究和探討，研制開發出GE01-TS鋼種。該產品能夠滿足冷軋薄板軋制工藝要求。

超低碳鋼種；脫硫；RH真空脫碳；成分；控制

1 引言

超低碳冷軋鍍鋅薄板是廣泛應用于家用電器、汽車等行業的原料，其下游工序的各種成型的深加工，對冷軋薄板的延展性和深沖性能有了更高的要求。

為適應市場需求，天鐵熱軋與鞍鋼天鐵實現了產品工序對接。隨著熱軋CC04低碳鋼冶煉工藝的不斷成熟，已具備了生產超低碳鋼的能力。鋼中固溶碳、氮是影響冷軋鍍鋅薄板深加工性能的關鍵元素，通過RH精煉降低鋼水中碳、氮含量，充分發揮RH精煉潛能，以較低的成本生產出超深沖薄板，通過多次研究探討，研發出的GE01-TS鋼滿足了冷軋薄板軋制工藝要求。

2 設備狀況及工藝選擇

2.1 天鐵熱軋主要設備

天鐵熱軋生產工藝設備主要包括1座倒罐站，2套復合噴吹脫硫，2座180 t頂底復吹轉爐，2座雙工位180 t LF，1座3車5位180 t RH和2座2機2流板坯連鑄。

2.2 GE01-TS成分要求

GE01-TS鋼種成分要求見表1。

GE01-TS屬于超低碳鋼，硅含量低，要求含有鈦元素進行細化晶粒。根據C-O平衡的關系，常壓下轉爐終點碳不可能達到很低，一般極限值為0.03%，只有通過RH真空脫碳才能將碳含量控制在要求范圍內。

2.3 工藝選擇

天鐵熱軋工藝路線包括：

工藝路線1：倒罐站→鐵水預處理脫硫→頂底復吹轉爐→板坯連鑄；

工藝路線2：倒罐站→鐵水預處理脫硫→頂底復吹轉爐→LF→板坯連鑄；

工藝路線3：倒罐站→鐵水預處理脫硫→頂底復吹轉爐→RH→板坯連鑄；

工藝路線4：倒罐站→鐵水預處理脫硫→頂底復吹轉爐→RH→LF→板坯連鑄；

工藝路線5：倒罐站→鐵水預處理脫硫→頂底復吹轉爐→LF→RH→板坯連鑄。

這5種工藝路線是根據不同鋼種采用不同的工藝路線，對GE01-TS來說，是天鐵冶煉較為高級的鋼種，除了要控制好鋼中碳、硅、氮含量，還要保證鋼水的純凈度。通過冶煉實踐，考慮到對轉爐爐襯的影響和鋼水到RH真空精煉的溫度穩定性，選擇采用工藝路線5來生產GE01-TS鋼種，通過LF進行升溫和頂渣改質功能，給RH提供溫度穩定的鋼液，在RH工序通過脫碳、脫氧合金化、脫氣來完成此鋼種的冶煉。

表1 G-TS鋼種成分要求/%

3 GE01-TS鋼種開發準備

3.1 鋼、鐵包、中包準備

由于天鐵熱軋所用鋼包采用Mg-C鋼包磚砌筑，需要充分考慮鋼包的增碳量。為了保證冶煉中的穩定溫降，冶煉前要求對鋼、鐵包進行認真檢查，保證鋼包內不得有冷鋼、爐渣、包沿，包內烘烤溫度大于950℃，鐵包無包沿，保證鐵水預處理脫硫扒渣的進行，連鑄中包要求干凈，澆注前要進行氬氣置換。

3.2 原材料準備

廢鋼要求：采用自產坯頭、坯尾及軋鋼切頭等重廢，保證鋼水的潔凈度和磷、硫的控制。

引流劑、鋼包、中包覆蓋劑、保護渣及與鋼水接觸的所有材料全部采用無碳材質，最大限度地減少鋼水增碳。

4 GE01-TS鋼種開發過程

4.1 鐵水預處理脫硫工藝

因LF工序要采用鋼水帶高氧升溫加熱，其脫硫功能大大減弱，因此GE01-TS鋼中硫的控制主要在鐵水預處理和轉爐工序進行，其他工序作為輔助脫硫，為了保證鋼種硫的要求，考慮轉爐回硫量，鐵水預處理工序將脫硫目標值確定為≤0.002%，脫硫過程采用噴吹速率為6～10 kg/min，延長鎂粉在鐵水中的停留時間，噴吹脫硫完成后要鎮靜10 min左右，保證鎂粉與硫充分反應后再進行扒渣處理，扒渣時采用二次扒渣，要求扒渣后要漏出全鐵面，最大限度地減小回硫量。

4.2 轉爐冶煉工藝

轉爐采用先兌鐵后加廢鋼的方式裝入，裝入量為（208±2）t，由于將補償RH溫度損失的升溫任務放在LF工序，因此轉爐主要任務是要確保終點鋼水中ω（P）≤0.012%，ω（S）≤0.010%，ω（O）≤800× 10-6，ω（C）=0.03%～0.06%。

為了滿足終點要求，轉爐底吹采用全程吹氬氣操作來控制氮含量滿足要求；轉爐吹煉過程中要發揮各階段的吹煉優勢，前期控制脫磷，加入造渣料的一半以上，滿足前期堿度要求，利用前期低溫優勢盡快降低鋼水磷含量；中期根據冶煉和化渣情況將剩余物料加入，保證爐渣化透，堿度控制在3.5～ 3.8，鞏固脫磷效果，隨著溫度的提升來提高脫硫效果；后期嚴禁加入任何物料，通過槍位的調整，調整爐渣的活性，保證鋼水成分、溫度穩定，終點前氧槍控制到拉碳槍位停留40 s，為拉碳的準確性提供基礎，采用一次拉碳法進行拉碳，拉碳結束后延遲一段時間關閉氧氣，確保終點氮含量。

出鋼采用滑板擋渣措施，確保擋渣效果；轉爐出鋼時不脫氧、不加合金。出鋼過程中加入爐渣緩釋劑1 000 kg和500 kg細顆粒石灰，并進行吹氬強攪拌，保證爐渣融化，出鋼后期進行弱攪拌，以提升爐渣吸附夾雜能力。

4.3 LF加熱工藝

LF工序不進行造渣，只用來提升溫度，LF在鋼水高氧位下加熱，為保證埋弧效果，提高熱效率，可在微正壓加熱過程中加入一定量的發泡劑。加熱完成后加入高鋁渣進行頂渣改質，起到在RH處理過程中吸附非金屬夾雜物和凈化鋼水作用。

4.4 RH真空精煉工藝

RH處理過程中考慮鋼包、中包澆注過程的增碳可能性，RH終點C含量確定為小于0.0010%，作業前要對RH設備進行徹底檢查，各密封點要認真查看，密封對接要良好牢固，確保密封嚴密，氧含量按照700×10-6～800×10-6控制，脫碳時間保證20 min后，進行取樣分析，碳、硫含量合格后，進行脫氧合金化。

確認鋼水氧含量：鋼水到RH精煉后要確認鋼水中的氧含量是否能夠滿足脫碳要求。根據生產實際，一般要求脫碳后富裕氧含量控制在350×10-6～ 400×10-6較為合適，若氧含量滿足要求，可以直接進行脫碳處理；若氧含量不滿足，將無法在RH精煉中實現超低碳精煉，則需要用MFB氧槍吹氧，進行強制脫碳操作。

確認真空度：在初期快速減壓可加速RH脫碳速率，在中后期保持高真空度也有利于脫碳進行。合理的快速減壓是改善脫碳反應速率的關鍵環節，要求脫碳處理時采用手動操作，將真空度將至67 Pa較為合適。

確認鋼液循環流量：鋼液循環流量增加使得鋼液在真空室底部的線速度增加，使鋼流的邊界層減薄，CO向鋼液面擴散速度增加，脫碳速率也就加快了，鋼液循環流量控制在120 m3/h。

脫氧合金化：根據脫碳后富余氧含量計算脫氧劑用量，再根據殘余成分調整化學成分，Ti-Fe應在脫氧合金化完成后循環3 min后加入，提高其回收率，保證Ti元素合格。脫氧、合金化完成后，要對鋼水進行8 min的循環，確保合金完全熔化，均勻成分，同時促進夾雜物充分上浮。

4.5 連鑄工藝

連鑄采用動態輕壓下液面自動控制、結晶器液面控制技術，大包至中包、中包至結晶器要采用嚴密的保護澆注，嚴格控制吸氣。連鑄拉速要恒定拉速，減少拉速的波動，過熱度控制在20～25℃。中包澆注前要采取氬氣置換措施，避免開澆過程鋼水與大氣的接觸，同時通過在塞棒、浸入式水口通氬氣進行保護減少增氮。

5 冶煉效果分析

5.1 GE01-TS鋼種成分控制

開發GE01-TS鋼種過程中，嚴格控制各工序的目標成分，工序目標不達要求不準進入下道工序，通過嚴格控制，成分控制較理想。2014年7月生產數據見表2。

表2 GE01-TS成品成分/%

5.2 過程碳含量的變化

通過生產實踐，RH通過脫碳處理后，平均碳含量滿足鋼中要求，達到了0.0010%，后面各工序增碳較多，成品成分碳含量最高達到了0.0041%，最低達到了0.0022%，說明鋼包、中包增碳較多，具體數據見圖1。

5.3 過程氧含量的變化

冶煉過程中氧含量的控制，通過RH脫碳結束，脫氧合金化完成，氧含量達到了較低水平。隨著RH循環脫氣的進行和連鑄的澆注，夾雜物得到了充分上浮，鋼水純凈度得到了充分的保障，成品中的平均氧含量為30×10-6。生產過程中氧含量變化數據見圖2。

圖1 各工序碳含量

圖2 各工序氧含量

5.4 氮含量的變化

氮含量控制通過轉爐吹煉、轉爐出鋼、LF加熱、RH精煉和連鑄的保護澆注，嚴格控制氮含量，氮含量在RH進站最高，隨著RH脫氣的進行，氮含量逐步下降至最低，隨著連鑄的澆注有所回升，成品平均氮含量為38×10-6。

生產過程中氮含量變化數據見圖3。

圖3 各工序氮含量

6 結論

天鐵熱軋采用倒罐站→鐵水預處理脫硫→頂底復吹轉爐→LF→RH→板坯連鑄的工藝路徑，通過合理生產組織及工藝細節控制，完全可以滿足澆注過程及GE01-TS鋼種的研發的最終產品質量要求，具備了生產超低碳鋼的能力。

在鐵水預處理工序采用控制噴吹速率、二次扒渣等措施，保證硫含量≤0.002%，滿足了鋼種生產需要。在轉爐工序加強布料控制、堿度控制、利用爐渣不同時期的作用以及拉碳延遲關閉氧氣的措施，保證了轉爐終點控制。通過LF工序的帶氧加熱，穩定了RH工序的溫度控制；在RH工序通過對氧含量、脫碳、脫氣的精準控制，保證了碳、氧、氮完全滿足要求。今后冶煉超低碳鋼時，鋼包、中包材質全部采用無碳材質后增碳量會明顯減少。通過各工序的嚴格控制，使鋼種成分、夾雜物、氣體含量符合鋼種要求，天鐵熱軋開發GE01-TS鋼在成分、工藝路線方面是可行的。

Research and Development of GE01-TS Grade Steel in Tiantie

WANG Hong-wei1and SHI Xiang-dong2
(1.Technology Center of Tianjin Tiantie Metallurgy Group,She County,Hebei Province 056404,China; 2.Plate Hot Rolling Co.,Ltd.,Tianjin Tiantie Metallurgy Group,She County,Hebei Province 056404,China)

In order to meet the market requirement,Tiantie develops GE01-TS grade steel by process study and exploration on controlling sulfur content with hot metal pretreatment process,optimizing converter final point control,adopting LF heating with oxygen and controlling carbon and nitrogen content with RH vacuum desulfurization process.The developed product meets the requirement by the rolling process of cold rolling sheet.

ultra low carbon steel;desulfurization;RH vacuum desulfurization;composition;control

10.3969/j.issn.1006-110X.2014.06.008

2014-06-10

2014-06-25

王洪偉（1972—），男，工程師，主要從事新產品開發和煉鋼工藝技術管理工作。