唐鋼SPHC工藝與質(zhì)量控制

郭輝

（河北鋼鐵集團(tuán)唐山鋼鐵股份有限公司長材部， 河北　唐山　063000）

生產(chǎn)實(shí)踐·應(yīng)用技術(shù)

唐鋼SPHC工藝與質(zhì)量控制

郭輝

（河北鋼鐵集團(tuán)唐山鋼鐵股份有限公司長材部， 河北唐山063000）

基于文獻(xiàn)研究，結(jié)合唐鋼SPHC的生產(chǎn)實(shí)踐，分析低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼SPHC的冶煉過程的成分控制、精煉過程的控制以及保護(hù)澆注的控制。分析表明：經(jīng)過鋼包吹氬處理，鋼水中的夾雜物數(shù)量有所下降；優(yōu)化吹氬工藝，可促進(jìn)夾雜去除。

轉(zhuǎn)爐脫氧合金化脫硫鋼包吹氬

SPHC鋼屬于低碳、低硅、低硫、高鋁供冷軋用的鋼種。目標(biāo)成分為：w（C）≤0.07%，w（Mn）=0.15%～0.30%，w（Si）≤0.05%，w（S）≤0.01%，w（P）≤0.02%，w（Als）≤0.020%～0.050%。SPHC鋼中的碳、硅、鋁是三個(gè)關(guān)鍵元素，為了提高深沖性能，要求鋼水中w（Al）≥0.02%，碳、硅是材料強(qiáng)化元素，SPHC成品鋼中要求w（C）≤0.05%、w（Si）≤0.05%，因此冶煉過程應(yīng)嚴(yán)格避免增硅、增碳，減少鋼水二次氧化和夾雜的產(chǎn)生。

1　鐵水預(yù)處理

及時(shí)校對鐵水稱量系統(tǒng)，保證鐵水量準(zhǔn)確。嚴(yán)格進(jìn)站取樣測溫制度，做到原始數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤，以便精確計(jì)算給料量。優(yōu)化噴吹工藝，調(diào)整給料速度、噴吹深度、噴吹時(shí)間等工藝參數(shù)，扒凈包內(nèi)頂渣，避免回硫，提高終點(diǎn)硫命中率，為轉(zhuǎn)爐提供優(yōu)質(zhì)低硫鐵水，確保入爐鐵水w（S）≤0.015%。

具體操作：鐵水在預(yù)處理前先在扒渣機(jī)得以扒渣處理，隨后在預(yù)處理站通過噴槍加入總石灰量的1/3石灰，剩余的2/3的石灰被逐次加入，噴吹完成后，空吹2 min（即后攪，石灰總加入量約為1 kg/t鐵水）。加入的石灰形成了新渣，可提高該新渣層的硫容量，空吹后攪促進(jìn)了鐵水運(yùn)動(dòng)，可提高傳質(zhì)效率。

2　轉(zhuǎn)爐冶煉

根據(jù)物料平衡、熱平衡計(jì)算，合理組織鐵水、廢鋼裝入量；加強(qiáng)對轉(zhuǎn)爐冶煉成分、溫度的控制，確保成分、溫度合格；充分發(fā)揮復(fù)吹轉(zhuǎn)爐優(yōu)勢，盡量降低終點(diǎn)鋼中的氧含量；采用復(fù)合脫氧劑，形成液態(tài)脫氧產(chǎn)物，有利于夾雜物的排除；采用定位擋渣技術(shù)，減少出鋼后期下渣。

2.1吹煉過程［N］含量的變化

轉(zhuǎn)爐C-O反應(yīng)生成的CO氣泡，鋼液中的氮?dú)鈹U(kuò)散進(jìn)入CO氣泡，隨CO氣體上浮排出。在吹煉過程中，鋼液的脫氮速度與脫碳速度成正比。在吹煉前期和中期，碳氧反應(yīng)激烈，脫碳及脫氮速度快。底吹N2不會(huì)使鋼液增氮，為使鋼液最終含氮量低，采用吹煉過程前中期底吹N2，后期切換為底吹A(chǔ)r，切換時(shí)間為整個(gè)吹煉時(shí)間的70%。

2.2鋼水脫氧合金化

由于SPHC鋼為低硅鋼，在脫氧合金化過程中不使用含硅合金，生產(chǎn)中首先采用鋁錳鐵合金脫氧，該合金密度近似鋼液密度，易于溶解。出鋼前在包底加入一半的脫氧用鋁錳鐵合金，在出鋼過程中加入剩余部分，脫氧合金加入量為3.1～6.6 kg/t，之后用低碳錳鐵（FeMn84C0.4）配錳，一般加入0.48～2.17 kg/t，其化學(xué)成分見表1。轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)定氧，出鋼時(shí)依據(jù)終點(diǎn)氧用鋁粒進(jìn)行鋼包渣改質(zhì)。

表1　低碳錳鐵FeMn84C0.4化學(xué)成分　%

2.3鋼包吹氬及效果

氬在鋼水中的溶解度幾乎為零，該惰性氣體不與鋼中的元素反應(yīng)。向鋼包吹入氬氣后，鋼水中形成的氬氣泡與鋼中的氧、氮、氫相比屬真空條件，使氧、氮、氫向Ar泡擴(kuò)散，并隨Ar泡的上浮排出。氬氣的上浮將帶動(dòng)鋼水沸騰，Ar泡內(nèi)CO的分壓為零，C與FeO進(jìn)一步反應(yīng)，改善了脫氧效果，如下頁表2所示。

表2　抽樣檢查爐次的［O］含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）　×10-6

由表2可知鋼水平均氧含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：氬前為96×10-6，氬后為74×10-6，大約降低了23%。因此，鋼包吹氬能夠明顯降低鋼中的氧含量。氧含量是衡量夾雜物的指標(biāo)，氧含量的減少代表夾雜物數(shù)量的下降。

吹氬去除夾雜物的原理為：夾雜物與上浮的氬氣泡碰撞吸附于氣泡壁，隨氣泡的上浮被去除。

生產(chǎn)中，鋼包吹氬的流量通常是以不吹出“裸眼”為上限。出鋼過程強(qiáng)吹氬，保證吹氬壓力≥0.6 MPa；出鋼完成后軟吹氬，將吹氬壓力控制在0.12 MPa以內(nèi)，保證鋼液不裸露在空氣中，防止空氣使鋼液氧化及鋼液吸氮。將靜止吹氬時(shí)間定為10 min（包括鎮(zhèn)靜時(shí)間），為節(jié)約時(shí)間可設(shè)置吹氬操作在鋼包前進(jìn)過程中進(jìn)行。

3　LF精煉

根據(jù)鋼種的精煉要求，制造成分與流動(dòng)性合適的精煉渣，在不同精煉階段，設(shè)定不同底吹氬氣強(qiáng)度，形成固定的底吹供氣模式，既要充分?jǐn)嚢桎撍纳凭珶捫Ч忠苊庖蜾撍好媛懵┒率逛撍鼩庠龅投窝趸?/p>

4　硅含量控制

SPHC鋼種要求w（S）＜0.03%，硅含量的控制是關(guān)鍵，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐對幾種增硅原因進(jìn)行分析。

4.1攪拌時(shí)間與增硅量關(guān)系

從圖1可以看出，硅在前期增加慢，在中期增加快，在后期變化緩慢。總體表明，攪拌時(shí)間長則增硅量大，但是不同爐次在相同攪拌時(shí)間里的增硅量卻不同，說明增硅量還與其他因素有關(guān)。

圖1　攪拌時(shí)間長短與增硅量的關(guān)系

4.2精煉初始硫含量與增硅量關(guān)系

100爐精煉鋼水（相同堿度）統(tǒng)計(jì)見表3和圖2。

表3　初始硫含量與增硅量的關(guān)系

圖2　初始硫含量與增硅量的關(guān)系

圖2統(tǒng)計(jì)表明：堿度相同時(shí)硫含量高，增加了攪拌時(shí)間，導(dǎo)致增硅多。

4.3下渣與增硅量關(guān)系

堿性渣中CaO與SiO2形成穩(wěn)定的硅酸鈣，αSiO2小時(shí)，一般不增硅，隨著脫氧反應(yīng)的進(jìn)行，αFeO變小、αSiO2變大，硅就會(huì)被還原。因此下渣量大的爐次增硅量較多。

5　喂絲處理

喂絲的主要目的是最終調(diào)整鋼中的合金元素的含量，尤其是鋁的含量，同時(shí)對脫氧產(chǎn)物Al2O3進(jìn)行變性處理。鋁線通過喂絲機(jī)插入鋼水到一定深度時(shí)，能有效去除鋼中的溶解氧。

鋁的收得率除了與鋼水中的碳含量、硅錳預(yù)脫氧情況以及鋼中的鋁含量有關(guān)外，也與喂絲速度有關(guān)，見圖3。

圖3　喂絲速度與合金元素收得率關(guān)系

根據(jù)鋼中［Al］s含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的不同，可將鈣處理分為輕鈣處理（w（Als）≤0.01%）和重鈣處理（w（Als）≥0.015%），SPHC屬于重鈣處理。鈣處理時(shí)CaO 與Al2O3最好能生成液態(tài)的12CaO·7Al2O3（C12A7），因其易在鋼水中上浮，不會(huì)在水口結(jié)瘤而堵塞水口。據(jù)統(tǒng)計(jì)，通過控制m［Ca］/m［Al］可得到以下三種情況，如下頁表4所示。

表4　鋼水鈣與鋁不同含量對鋼水流動(dòng)性的影響

鈣處理后，Al2O3轉(zhuǎn)化成CaO·Al2O3的評價(jià)指標(biāo)為m［Ca］/m［Al］＞0.14和m［Ca］/m［O］T=0.7～0.12。

合適的喂絲速度非常重要，要求不同材質(zhì)絲線有不同的喂絲速度、溫度。若速度過高，則會(huì)使吐入鋼水的絲線還沒有完全熔化便穿出液面；若速度過低，則會(huì)使吐絲機(jī)不能穿透鋼水靜壓力，絲線在液面被燒損。為了提高元素收得率，認(rèn)為喂鋁絲的深度以（0.6～0.75）H為宜，喂鈣線的深度以（0.65～0.75）H為宜，其中H為熔池深度，如表5所示。

表5　氧含量與鋁線加入量關(guān)系

脫硫率隨m［Ca］/m［S］的變化而上升。當(dāng)m［Ca］/m［S］＞4時(shí)，脫硫率可達(dá)40%～50%，同時(shí)氧含量也明顯降低，而氮含量變化不大。

若鈣加入量不足，則析出物呈白色；若鈣加入量過多，則析出物呈黑色，主要成分為CaS。如果鋼中硫含量很少，鈣加入量過多，雖不會(huì)形成CaS，但會(huì)加快塞桿侵蝕。將鋼中w（Ca）控制在（15～30）×10-6，喂鈣量控制在0.036～0.072kg/t，則喂線量為0.12～0.24kg/t。

鈣處理后，要選擇合理的吹氬方式，避免鈣被大量燒損，保證澆鑄前有充分的鎮(zhèn)靜時(shí)間讓夾雜物上浮，一般為15～25 min。所喂入的鐵鈣包芯線成分如表6所示。

表6　鈣鐵包芯線化學(xué)成分　%

6　連鑄澆鑄

為防止?jié)茶T過程中鋼水二次氧化和控制吸氮，采用長水口加吹A(chǔ)r密封保護(hù)澆鑄。鋼包至中間包鋼流使用長水口氬封保護(hù)，保證鋼包水口自開率，避免燒氧引流導(dǎo)致的敞開澆鑄。在中間包包蓋設(shè)置氬氣噴嘴噴吹氬氣保護(hù)，同時(shí)加入中間包覆蓋劑。中間包至結(jié)晶器鋼流使用浸入式水口氬封保護(hù)，控制結(jié)晶器液面穩(wěn)定。

澆鑄過程促進(jìn)夾雜物上浮措施：中間包設(shè)擋渣墻，改變鋼水在中包內(nèi)的流場，促進(jìn)鋼中夾雜物的上浮；采用專用保護(hù)渣，減少鋼水的二次氧化，提高保護(hù)渣吸附夾雜能力；采用結(jié)晶器液面控制技術(shù)，優(yōu)化結(jié)晶器振動(dòng)方式，實(shí)現(xiàn)拉速自動(dòng)控制，避免鋼水卷渣；采用結(jié)晶器電磁攪拌技術(shù)，促進(jìn)鋼中夾雜物上浮。

7　冶煉全程［N］的變化

在整個(gè)冶煉過程中，氮含量范圍及平均值如表7所示。

表7　SPHC各工序中的含氮量

SPHC試驗(yàn)爐次各工序平均吸氮量：吹氬過程為2.54×10-6，LF處理過程為16.45×10-6，鈣處理過程為7.93×10-6，澆注過程為6.92×10-6。圖4為SPHC試驗(yàn)爐次鋼液中w（N）隨工序的變化情況。

圖4　SPHC試驗(yàn)爐次鋼液中［N］含量隨工序的變化

從圖4可看出：LF處理過程吸氮是鋼中氮含量升高的主要原因，經(jīng)LF處理后，氮含量在24.50× 10-6～48.23×10-6間大幅度波動(dòng)，導(dǎo)致后續(xù)工序中氮也大幅波動(dòng)。LF處理過程吸氮不穩(wěn)定，是由于對底吹氬人工控制得不好造成的，氬氣流量和壓力過大使鋼液大面積裸露，造成過程氮含量大幅度增高。

8　結(jié)論

1）出鋼過程中采用鋁錳鐵脫氧，隨鋼流向鋼包中加入頂渣改質(zhì)劑。出鋼過程中強(qiáng)吹氬，吹氬壓力≥0.6 MPa；出鋼完成后軟吹氬，將吹氬壓力控制在0.12 MPa以內(nèi)，保證鋼液不裸露在空氣中為宜，整個(gè)吹氬時(shí)間約為10 min。

2）在軟吹氬的同時(shí)進(jìn)行喂絲處理，根據(jù)鋼水定氧量確定鋁線喂入量為0～0.37 kg/t，鈣鐵線喂入量為0.12～0.24kg/t。生產(chǎn)實(shí)踐中用喂絲機(jī)將鋁絲及鈣線分別以3.0～3.5m/s、1.5～2.0m/s的速度喂入鋼包中。

3）LF處理后，氮含量在24.50×10-6～48.23× 10-6間大幅度波動(dòng)，需優(yōu)化LF吹氬工藝。

（編輯：胡玉香）

SPHC Technology and Quality Control in Tangshan Steel and Iron Co.，Ltd.

GUO Hui
（Tangshan Steel and Iron Co.，Ltd.of Hebei Steel and Iron Group，Tangshan Hebei 063000）

Based on much literature summarization and the produce of the Tang Steel，this paper analyses the chemical composition of the low-carbon Al-killed steel SPHC，the control of the smelting process and the control of the protective casting to get qualified production.The result indicate:with the Ar blowing process，there is a decrease in the number of inclusions in molten steel，and optimizing Ar blowing process can promote the inclusion removal.

converter，deoxidization and alloying，desulphuration，Ar bubbling

TF703

A

1672-1152（2016）04-0073-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.04.25

生產(chǎn)實(shí)踐·應(yīng)用技術(shù)

2016-05-19

郭輝（1983—），男，現(xiàn)就職于唐山鋼鐵股份長材部，從事煉鋼生產(chǎn)工作。