南鋼板材煉鋼BOF-CCM工藝試驗探討

解生元， 曹余良， 張小偉

(南京鋼鐵股份有限公司， 江蘇 南京 210035)

引 言

南京鋼鐵股份有限公司(以下簡稱“南鋼”)板材煉鋼常規(guī)的生產(chǎn)工藝路線都是100%經(jīng)LF精煉爐處理，且都是經(jīng)鈣處理后上連鑄的含鋁鋼，由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的不同，為達到精品路線理念以及產(chǎn)品質(zhì)量的提升，所以對鋼水純凈度方面要求比較嚴格。近年來，通過參照其它鋼廠的操作方法，對現(xiàn)存的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中要求級別相對較低的鋼種進行了試驗，摸索轉(zhuǎn)爐冶煉→板坯連鑄的工藝路線，以便于開拓一條新的板材生產(chǎn)工藝路線，同時大大提高煉鋼生產(chǎn)作業(yè)率，加快生產(chǎn)節(jié)奏，降低煉鋼生產(chǎn)成本。

1 常規(guī)工藝路線

南鋼板材煉鋼廠有3座150噸頂?shù)讖痛缔D(zhuǎn)爐，3座LF鋼包精煉爐和2座RH真空精煉爐，3臺板坯連鑄機。

常規(guī)工藝流程為：鐵水倒罐→鐵水預處理(2座)→轉(zhuǎn)爐冶煉(3座)→出鋼脫氧合金化→LF精煉爐(3座)→(RH真空爐(2座))→鈣處理→連鑄(3臺)，如圖1所示。

圖1 板材廠工藝流程

主要產(chǎn)品品種為：高級別管線鋼、高強板、耐磨磨具鋼、壓力容器及風塔鋼等。

2 冶煉裝備

鐵水預處理：3臺脫硫設備，引進2套國內(nèi)僅有兩家使用的涌動扒渣設備。

BOF轉(zhuǎn)爐：3臺150噸頂?shù)讖痛缔D(zhuǎn)爐，裝備了奧鋼聯(lián)副槍測量系統(tǒng)、底吹快換系統(tǒng)、滑板擋渣系統(tǒng)、激光測量系統(tǒng)、自動煉鋼模型，轉(zhuǎn)爐煉鋼逐漸向智能控制邁進，實現(xiàn)無人可視化全自動智能煉鋼。

LF精煉爐、RH真空爐：3臺世界一流的達涅利LF精煉、2臺RH真空設備，裝備水平國內(nèi)領(lǐng)先。

CCM板坯連鑄：3臺先進的奧鋼聯(lián)板坯連鑄機，覆蓋了板坯領(lǐng)域所有的寬、薄規(guī)格，其中1#連鑄機寬度3 300 mm，寬度規(guī)格世界第一。

3 試驗工藝路線

3.1 過程控制情況

3.1.1 過程工藝控制情況

過程工藝控制情況如表1所示，通過提高轉(zhuǎn)爐出鋼溫度至1660 ℃以上，采用鋁塊+脫氧造渣劑復合脫氧模式，試驗BOF-CCM工藝共計141爐次，Q235B，A，S355-J1分別為100，25和16爐次。轉(zhuǎn)爐平均出鋼溫度1663 ℃(1640～1696 ℃)，爐后平均溫度1609 ℃(1575 ～1646 ℃)，平均溫降54 ℃，連鑄平均過熱度23.7 ℃(6～47 ℃)； 轉(zhuǎn)爐出鋼平均氧含量497.5×10-6，出鋼微脫氧和合金化后，抽定氧含量35.08×10-6和41.73×10-6；終點氮含量均在35×10-6以內(nèi)。

3.1.2 轉(zhuǎn)爐爐后渣樣情況對試驗爐次渣樣進行抽檢分析，爐后渣樣情況

及成分如圖2、表2所示。由于復合弱脫氧工藝，渣樣波動較大，全鐵含量為0.63%和1.70%；考慮到溫度控制難度較大，出鋼渣料較少，堿度為2.16和4.04，相對偏稀。

3.2 生產(chǎn)組織

由于BOF-CCM工藝弱脫氧，鋼水中氧含量較高，對耐火材料的侵蝕較正常時嚴重(如圖3所示)，一組18爐生產(chǎn)結(jié)束后，水口侵蝕達到15 mm；塞棒侵蝕行程由正常時40 mm提高至60 mm，平均每爐塞棒行程多1.1 mm。針對此類情況，從安全生產(chǎn)方面考慮，該工藝生產(chǎn)嚴格按每組≤12爐進行組織。

圖2 轉(zhuǎn)爐爐后渣樣情況

表1 過程工藝控制情況

表2 (Q235B鋼)爐后渣樣成分

圖3 耐火材料的侵蝕情況

3.3 成本分析

3.3.1 轉(zhuǎn)爐工序

轉(zhuǎn)爐工序成本如表3所示。為了保證轉(zhuǎn)爐試驗工藝熱平衡，減少了冷料的使用量，對應提高石灰用量；同時為了平衡出鋼氧含量， 提高了鋁塊加入量，轉(zhuǎn)爐工序增加成本3.30元/噸鋼。

3.3.2 精煉工序

精煉工序成本如表4所示。A，Q235B及S355-J1常規(guī)工藝LF爐的原輔料、耐火材料及電耗的噸鋼成本分別為35.59元、31.65元和47.65元。

3.3.3 總體成本情況

試驗工藝與常規(guī)工藝成本對比如表5所示。A、Q235B及S355-J1三個鋼種，試驗工藝相對于常規(guī)工藝噸鋼成本分別降低32.29元、28.35元和44.35元。

3.4 質(zhì)量情況

3.4.1 成分控制

中包成分超內(nèi)控情況如表6所示，試驗爐次共計成分超31爐，成分合格率為78.01%，主要為硫含量超標，若剔除硫含量因素，其合格率為90.07%。試驗爐次成品平均硫含量為0.021%(0.0126%～0.0387%)，較正常水平0.006%高0.015%；試驗成品平均磷含量為0.021%(0.011%～0.041%)，較正常水平0.015%高0.006%，如圖4所示。由于該試驗工藝不具備脫硫條件，硫含量為成分控制的難點，也是對后續(xù)質(zhì)量影響的主要原因。

表3 轉(zhuǎn)爐工序成本

表4 精煉工序成本

表5 試驗工藝與常規(guī)工藝成本對比/(元·t-1)

表6 中包成分超內(nèi)控情況

圖4 常規(guī)工藝和試驗工藝成分控制

3.4.2 低倍控制

此次試驗共取低倍試樣45塊，共有31塊試樣因中間裂紋或中心偏析超標不合格，低倍合格率為31.11%，較1號機正常水平低60%；其中3塊低倍試樣中心偏析超標，評級為1.5級，31塊低倍試樣中間裂紋超標，評級為1.0～2.0級。典型低倍不合

格實物照片如圖5所示。

3.4.3 坯料和鋼板質(zhì)量

坯料和鋼板質(zhì)量如表7所示。試驗工藝連鑄坯表面質(zhì)量控制不穩(wěn)定，坯料修磨率為12.79%，坯料改判率為16.36%，鋼板裂紋發(fā)生率為4.88%，廢品率為1.00%。

圖5 典型低倍不合格實物照片

表7 坯料和鋼板質(zhì)量

4 結(jié)束語

(1)試驗工藝煉鋼過程控制難度較大，鋼水過氧嚴重，溫度波動較大，鋼水化學成分控制不穩(wěn)定，特別是鋼水硫含量相對于常規(guī)工藝高出3倍以上，對連鑄坯質(zhì)量影響嚴重，連鑄坯內(nèi)、外部質(zhì)量較差，低倍合格率僅31.11%，坯料修磨率12.79%，鋼板裂紋發(fā)生率4.88%，廢品率1.00%。

(2)由于鋼水過氧，耐火材料侵蝕嚴重，連澆爐數(shù)受限制于12爐以內(nèi)；同時化學成分和溫度波動大，生產(chǎn)不穩(wěn)定概率較大。

(3)由于取消了精煉過程，降本空間較大，A，Q235B及S355-J1三個鋼種的噸鋼成本分別降低35.59元、31.65元和47.65元。

(4)關(guān)于試驗工藝路線的兩點建議：①為保證過程工藝穩(wěn)定，連鑄坯質(zhì)量受控，BOF-CCM試驗工藝增加鐵水預處理，降低鋼水硫含量，提高連鑄坯質(zhì)量；②提高轉(zhuǎn)爐出鋼鋁塊加入量，保證脫氧效果，結(jié)合本次試驗數(shù)據(jù)及前期輕處理經(jīng)驗，爐后鋼水中鋁含量應控制在0.005%～0.015%，降低鋼水中氧含量，保證生產(chǎn)安全穩(wěn)定，提高連鑄坯質(zhì)量。