中間包鋼水全氧分析技術在汽車鋼生產中的應用

李泊 ，宋宇 ，李偉東 ，潘瑞寶 ，尚世震

（鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，遼寧 鞍山 114021）

隨著汽車工業的發展，對汽車用鋼特別是汽車面板用鋼的質量要求日益嚴格，針對汽車外板用鋼甚至提出了零缺陷的質量標準。為此，必須持續提高冷軋板卷的質量，首先需要煉鋼工序提供高潔凈度的原料鑄坯。由于煉鋼工藝本身是一個過程控制環節，缺乏快速、準確的檢測手段來評價鋼液的潔凈度，因此，鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠引進了鋼液全氧快速檢驗裝置，通過在RH及連鑄中間包兩個工位取全氧樣，能夠在5 min之內檢驗出鋼液中的全氧值來判斷鋼液的純凈度，從而實現快速檢測、快速響應、分級使用，滿足客戶的個性化需求。

1 中間包鋼水全氧分析技術的應用

1.1 設備簡介

快速全氧取樣器利用惰性氣體氬氣保護，在中間包澆注過程中取樣，棒樣尺寸為Φ 4 mm×70 mm，供實驗室分析鋼水中的全氧。

1.2 全氧分析在生產實際中的應用

鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠汽車鋼冶煉工藝路線為：鐵水預處理（鈣鎂基噴吹鐵水脫S）→轉爐冶煉（260 t頂底復吹轉爐）→RH脫碳及合金化→鑄機澆注。

汽車鋼鋼液中的全氧是由鋼中的自由氧及脫氧后的氧化物組成，鋼液中的全氧值越低就代表著鋼液越潔凈。因此在生產實際過程中，對RH及連鑄中間包兩個工位取全氧樣進行檢驗分析，并將全氧值與軋后夾雜缺陷率進行對應。表1為試驗汽車鋼鋼種的成分范圍，表2為中間包全氧值與夾雜缺陷指數對應關系 （中間包全氧值檔位越低，全氧值越低）。

表1 試驗汽車鋼鋼種的成分范圍（質量分數） %

表2 中間包全氧值與夾雜缺陷指數對應關系

由表2可見，生產實際數據與理論完全能夠吻合，即中間包全氧值越低，鋼液越純凈，鑄坯軋后夾雜缺陷指數越低，隨著全氧值升高，缺陷指數呈明顯上升趨勢。因此，對汽車鋼冶煉工藝環節各參數進行跟蹤，找出對中間包全氧值影響較大的參數，并有針對性的加以控制，從而提高鋼液潔凈度。跟蹤收集100罐汽車鋼生產數據，對各工藝參數分別與全氧量進行相關性分析，最終篩選出五大相關性較強的參數與中間包全氧值進行回歸分析，結果如表3。表3中，SS為整體樣本的離差平方和；MS為離差平方和均值；F值為方程中均離差平方和的比;P值是判定檢驗結果的一個參數,當P≤0.05時，該參數與相應結果有顯著影響。

表3 回歸分析運行結果

由表3可見，精煉進站渣中FeO、RH進站溫度、RH總加鋁量三個參數對汽車鋼中間包全氧值有顯著性影響。因此結合目前這三個工藝參數控制情況，運用Minitab質量工具進行響應優化器優化，得出中間包全氧值在一檔范圍內的各參數控制范圍。圖1為響應優化器優化結果。

圖1 響應優化器優化結果

圖1中，合意性D值為在不同值時的參數因子的取值，當參數在水平線范圍內取值時，參數變化對響應結果及合意性沒有影響，當參數在折線取值時，參數的變化對響應結果及合意性產生影響。合意性為目標的達成率，當D=1.0時代表目標達成。

2 生產工藝參數的優化

依據中間包全氧與各工藝參數的回歸分析，結合響應優化器提供的最佳參數控制范圍，對三個主要影響因素進行了優化。

2.1 精煉進站渣中FeO含量的優化

控制精煉進站渣中FeO含量就要從轉爐源頭入手，控制轉爐終點渣中FeO含量。重點進行如下兩方面的改進。

（1）降低轉爐出鋼渣FeO含量。優化措施有轉爐終點C-T命中率目標由80%提高到90%，實際控制在92%左右，補吹時間控制在1 min之內，杜絕二次補吹；同時在出鋼前采用零位攪拌技術1～3min。

（2）控制出鋼帶渣。措施一是改進轉爐前擋渣工藝，采用軟質擋渣塞，有效避免出鋼第一口渣進入鋼包；采用轉爐出鋼前、后檔渣，并結合下渣檢測設備進行輔助作業，有效地控制了轉爐出鋼時的下渣量；措施二是出鋼過程進行鋼包頂渣改質，隨出鋼的進行加入小粒白灰對鋼液進行渣洗，能夠有效地稀釋鋼液頂渣中的FeO含量，出完鋼后加入鋁質熔渣改質劑脫除渣中氧。

2.2 鋼水RH進站溫度優化

實施全程加蓋工藝降低鋼包溫降。通過采取鋼包全程加蓋的措施，能夠有效地減少鋼水的溫度損失，鋼包加蓋與否對鋼包盛鋼期間鋼水溫度的影響見圖2。由圖2可見，鋼包加蓋對盛鋼過程鋼水溫度變化的影響是非常明顯的，能大大降低鋼水的溫降。在其他條件相同的情況下，60 min以后，全程加蓋的鋼水溫度比不加蓋高近30℃。鋼包在空包期間的散熱時間長，這期間若對鋼包加上蓋，則大大減少熾熱的鋼包內表面直接對外部的輻射分散熱損失，從而明顯減少鋼包在出鋼期間和盛鋼期間對鋼水的蓄熱損失。鋼包加蓋后達到的效果十分明顯。

圖2 鋼包全程加蓋對鋼水溫度的影響

2.3 RH總加鋁量的優化

RH加入的脫氧鋁越多，鋼液中生產的Al2O3夾雜物就越多。為了減少汽車鋼中Al2O3夾雜物的生成量，提高鋼水潔凈度，必須減少RH總加鋁量。因此對精煉脫氧工藝進行優化，首先根據初始氧含量適當采用碳脫氧和錳脫氧脫除過剩氧，即在脫碳過程中，加入少量增碳劑或錳鐵，其次是在RH脫碳結束后，采用硅脫氧脫除一部分殘氧，即先向鋼液中加入一定量的低碳硅鐵進行預脫氧，再向鋼液中加入鋁粒來進行終脫氧和合金化，從而通過減少脫氧鋁的使用量。

3 取得的效果

3.1 降低渣中FeO含量

通過以上控制措施，轉爐終渣FeO降低了11.25%，轉爐出鋼后鋼包頂渣FeO降低了18.92%，精煉進站渣中FeO含量降低了34.82%。

3.2 減少鋼水溫度損失

實施鋼包加蓋工藝后，鋼水運輸過程溫降速率顯著降低，空包時包襯溫度大幅度提高，效果如表4所示。為準確控制RH鋼水進站溫度提供了保障［1］。

表4 全程和非全程加罐蓋的對比

3.3 降低Al2O3的生成量

通過采用碳脫氧、錳脫氧、硅脫氧工藝后，有效的降低了Al2O3生成量，降低鋼液中的全氧含量。試驗表明，工藝優化后，中間包和鑄坯內的全氧量相差不多［2］。

通過以上工藝措施的實施，精煉進站渣中FeO、RH進站溫度、RH總加鋁量的控制范圍已經提升到響應優化器優化后的目標范圍之內，鋼水潔凈度有了明顯的提升。經過對比測算，鋼水中間包全氧降低了29.32%，重點客戶汽車用O5板軋后夾雜缺陷率降低了54.07%。

4 結語

鋼液全氧快速檢驗技術可以為煉鋼過程鋼液潔凈度提供一個快速、準確的判斷依據。鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠運用質量工具分析結果，優化了精煉進站渣中FeO含量、鋼水RH進站溫度和RH總加鋁量，優化后鋼水中間包全氧降低了29.32%，重點客戶汽車用O5板軋后夾雜缺陷率降低了54.07%。