冷軋基料精煉低成本工藝研究

宋慧強

（河鋼承鋼板帶事業部，河北 承德 067002）

承鋼提釩鋼軋二廠生產工藝路線為：含釩鐵水-鐵水脫硫-轉爐提釩-轉爐煉鋼-吹氬站-LF精煉爐-連鑄-1780熱軋卷板。C380CL鋼種初期精煉試驗生產，由于半鋼煉鋼的工藝特殊性以及缺乏對硅、鈦成分同時精確控制的經驗，試驗過程中出現了精煉初期成渣晚，造白渣困難，回硅難控制，鈦收得率極不穩定等情況，制約著承鋼低硅含鈦鋼品種開發進展[1]。

1 C380CL初期精煉情況

1.1 精煉原理及性能指標

LF爐精煉具有脫氧脫硫、調節成分溫度、去除夾雜物等冶金功能，其中脫硫反應在脫氧充分的情況下也具備了增硅反應的熱力學條件。LF精煉脫硫反應時在底吹氬強烈攪拌作用下，除了完成脫硫任務外，為增硅反應提供了良好的動力學條件，促進了增硅。目前國內各鋼廠在生產中均通過強化鐵水脫硫預處理，減輕LF爐的脫硫負擔；采取優化轉爐擋渣效果最低限度地降低轉爐下渣量等措施降低LF爐處理過程的增硅量，盡管如此各鋼廠仍存在硅超標現象。我廠特殊的半鋼煉鋼工藝導致了轉爐終點氧化性高于普鐵煉鋼，脫氧及回硅較普鐵煉鋼更難控制，在加入還原性極強的鈦鐵時，回硅極難控制[2]。

1.2 C380CL成分控制要求

如表1。

表1 C380CL成分控制要求

1.3 精煉工藝流程

圖1 LF爐精煉工藝流程

2 低硅低硫鋼精煉工藝分析

2.1 含釩鐵水雙聯工藝煉鋼的影響

承鋼由于獨特的釩鈦資源特點，致使高爐爐溫控制低，鐵水硅、鈦含量低，硫含量較高。因資源特點承鋼煉鋼采用提釩—煉鋼雙聯工藝，特殊的煉鋼工藝造成渣系單一、化渣困難，轉爐脫硫率偏低，致使轉爐出鋼[S]平均在0.030%左右。轉爐出鋼鋼水[C]含量較低，脫氧合金化以后的[O]含量常達到50～80×10-6，尤其是澆次第一爐氧化性極強，精煉過程脫氧生成的脫氧產物量大；而終渣FeO高，尤其下渣量過大爐次給精煉造白渣工藝帶來很大的困難[3]。針對低碳低硅的特點，LF爐主要采用鋁粉、鋁線脫氧，脫氧生成的產物為高熔點AL2O3，未充分上浮排除則殘留在鋼水中形成較大危害，由于精煉周期較長及脫氧程度控制不理想導致回硅現象比較嚴重，并且強還原性的鈦合金加入使硅成分更難控制。

2.2 精煉過程工藝分析

（1）低硅低硫Al鎮靜鋼脫硫回硅分析：

1590℃時，△G0=-658027.31+107.1×（1590+273）=-458500＜0

上述反應向正反應方向進行，鋼渣中的SiO2被鋼水中的Al還原到鋼水中增加了鋼水中Si的含量。

脫硫反應：

對于脫硫反應來講，其反應的平衡常數為：

溫度一定時，K是一個常數，因此在鋼水溫度和a[Al]一定時，aCaO/越大則aCaS/a[S]越大，而aCaS/a[S]可以近似的認為是硫的分配比，因此當鋼水溫度和鋼中Als一定時，aCaO/越高，則鋼水中的硫被脫除得越徹底。

（2）根據以上SPHC鋼種生產的分析，低硫鋁鎮定鋼脫硫與回硅存在上述關系，由于C380CL不但為低硫鋁鎮靜鋼，且為提高焊接性能，需加入鈦合金，鈦合金的強還原性在加入后會再次與硅進行反應，根據與北科大教授交流在鋼水與渣子脫氧未達到平衡之前，鋼水與渣子界面存在如下反應：

（3）低硅低硫鋁鎮靜鋼脫硫影響因素分析。

3 C380CL精煉生產分析及優化措施

3.1 精煉渣系確定

運用渣系相圖確定終渣最優配比：考慮半鋼煉鋼的特殊性，以及低碳低硅鋼種的特點，在深脫硫的情況下，很難控制精煉過程回硅，并且由于精煉過程大量使用鋁脫氧劑，生成的Al2O3較多，所以只有從CaO-Al2O3相圖中找出具有較好的脫硫效果和有利于對上浮Al2O3等脫氧產物的同化和吸收的終渣組成。

根據低碳低硅鋁鎮靜鋼的特點，將精煉終渣成分設定為12CaO·7Al2O3生成區域，在該區域，Al2O3含量為30%左右或CaO%/Al2O3%=1.8左右時存在Ls較高的區域，并且在該區域精煉渣熔點較低，有利于與夾雜的結合。更重要的是，在這種渣系條件下由SiO2引起的鋼水中[Al]的再氧化趨勢能得到抑制[4]。所以，設計精煉終渣組成為：wt%CaO=55～60；wt%SiO2=4～7；wt%Al2O3=28～32，wt%CaO/wt%Al2O3=1.7～1.9。具體渣料配比采用倒推分析法得到渣料配比方案。

圖2 CaO-Al2O3-SiO2三元渣系硫分配比(1600℃，[Al]=300ppm,(MgO)=5%)[1]

通過對SPHC精煉終渣渣系的理論分析，結合物料使用情況，最終確定了低硅精煉渣+石灰+少量螢石+少量電石的渣料組成，LF爐過程持續以鋁粉加電石脫氧保持白渣的時間。確定渣料以石灰、低硅精煉渣、埋弧渣、電石為造渣料。

3.2 回硅控制措施

由于初期生產補鈦均采取一次粗調、二次精調的操作方式，由于一次、二次調整的鈦收得率極不穩定，導致對于成品鈦成分的控制把握不好，生產過程中出現因鈦成分超標導致成分不合，本次采取以下。

（1）精煉C380CL鋼種要求硅≤0.05%，由于一次補鈦過程中由于鈦元素具有較強的還原能力，渣中的氧化硅被還原進而增加鋼水中的硅導致硅超標，（一次補鈦時機為渣子已還原為白渣，但并未達到鋼水與渣子脫氧平衡）。

（2）創造穩定的補鈦條件，制定一個可執行的參考條件，利于班組確定補鈦的時機，確保可以穩定鈦鐵的收得率，確保可以一次補鈦命中目標。

（3）實現鈦鐵加入后不再進行強攪拌甚至不再進行流量大于500NL/min的攪拌操作，不再提供SiO2+Ti=Si+TiO2反應劇烈進行的環境。

（4）統計二次補鈦的收得率，為鈦成分一次命中提供科學的收得率參考值，確保在后期一次補鈦可準確命中成分目標。

3.3 進站條件優化

轉爐工序通過優化擋渣措施，將下渣量控制在100mm以下，提高轉爐出站溫度，LF爐采取提高埋弧效果，縮短升溫時間，盡量減少過程增碳。LF爐自制測渣器，精確測量渣厚，選取代表性進站渣樣作為氧化性強弱的對比，更為精確的估計脫渣中氧所需脫氧劑用量，以保證不因為過量使用脫氧劑造成嚴重回硅。采取鋼渣同時脫氧，以沾渣和定氧來監測鋼渣脫氧的平衡程度，以鋼渣脫氧平衡為脫氧標準，鈣處理前以成渣為玻璃渣與白渣之間狀態即可，防止過量脫渣中氧導致回硅。

3.4 精煉過程操作優化

（1）本鋼種使用透氣性好的包，全程執行不高于1500NL/min的操作，并且按加料、一次翻攪、二次翻攪、補鈦后翻攪遞減的氬氣控制，具體目標為加料旁吹，一次翻攪1500NL/min，二次翻攪1000NL/min，補鈦后翻攪500NL/min，在進站硫不高于0.030%的情況下時間分別為5min，3min，2min控制。

（2）操作核心為一次補鈦命中，補鈦時機選擇在本爐爐渣脫氧完全，最佳為2mm～4mm厚的薄壁青瓷渣狀，除鈦外的其它鋼水成分均已調整好，完成最后一次升溫，ALs已完成最后一次調整，此時通過沾渣后一次補加鈦鐵，鈦鐵綜和收得率按76%計算，一次補加后采用500NL/min翻攪2min后即可調氬氣至50NL/min進行弱吹氬。

（3）本鋼種關鍵點是保持一次翻攪后至補鈦前的精煉渣脫氧穩定，不出現渣子脫氧完成后又再次氧化或鋼水與渣子脫氧不平衡的問題。由于鈦元素較為活潑，吸收率不穩定，創造合適的鈦鐵加入時機是核心。

圖3 精煉終渣樣

4 結論

本操作法杜絕了二次補鈦周期長的問題，實現了縮短精煉周期的目的。鈦鐵有原來每爐300kg消耗降低到200kg，降低消耗33.3%的鈦鐵。摸索出穩定的收得率，杜絕了因鈦、硅成分不合改判或判為廢品的事故。

初期生產的為標號1的爐次，通過優化前后精煉渣樣的變化可以發現，渣中二氧化硅被還原到鋼水中，渣中二氧化硅量減少，渣中的二氧化鈦量增加，印證本鋼中精煉過程中存在SiO2+Ti=Si+TiO2的反應。標號2、3的爐次為采取以上方法生產的爐次，通過前后渣樣變化可以發現，渣中二氧化硅不存在被大量還原的現象，而渣中的二氧化鈦也不再大量增加，效果顯著。