玉鋼釩鈦礦冶煉條件下Q355B生產實踐

鄧勝濤

（武昆股份制造管理部）

1 前言

伴隨我國低合金結構鋼的發展歷程，昆鋼低合金結構鋼板的發展經歷了16 Mn到Q345B的研發和生產發展。生產裝備和生產工藝上，經歷采用三輥勞特軋機+熱軋軋制到三輥勞特軋機+控制軋制，再到爐卷軋機+控制軋制至爐卷軋機采用熱機械控制軋制技術（TMCP）的研究和產品生產發展歷程。前期已經在玉鋼開展了爐卷軋機采用熱機械控制軋制技術（TMCP）生產Q345B工藝技術的研發和生產實踐，有效解決了因Mn、Si合金元素含量高，導致煉鋼冶煉碳當量超標改判Q345A比例較大，并經常出現抗拉強度、屈服強度、伸長率、冷彎不合格的問題，取得了較好的應用效果。

隨著云南省社會經濟發展及產業政策調整，省內鋼材市場對板材的需求量逐年上升，在當前昆鋼產品結構以建筑鋼為主，產品結構單一情況下，開展了低合金高強度結構鋼Q355B系列熱軋中寬帶生產，但玉鋼為釩鈦礦冶煉，該條件下經常出現低溫、高硫情況，最終易導致成品硫超內控，影響Q355B成品成分控制及產品的軋制質量，針對上述情況，玉鋼通過優化脫硫工藝、降低出鋼溫度、優化軋制工藝等方式，完成了低溫高硫鐵水條件下無爐外精煉工藝下Q355B產品批量穩定生產。

2 鋼水S元素的控制

硫在鋼中以FeS的形式存在，FeS的熔點為1 193 ℃，Fe與FeS組成的共晶體的熔點只有985℃。液態Fe與FeS雖可以無限互溶，但在固熔體中的溶解度很小，僅為0.015-0.020 %。當鋼中的[S]＞0.020 %時，由于凝固偏析，Fe-FeS共晶體分布于晶界處，在1 150 ℃-1 200 ℃的熱加工過程中，晶界處的共晶體熔化，鋼受壓時造成晶界破裂，即發生“熱脆”現象。此外鋼中的硫含量高時，其硫化物夾雜的總量也相應增加，其中的塑性硫化物夾雜FeS、MnS在鋼進行熱加工時，隨鋼材沿加工方向充分延伸，幾乎喪失了橫向的變形能力，從而使鋼材的橫向伸長率和斷面收縮率等性能降低，尤其是在結構鋼中，除了對力學性能的影響外，含硫量的增加還對澆鑄件和軋制件表面質量極為有害[3]，Q355B為特殊質量級鋼，S含量要求≤0.030 %，目標要求≤0.025 %。

玉鋼高爐為釩鈦礦冶煉，鐵水為含釩鈦鐵水，其成分見表1。由于釩鈦礦冶煉的特點，高爐脫硫能力穩定性差，鐵水經常出現低溫、高硫情況，脫前鐵水平均溫度與普通礦冶煉相比低80 ℃-150℃。鐵水溫度低，加上鐵水含[Ti]，因此鐵水粘罐、粘槍比較嚴重，渣鐵不易分離，脫硫、扒渣鐵損較大。由于煉鋼過程脫硫能力有限，最終導致成品硫超內控的情況出現，影響Q355B成品成分控制及產品的軋制質量。

表1 玉鋼釩鈦鐵水條件

2.1 脫硫劑配比優化

2.1.1 石灰粉（CaO）脫硫的原理

石灰粉在鐵水中的脫硫反應為[1]：

CaO（S）+[S]＋[C]＝CaS（S）＋CO（g）↑

ΔGσ＝86 670-68.96 T（J/mol）

2 CaO（S）+[S]＋1/2 [Si]＝CaS（S）＋1/2 Ca2SiO4

ΔGσ＝-251 930+83.36 T（J/mol）

2.1.2 電石（CaC2）脫硫原理

電石在鐵水中的脫硫反應為[1]：

CaC2（S）+[S]＝CaS（S）+2[C]

通過對脫硫原理的研究，有目的的調整脫硫劑的成分配比，經過多次的實驗對比（實驗效果見表2），脫硫效果得到了持續性的改善，加入部分CaC2、金屬Al新脫硫劑脫硫效果較好，扒渣鐵損也有明顯的降低。老脫硫劑的扒渣損耗33.8 kg/t，新脫硫劑的扒渣損耗僅為19.7 kg/t。在高爐鐵水不是特殊異常的情況下，鐵水預處理脫能達到穩定的預期效果，脫后S合格率達92 %，且脫硫劑消耗和扒損明顯降低，為精準控制成品S提供前提條件。

表2 脫硫劑實驗對比

2.2 爐后造渣脫硫

針對生產節奏緊張，倒爐終點S高，需要進行爐后渣洗脫硫的爐次，通過提高終點出鋼溫度10 ℃，加入渣洗料后軟吹吹氬7 min開展爐后渣洗脫硫，渣洗料加入參考見表3所示。

表3 渣洗料加入參考表

3 合理控制出鋼溫度

Q355B的合金加入量大，出鋼溫降大，對鋼水純凈度、生產組織及技術經濟指標控制不利，通過開展合金烘烤、鋼包加蓋等措施了顯著降低Q355B出鋼溫度。

3.1 合金在線烘烤

合金在線烘烤是對合金進行在線烘烤的設備，通過將合金加熱到一定的溫度，使合金滿足煉鋼的工藝要求實現縮短冶煉時間，降低出鋼溫度，提高鋼材質量的目的，根據生產情況通過實時調整合金烘烤時間和溫度，在8 min-11 min將2 t合金料加熱至400 ℃-600 ℃，出鋼溫度從1 662 ℃降低到1 650 ℃，出鋼溫降降低12 ℃。

3.2 鋼包加蓋

通過在澆注、裝配、轉爐出鋼前后全程加蓋保溫，確保了正常周轉爐次出鋼前鋼包內壁溫度可達800 ℃-1 100 ℃。鋼包全程加蓋保溫裝置（見圖1）的使用減少了鋼包在澆注和配時間內的散熱損失，出鋼前鋼包內襯溫度由原來的320 ℃升高至852 ℃，出鋼溫降降低8 ℃。

圖1 鋼包加蓋

通過對合金在線烘烤及鋼包全程加蓋的應用，出鋼溫度從1 662 ℃降至1 642 ℃，出鋼溫降降低20 ℃，對Q355B的生產組織及質量控制取得了關鍵性的進步。

4 優化脫氧吹氬工藝

玉鋼由于沒有精煉設備，鋼水的精煉僅依靠鋼包底吹氬，采用鋁鐵（餅）、硅鈣鋇合金、硅錳合金進行脫氧合金化合理脫氧，將氧含量控制在目標范圍。經過跟蹤研究，最終將Q355B吹氬時間由≥5 min提高至≥8 min，在出鋼過程吹氬壓力控制為0.6 MPa-0.7 MPa，到站吹氬壓力控制為0.3 MPa-0.5 MPa，保證了鋼水質量，為Q355B生產提供高質量鑄坯，同時為連鑄澆鑄創造優質條件，確保板坯澆鑄的順行。

5 精準控制鋼坯加熱溫度

在軋制2.75*710規格時，鋼坯全部為熱送熱坯，預熱段溫度（1 100 ℃-1 130 ℃）、加熱段（1 260 ℃-1 280 ℃）及均熱段溫度（不高于1 280 ℃）[2]。換向時間120 S，煤氣壓力0.7-0.8 KPa，空氣壓力在2.5 KPa。各項參數均控制在工藝要求范圍內。表4為隨機監測數據。

6 軋制工藝控制情況

6.1 軋制溫度控制

粗軋溫度1 126 ℃-1 160 ℃，精軋開軋溫度1 015 ℃-1 040 ℃，卷取溫度控制：頭部溫度670℃-690 ℃，中部溫度648 ℃-670 ℃，尾部溫度：670℃-700 ℃左右，各點溫度實際控制略高于工藝要求。

6.2 軋制控制

6.2.1 粗軋軋制情況

粗軋參數的設定按照粗軋工藝控制要求進行設定，第一道次正常除鱗，觀察好開軋溫度，控制好軋制節奏，5道次輥縫設定值為20 mm，實際中間坯厚度在24 mm-25 mm，符合工藝控制要求范圍。

6.2.2 精軋區域軋制情況

精軋F1溫度控制在740 ℃-750 ℃，軋件尾部軋制力不高于850 t，軋制3.0 mm與2.75 mm的參數除精軋速度和壓下有變化，其余的均保持不變，2.75 mm的平均軋制力較3.0 mm的大25 t，速度更快。

7 成品性能情況

經成品取樣分析，4.0 mm-6.0 mm屈服強度在373 MPa-404 MPa，抗拉強度在534 MPa-577 MPa，伸長率24.0 %-29.5 %，冷彎AB兩面正常。各項力學性能均符合工藝控制要求。6.0 mm-10.0 mm屈服強度在340 MPa-391 MPa，抗拉強度在506 MPa-559 MPa，伸長率23.5 %-33.5 %，冷彎AB兩面正常。各項力學性能均符合工藝控制要求，具體見表5。

8 結論

（1）玉鋼釩鈦礦冶煉條件下生產Q355B主要矛盾在于釩鈦礦冶煉條件下鐵水S高、鐵水溫度相比普通礦溫度低，而Q355B為特殊質量級鋼，S含量要求≤0.030 %，目標要求≤0.025 %。通過使用優化后的（CaO+CaC2+Al）系脫硫劑脫硫效率可達90-95 %，扒渣損耗僅為19.7 kg/t，相比CaO系脫硫劑扒渣損耗降低14.2 kg/t，脫硫溫降30 ℃，相比CaO系脫硫工藝降低10 ℃，脫后S合格率達92 %，至于部分倒爐S高的情況，可以通過爐后渣洗脫硫工藝將S控制在成分目標范圍內。

（2）針對無爐后精煉工藝冶煉Q355B的問題，通過開展合金烘烤，鋼包全程加蓋等措施，降低出鋼溫度，減少了鋼水過氧化問題，再配合優化后的爐后吹氬工藝，確保了鋼水純凈度及可澆性。

（3）Q355B軋制技術關鍵在于鋼坯加熱溫度、出鋼溫度、開軋溫度、精軋開軋溫度、終軋溫度、各機架的壓下分配、張力控制、層流冷卻方式和冷卻速度、卷取溫度等工藝參數的確定，結合玉鋼公司中寬帶工藝裝備條件和Q355B化學成分設計、材料特性，通過控制合理的加熱制度、壓下制度、板形控制、寬度控制和控制軋制及控制冷卻工藝，使Q355B低合金結構鋼的成分、性能達到合理匹配。