唐钢纯净钢生产技术的应用

陈俊东;孙利顺;陈杰 【期刊名称】《金属世界》 【年(卷),期】2012(000)006 【总页数】3页(P31-33) 【作 者】陈俊东;孙利顺;陈杰

【作者单位】河北钢铁股份有限公司唐山分公司技术中心,河北唐山063016;河北钢铁股份有限公司唐山分公司技术中心,河北唐山063016;河北钢铁股份有限公司唐山分公司技术中心,河北唐山063016 【正文语种】中 文 内容导读

介绍了唐钢第一钢轧厂在纯净钢生产方面的工艺与实践。唐钢第一钢轧厂和唐钢技术中心合作，根据该厂现有的设备情况建立了纯净钢冶炼工艺平台；根据用户对钢材产品各方面的性能要求，制定出相对应的实际生产工艺路线，生产出让用户满意的钢材产品。文章分别阐述了唐钢第一钢轧厂在纯净钢生产过程中对S、P、C、N、O等元素的控制措施和控制水平。文章还提出了唐钢在纯净钢生产方面继续改进的方向和下一步的工作目标。

随着深冲钢、管线钢、汽车大梁钢、电工钢等高等级钢种的开发，需要建立以低硫、低磷、低碳和超低碳、低氮、低氧等质量指标和综合技术为特征的纯净钢冶炼平台。 除了少数特殊钢种外，硫对钢材的各项性能都是有害的。使钢材的热加工性能、焊接性能、抗腐蚀性能恶化；使钢材延展性和冲击韧性明显降低；同时显著降低钢材

的抗氢致裂纹 (HICC) 的能力。对于重要用途的钢板高层建筑、重载桥梁、海洋设施等以及需要冲压、焊接加工的钢种，钢中硫含量要求尽量低，目前大都控制范围在 0.008% 以下，控制目标值 0.005%。

铁水氧含量低、[C] 和 [Si] 高，与钢水相比易于脱硫。硫的控制一般采用铁水预处理脱硫和转炉冶炼控硫的措施，有的钢厂也采用 RH 真空精炼深脱硫技术，以获得更低硫含量的钢水[1]。

唐钢采用喷吹颗粒镁铁水脱硫技术，使入炉铁水硫含量达到 0.002% 以下，吨铁喷吹颗粒镁 0.8 kg。转炉使用优质低硫的自产废钢、气烧石灰、低硫轻烧白云石等入炉材料，尽量减少硫的带入。另外，在冶炼纯净钢前 2~3炉，冶炼低硫钢水，清洗高硫的转炉炉衬，也称为“洗炉”，从而创造低硫的冶炼环境，确保钢水低硫含量。还有，在出钢过程中，加入脱硫渣，提高钢包顶渣碱度和硫容量。以上措施的采用，使得吹炼终点钢水硫含量达到 0.006% 以下，成品硫含量 0.007% 以下。 一般情况下，磷在钢铁产品中是有害杂质，需在炼钢时设法尽可能多地去除掉。钢中含磷高时，会使钢的塑性和韧性降低，即出现钢的脆性现象，低温时更加严重 ，通常称之为冷脆。脱磷反应一般用以下方程式表示：

钢中碳能明显增加钢的强度，但钢中碳又能使钢的塑性韧性下降，冲压性能变坏。除一般结构用钢、工具用钢外，我们都不希望钢中碳过高。碳对纯净钢的性能影响最大。对纯净钢而言，唐钢对钢中碳的控制主要集中在转炉脱碳、真空精炼脱碳和防止连铸过程增碳三个方面。 转炉脱碳

唐钢生产低碳、超低碳纯净钢时，转炉终点碳含量控制范围是 0.03%~0.06%。转炉终点碳控制过低则钢中氧含量太高，造成下一道工序需要补加过多的脱氧剂使钢水中产生较多的夹杂物。转炉终点碳控制过高增加下一工序的工作量。 RH 脱碳

RH 脱碳技术主要是 RH 脱碳前最佳成分控以及进站温度控制。使之处于最佳范围加速脱碳。

RH 进站温度控制在1620~1640℃。进站温度低则需要进行铝氧升温，缺点是产生大量的 Al2O3 夹杂物难以去除恶化钢水，造成可浇性差。进站温度高则增加转炉的负荷，影响转炉寿命。

通过提高 RH 提升气体流量和降低真空室压力，能增大钢水的循环流量，能够有效提高脱碳速率。综合考虑防止真空室内钢水喷溅以及脱碳反应条件，唐钢采用脱碳前中后期循环气体流量分别为72、90、108 m3/h。 通过应用 RH 真空脱碳工艺，钢水碳含量可以达到 0.005%。 防止低碳钢水增碳

经 RH 真空脱碳处理的低碳钢水，为了满足钢种合金成分以及连铸的需要必须进行脱氧，脱氧后的钢水就极易吸收耐材介质中的碳而导致钢水增碳。唐钢采用了无碳钢包、无碳中间包和覆盖剂、低碳结晶器保护渣来减少增碳。从 RH 出站到连铸中间包过程增碳量达到 0.002% 以下。

钢中氮对钢的深冲性能影响很大，钢中氮含量应尽可能降低。同时钢中氮含量高能够导致钢材产品时效性差、延伸率降低。在钢中氮含量不高时 (氮含量低于 0.004%) RH 脱氮能力较弱。因此，降低转炉吹炼终点氮含量和避免钢液增氮是获得低氮钢水的主要措施[3]。 低氮冶炼

严格控制含氮原料入炉，尤其注意加入废钢铁块时禁止夹带泥沙。唐钢一钢轧厂开发了转炉低氮吹炼模式。在转炉吹炼最后 3 min 底吹气体进行氮氩切换，严禁用氮气杀渣。转炉终点氮含量可控制在 0.0015% 以下。 防止钢水增氮

钢水的含氧量对增氮影响很大。钢水的含氧量高，其吸收氮的能力大大降低。氧化

状态出钢有利于减少增氮。转炉出钢后，经 RH 精炼的钢种，钢水氧含量控制在 0.04%~0.06%；经 LF 精炼的钢种，钢中酸溶铝控制在 0.02% 以内，保证钢液中有一定的氧含量。

此工艺称作带氧出钢。在 LF 精炼工序，造碱性还原渣覆盖在钢水的表面，进行埋弧加热避免钢液裸露是防止增氮的关键。在连铸工序，任何可能导致钢水和空气接触的环节都可能导致增氮。唐钢采用中间包加覆盖剂覆盖在钢水表面，用直径 70 mm 的长水口连接钢包和中间，而且在钢包下水口和长水口连接处采用纤维垫密封并且接入氩气进行密封，防止裸露的钢液与空气接触造成增氮。采用上述措施后可使浇铸过程中的增氮量控制在 0.0005% 以内。

通过低氮技术的应用，唐钢一钢轧厂生产钢材产品氮含量低于 0.002%。水中氧含量成正相关关系。唐钢采用下渣检测及挡渣出钢减少出钢下渣量。钢水从出钢开始至浇铸过程中，都可能与大气、炉渣、耐材发生氧化反应形成夹杂物，通过提高耐材质量，优化炉渣结构，全程避免钢液裸露等措施减少夹杂物的产生。在 RH 真空处理工艺中尽量减少铝氧升温操作、降低终脱氧量，减少氧化铝的生成量。保证足够的净吹时间，使钢中夹杂物充分上浮。目前唐钢纯净钢全氧含量在 0.003% 以下。

优化铁水预处理工艺，采用石灰和颗粒镁符合脱硫剂，提高脱硫率和降低脱硫成本。 开发转炉双渣预脱磷工艺，实现钢水磷含量 ≤0.008%。

通过对 RH 真空脱碳设备的改造和深脱碳工艺的优化，进一步降低钢水碳含量另外，采用无碳水口、无碳保护渣等耐火材料，降低连铸过程增碳量，实现成品碳含量 0.005%。

通过开发低硫、低磷、低碳和超低碳、低氮、低氧冶炼技术，唐钢初步建立起以深冲钢、无取向电工钢和管线钢为代表的纯净钢冶炼平台，具有了批量生产纯净钢的能力。钢材成品杂质元素的控制水平 (质量百分含量)：硫≤0.007%，磷≤0.012%，

碳≤0.007%，氮含量≤0.002%，全氧含量≤0.003%的质量指标。

钢材中的氧主要以氧化物系非金属夹杂物的形式存在。夹杂物对纯净钢的各项性能均有不利的影响。要减少钢中生成夹杂物的数量，首先要降低转炉终点的氧含量。优化转炉吹炼制度， 减少后吹，降低终点钢水氧含量，唐钢纯净钢冶炼终点氧位控制 0.04%~0.06%。转炉终渣中 FeO 的含量与钢

2[P]+5(FeO)+ 4(CaO)=( 4CaO·P2O5)+5[Fe] (1)

由式 (1) 可知，欲提高炉渣的脱磷能力必须提高 FeO 和 CaO 活度。脱磷是强放热反应，因此较高的碱度和较高的氧化铁含量、较低温度等条件是脱磷的重要条件。转炉冶炼前期如果温度太低，将不利于石灰熔化，CaO 活度降低影响脱磷；若温度太高，将引发脱碳反应，转炉熔池反应剧烈，易发生喷溅。因此在转炉冶炼前期应控制好温度溶池温度，形成具有一定碱度 (碱度值约 3.0) 和流动性好的前期渣，利用前期有利的去磷条件完成脱磷的主要任务[2]；吹炼中期要控制好过程温度及渣况，避免由于炉渣返干造成已经脱除到炉渣中的磷再次回到钢液中；吹炼后期转炉溶池温度在 1630℃ 左右，渣中 FeO 和碱度较高，为进一步脱磷创造了条件。在整个操作中灵活调整枪位和散料加入量，控制渣中适当的 (FeO)，并减缓 C-O 反应速度，避免返干，并使脱磷速度大于脱碳速度，以利于磷的去除。

出钢过程防止钢水回磷也是控制钢水磷含量的关键步骤，采取控制钢包下渣和顶渣改质等措施。 控制下渣

转炉出钢后，由于脱磷热力学条件的改变，致使钢包顶渣发生磷的还原反应，“回磷”现象不可避免地发生。为从根本上消除这一不利影响，最有效的方式就是严格控制出钢下渣量。唐钢采用挡渣球和挡渣锥综合挡渣技术，下渣量控制在 50 mm 以下。下渣检测装置使用后，操作人员的操作精准度明显提高，下渣量在 30 mm

以下。 顶渣改质

在实际操作条件下，即使采取了非常严格的挡渣措施，仍会有少量的下渣量。从理论上讲，只要钢包有含磷顶渣，钢液就可能发生回磷。因此，还要对钢包顶渣进行有效改质。唐钢一钢轧厂在出钢过程中，随流向钢包中加入 300 kg 的精炼石灰 (约每吨钢加入 2 kg 精炼石灰)，来增加顶渣碱度，有效抑制回磷现象的发生。 唐钢第一钢轧厂目前可以批量生产目标磷含量为 0.012% 的低磷钢种。 【相关文献】

[1] 崔健, 郑贻裕, 朱立新. 宝钢纯净钢生产技术的进步. 中国工程科学, 2005(6) [2] 姚娜, 李祥胜. 转炉脱磷工艺的优化. 河北理工大学学报 (自然科学版), 2011(2)

[3] 田启新, 杨晓江, 耿伟, 等. 薄板坯工艺生产SPHC钢中氮的控制实践.南方金属, 2010(10)