低碳低硅鋼冶煉及夾雜物處理

2010年2010年3月29H—31日 2010年全國煉鋼、連鑄技術(shù)及生產(chǎn)年會#低碳低硅鋼冶煉及夾雜物處理楊坤韓春良翁玉娟高海張俊粉（河北鋼鐵集團承鋼公司提帆煉鋼一廠，河北，承徳，067002）【摘要】介紹了承鋼提帆煉鋼一廠采用轉(zhuǎn)爐連鑄生產(chǎn)低碳低硅鋼的實踐。垂點探討了低碳低硅鋼的脫氧合金化及夾朵物控制，提出了今后的改進方向，提商了鋼水潔凈度。【關(guān)鍵i司】脫氣鈣鐵線氧活度夾雜物1?前言根據(jù)市場需求，承鋼提銳煉鋼一廠2008年12月開始開發(fā)冶煉低碳低硅拉絲用線材和焊線，并于2009年1月開始規(guī)模生產(chǎn)，平均每月生產(chǎn)低碳低硅鋼超過1萬噸。低碳低硅鋼的冶煉技術(shù)不斷取得進步，特別是脫氧、夾雜物控制等關(guān)鍵技術(shù)的研究有了明顯突破，取消了結(jié)晶器喂線，達(dá)到降低制造成本，提髙產(chǎn)品質(zhì)量的目的，同時為承鋼擴展產(chǎn)品市場，提升核心競爭力打下了良好的基礎(chǔ)。生產(chǎn)主要工藝流程2500M3高爐鐵水一75噸脫硫一600噸混鐵爐一80噸提帆轉(zhuǎn)爐一40噸煉鋼轉(zhuǎn)爐一CAS精煉一4機4流方坯連鑄機保護澆注?；瘜W(xué)成分設(shè)計拉絲用線材要求強度低、塑性好，具有良好的拉拔性能。因此，在對拉絲用鋼進行成分設(shè)計時，既要考慮并元素對線材的強度、塑性的影響，又要考慮連鑄鋼水的脫氧及可澆性。鋼水中的碳是決左碳鋼在緩冷后組織和性能的主要元素，Si低于0.05%容易產(chǎn)生氣泡，Si高于0.10%影響拉拔性能，因此普通拉絲用線材CL08設(shè)計碳元素不大于0.08%,硅元素要求0.05?0.10%：焊條用鋼要求硅越低越好，所以設(shè)計H08A中Si<0.03%,化學(xué)成分設(shè)計如下表1：表1成分設(shè)計鋼種C/%Si/%Mn/%P,S/%氧活度/ppmCL08W0?08W0?100.10-0.30WO?03540?70H08AW0?08W0?030.35-0.60W0?02520?40冶煉過程控制4.1入爐鐵水條件入爐鐵水［PK0.090%；當(dāng)鐵水［S］<0.040%時，可以直接入爐：［S］>0.040$時，必須脫硫處理，終點［S1V0.020%,扒凈渣子，提銳加入低硫鐵塊，防止半鋼（提銳后的鐵水）增硫。2吹煉過程及終點控制吹煉過程主要為脫碳、去除硫、磷。過程吹煉嚴(yán)禁長時間返干，保證終渣堿度和氧化鎂含量，根據(jù)低碳低硅鋼要求終點碳控制不宜太高，終點C最佳控制在0.04?0.06%之間，要求底吹使用氮氮切換，終點加大底吹流雖:，以減少終點有害氣體含量及防止吹不透造成成品碳髙。4.3脫氧合金化冶煉CL08使用硅鋁領(lǐng)脫氧，要求保證成品有一左的硅含量，氮前氧活度控制在60?90ppmoH08A要求Si<0.03%,冶煉時選擇鋁鐳鐵作為脫氧劑，氮前氧活度控制在30?50ppm。在冶煉低碳低硅鋼時，脫氧劑加人時機的選擇是關(guān)鍵技術(shù)，岀鋼前加入1/3進行預(yù)脫氧，1/3隨合金料加入，其余脫氧劑加完合金料加入進行終脫氧，不應(yīng)加人過早或過晚。根據(jù)實踐經(jīng)驗，出鋼疑穩(wěn)定在37噸時，加入lkg硅鋁領(lǐng)脫氧疑平均為6.62ppm：中碳?xì)拌F（Mn含量78%）按Mn20%脫氧，加入lkg脫氧量平均為1.57ppm;Al線喂入1米脫氧量為1.2?1.5ppmo當(dāng)終點鋼水含碳量較高或一次拉成出鋼時，鋼水中氧含量相對較低。在加入合金的同時加入適量的低A1O髙堿度精煉渣，有助于吸附生成的等夾雜物。4.4擋渣嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)爐出鋼下渣。通過跟蹤下渣情況發(fā)現(xiàn)：未采用任何擋渣措施的爐次，一次下渣量約占5%二次下渣量約為95%,因此防止轉(zhuǎn)爐出鋼時的二次下渣是擋渣操作的重點。試驗過程采用加擋渣帽方式防止一次下渣，效果穩(wěn)立可靠：采用擋渣球（塞）對二次下渣進行擋渣。實施擋渣的爐次，鋼包內(nèi)渣層厚度在50mm左右，比未擋渣爐次減少30-50mm.擋渣效果好的爐次合金收得率提高約5%,并且下渣量少能夠顯著降低精煉的負(fù)擔(dān)，同時使成品成分更趨穩(wěn)定。4.5CAS精煉氧活度控制根據(jù)轉(zhuǎn)爐下渣量加入適當(dāng)鋁粉，減少強氧化性鋼包渣污染鋼液，避免出鋼下渣后氧活度上升。吹氮2分鐘后左氧，根據(jù)定氧結(jié)果，使用喂線進行凋整。吹氮時間要求＞10min,氮氣壓力為0.20?0.40HPa,嚴(yán)禁大氣量吹氮。喂線后保持3分鐘正常吹氮，后調(diào)小氣疑進行弱吹氮。在時間和溫度允許的情況下，盡量延長弱吹氮時間，進一步去除鋼中氣體和夾雜物。本次冶煉氧活度控制如圖1，英中上而線條為氮前氧活度趨勢線，下面線條為氮后氧活度趨勢線。圖1氮前氮后氧活度控制4.6連鑄連鑄使用大、中包全程保護澆注。4.7存在問題2009年1月生產(chǎn)低碳低硅鋼以來，為防止中包烘烤不好出現(xiàn)氣泡，連鑄第1?2爐冶煉HPB235,然后再冶煉低碳低硅鋼。由于終點氧化性較強，鋼液氧化夾雜物仍然較高，導(dǎo)致水口結(jié)瘤，其爐次具體情況見表2和表3。表2鋼水流動性差堵水口爐次過程控制裝入量tC/%S/%一倒溫度廠CC/%S/%P/%點吹時間/s393.750.04016130.060.0310.01130103.980.02916180.010.0230.01160表3：鋼水流動性差堵水口爐次脫氧和吹氮工藝控制情況肛前[O]/ppmAr后[O]/ppm中碳鎰鐵kg/爐覆蓋劑血/爐復(fù)合精煉渣/聰/爐硅鋁ei/kg硅鈣線米A1線米/爐吹氨時間/min

22.225.11203050120150/10198.1100-701202010010020060^20105?水口堵塞原因5.1水口絮流物：觀察發(fā)現(xiàn)水口內(nèi)壁粘有絮狀物，顏色有深黃色和藍(lán)色兩種：在結(jié)瘤冷鋼相應(yīng)部位的表層也粘有同樣的物質(zhì)，見圖2、圖3。5.2掃描電鏡分析5.2掃描電鏡分析但化學(xué)含有少

粘結(jié)物發(fā)現(xiàn)兩個水口樣品內(nèi)壁粘結(jié)物雖然外觀顏色不同,但化學(xué)含有少

粘結(jié)物發(fā)現(xiàn)兩個水口樣品內(nèi)壁粘結(jié)物雖然外觀顏色不同,（1）將絮流水口進行電鏡掃描觀察分析。組成類似，都是以A1O為主的氧化物，并量的CaO、SiO：和MnOa外觀形貌觀察藍(lán)色較致密，黃色粘結(jié)物略疏松。圖4：圖4水口絮流物形態(tài)及能普分析（2）結(jié)瘤冷鋼表而粘結(jié)物分析顯示，其化學(xué)組成與水口粘結(jié)物組成相同，都是以A1O為主的氧化物,并含有少量的CaO、SiO：和HnO氧化物，冷鋼斷面分析發(fā)現(xiàn)，樣品中含有較多的彌散分布的夾雜物。其中的夾雜物大體分兩類，一類為MnS夾雜，另一類為富含A1O的CaO、SiO：、MnO、TiO’復(fù)合夾雜。第二類夾雜外形為不規(guī)則或近球形，尺寸在10微米左右，顆粒較小。典型夾雜物形貌為，內(nèi)部為顆粒，外層含有較多的SiOo、MnO、CaO成分，說明這些夾雜物很可能來源于沒有上浮的鋁脫氧產(chǎn)物。任氧化性較高的鋼水中，Si、Hn脫氧或二次氧化產(chǎn)物以AL0,為核心，形成復(fù)合夾雜物。這些夾雜物在連鑄溫度下為固態(tài)，在中包水口內(nèi)壁不斷粘結(jié)積累，鈣處理并未將變成液態(tài)的鋁酸鈣，處理效果不佳，最后造成水口結(jié)瘤。6.改進措施6.1CAS精煉工藝流程：表4工藝流程6.2鈣處理工藝改進針對承鋼冶煉低碳低硅鋼鋼水出現(xiàn)堵塞水口現(xiàn)象，將終點采用硅鋁領(lǐng)脫氧結(jié)合吹氮喂鋁線+硅鈣線的爐外精煉方法改為喂鋁線+鈣鐵線+硅鈣線脫氧，以有利于鋼水鈣處理，促進鋼中夾雜物上浮，提髙鋼水潔凈度，同時也避免了爐后喂硅鈣線造成成品硅高現(xiàn)象的發(fā)生。鋼包喂Ca-Fe時，因Ca-Fe線中(Ca)為25?28%,在喂線過程中出現(xiàn)噴濺現(xiàn)象，對此要求精煉工，分批次喂線，每次喂線量為20?30米/次，喂線速度為3.5-4.5米/秒，當(dāng)鋼中(Si)小于臨界值0.05%時，除了正常Ca-Fe線外，還可喂硅鈣線，確保成品(Si)>0.05%的臨界值。吹氮過程先喂AL線，間隔1-2分鐘再喂CaFe線，喂AL線量根據(jù)氮前氧活度靈活調(diào)整。通過向鋼水中加入一泄量的鈣，使高熔點的A1O與CaO結(jié)合形成低熔點的鋁酸鈣，容易擴散上浮。要減少硫化犠夾雜的形成，通常也采用對鋼水進行鈣處理的方法，要實現(xiàn)成功的鈣處理，必須注意鈣的加入量，鈣處理如果控制不當(dāng)，不僅達(dá)不到預(yù)期的冶金效果，反而會惡化鋼的澆注性能。對鈣處理鋼水造成水口堵塞原因有兩個：一是鈣加入量不夠，不能將A14轉(zhuǎn)變成12Ca07Al：03,形成Ca06AL0,.Ca02A10、CaOAlO、Ca03A10，另一種是鈣加入量過多，鈣又會與鋼中S結(jié)合生成CaS(熔點2500C),向鋼水中加鈣的過程，隨著鋼水中鈣含量的不斷增加，夾雜物中鈣含量也在增加，形成復(fù)合夾雜物，英中CaO6AlA..CaO2Al：O5熔點均在1700°C以上，實際生產(chǎn)中必須加以避免：因此鈣處理必須確保向鋼中加入足夠的鈣，合適的喂線量應(yīng)在1.5-2.5米/噸控制。同時精煉渣也應(yīng)適當(dāng)多加，使其具有足夠的吸附夾雜的能力?？刂其撍辛蚝?，協(xié)調(diào)好鋼水中硫和酸溶鋁含戢，為了減少鋼水鈣處理時CaS生成的機率，要求鋼水硫含量要低，由于CAS-OB目前脫硫效果不明顯，必須對進站鋼水硫含量進行控制。實現(xiàn)鋼水［Als］、S、Ca三者的協(xié)調(diào)，保證鋼水進行鈣處理后A1O變性，降低全氧量，提髙鋼水純凈度。如下表5：表5鋼水中硫和酸溶鋁含量的關(guān)系[Als]0~0?025%0.025-0.030%0.030—0.060%S%>0.017>0.011>0.009(4)連鑄方而保證保護質(zhì)量，防止鋼水在大包到中包過程中吸氮，加密封墊；大包保護套管接口處實行吹氮密封，并進一步由套圈式吹氮密封改為環(huán)式吹氮密封，使密封由線接觸改為而接觸，大幅度提髙了密封效果。工藝變化對鑄坯全氧含量的影響圖5：

?匸藝優(yōu)化前■匸藝優(yōu)化后?匸藝優(yōu)化前■匸藝優(yōu)化后圖5工藝變化對鑄坯全氧含矍的影響（5）使用鉗質(zhì)中間包上水口，并擴大其內(nèi)徑，以減少夾雜物在水口內(nèi)壁附著的幾率，為防止成品碳高硅高，選用對A1O吸附較強的低碳低硅結(jié)晶器保護渣。保護渣增碳情況如表6：表6保護渣増?zhí)记闆r爐號9303899930390093039019303902取樣位宜中包鑄坯中包鑄坯中包鑄坯中包鑄坯C/%0.040.050.060.050.050.010.060.05（6）通過優(yōu)化工藝后承鋼煉鋼廠基本解決了連鑄水口絮流現(xiàn)象，大于30微米的ALA夾雜基本去除，穩(wěn)定了連鑄機生產(chǎn)，而后又開發(fā)了H08A焊條鋼，用戶反映較好。7.結(jié)論（1） 合理運用脫硫工藝.使用低硫鐵水冶煉此鋼種.提銳保證半鋼溫度、半鋼碳，為煉鋼創(chuàng)造有利條件。（2） 避免嚴(yán)重后吹，提高一次拉成率降低鋼中氧含量，為脫氧合金化及CAS精煉創(chuàng)造有利條件。（3） 冶煉H08A時使用無硅脫氧劑，避免出現(xiàn)成品硅超標(biāo)。<4）吹氮加入鋁粉進行鋼包渣改性，使鋼包氧向渣中擴散，避免