天鋼降低鑄坯全氧方法的研究

崔　猛，邢建森，王曉晶（天津鋼鐵集團有限公司，天津300301）

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天鋼降低鑄坯全氧方法的研究

崔猛，邢建森，王曉晶
（天津鋼鐵集團有限公司，天津300301）

[摘要]為降低鑄坯全氧含量，提高鋼水潔凈度，天津鋼鐵集團有限公司煉鋼廠對現(xiàn)有工藝進行優(yōu)化，通過采用轉(zhuǎn)爐高拉碳和石灰渣洗工藝、精煉工序降低精煉渣中SiO2含量以提高爐渣堿度、引進鋁制脫氧球加強爐渣脫氧、優(yōu)化底吹氬氣工藝、使用實芯純鈣線代替原硅鈣及鈣鐵包芯線、優(yōu)化連鑄工序保護澆注工藝等措施，使鑄坯中全氧含量在30×10-6以下爐次的比例由70.37%提高到91.16%，產(chǎn)品純凈度顯著提高。

[關(guān)鍵詞]全氧；鑄坯；渣洗；堿度；潔凈度；工藝優(yōu)化；質(zhì)量

修回日期：2015-04-06

1　引言

鑄坯全氧含量的高低是鋼水潔凈度的重要衡量指標(biāo)。提高鑄坯潔凈度是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼的基礎(chǔ)，最大限度地降低鑄坯中全氧含量非常重要。鑄坯中全氧T[O]由游離氧和氧化物夾雜中的氧組成。鑄坯游離氧過高，使鑄坯極易產(chǎn)生氣泡，造成質(zhì)量缺陷。鑄坯氧化物夾雜具有不易變形的特點，在循環(huán)應(yīng)力的作用下，氧化物夾雜的邊緣不易產(chǎn)生變形，容易出現(xiàn)應(yīng)力集中而產(chǎn)生裂紋缺陷[1]。當(dāng)鑄坯中氧化物夾雜含量過高時，主要對鋼的疲勞強度、塑性、沖擊韌性等性能存在較大影響[2]。因此，做好降低鋼水全氧含量的工作對提高鋼水潔凈度，穩(wěn)定鑄坯使用性能具有重要作用。為此，天津鋼鐵集團有限公司煉鋼廠在降低鑄坯全氧T[O]，提高鋼水潔凈度方面開展了深入的研究并取得了很好的效果。

2　鑄坯生產(chǎn)流程簡介

天津鋼鐵集團有限公司現(xiàn)有3座120 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐（BOF），3座鋼包精煉爐（LF），1座VD真空精煉爐，1座RH真空精煉爐，處理容量均為120 t。2臺方圓坯弧形連鑄機，2臺直結(jié)晶器連續(xù)矯直板坯弧形連鑄機。鐵水經(jīng)煉鋼工序生產(chǎn)后成為合格鑄坯，鑄坯主要生產(chǎn)流程為：鐵水寅轉(zhuǎn)爐冶煉（BOF）寅精煉（LF、VD/RH）寅連鑄（CC）。

3　全程控氧優(yōu)化方案

3.1轉(zhuǎn)爐工序

鋼中含氧夾雜物數(shù)量的多少，在很大程度上取決于轉(zhuǎn)爐終點氧的高低。轉(zhuǎn)爐終點氧含量，直接決定了鋼水原始夾雜物數(shù)量。當(dāng)轉(zhuǎn)爐終點氧含量低時，鋼水脫氧后原始夾雜物少。為了降低鋼水氧含量，轉(zhuǎn)爐工序在提高高拉碳率，降低后吹比例，摸索渣洗工藝方面進行了大量研究工作。

3.2精煉工序

精煉工序作為連接轉(zhuǎn)爐與連鑄的中間環(huán)節(jié)，在控制夾雜物上浮去除方面有較為重要的作用。精煉工序通過優(yōu)化渣系，推行爐渣標(biāo)準(zhǔn)化操作，調(diào)整爐渣堿度、氧化性和流動性以促進吸附夾雜；完善脫氧方案，細化還原劑投放原則；精確調(diào)整各階段氬氣使用流量，完成鋼水降低全氧含量的任務(wù)。

3.3連鑄工序

連鑄工序主要在保護澆注方面積極開展研究，防止鋼水在澆注過程二次吸氧，污染鋼液，影響鑄坯的全氧含量。

4　鑄坯全氧T[O]控制實踐

4.1轉(zhuǎn)爐工序

4.1.1終點拉碳控制

一直以來轉(zhuǎn)爐雙命中率都未能取得突破，終點碳與溫度很難達到平衡。通過參照少渣操作工藝的關(guān)鍵工藝點，不斷進行現(xiàn)場的摸索，結(jié)合試驗數(shù)據(jù)進行科學(xué)修正，使得少渣操作工藝在實際生產(chǎn)中日漸成熟。少渣操作工藝的最大優(yōu)越性在于強化前期脫磷效果，穩(wěn)定后期脫碳操作，為終點碳控制水平的提高創(chuàng)造了有利條件。

通過積極開展轉(zhuǎn)爐高拉碳控制競賽，推行少渣工藝，對班組開展技能培訓(xùn)，加大獎罰力度，使轉(zhuǎn)爐高拉碳工藝控制取得了良好的效果。通過優(yōu)化高拉碳控制工藝，班組高拉碳率提高了13.52%，平均終點碳提高0.019%，后吹率降低了2.21%?；緮?shù)據(jù)如表1所示。

表1　高拉碳及后吹數(shù)據(jù)　/%

通過對終點C及終點游離氧數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，結(jié)合碳-氧平衡曲線，如圖1所示，優(yōu)化高拉碳控制工藝后，鋼中初始氧含量降低76.2伊10-6。

4.1.2渣洗工藝

推廣轉(zhuǎn)爐石灰渣洗工藝，即在轉(zhuǎn)爐出鋼過程中，石灰直接從料倉隨鋼水流加入到鋼包中，加入時機為伴隨合金加入之后。理論分析認(rèn)為：轉(zhuǎn)爐爐后出鋼過程加入石灰及手投脫氧劑，有助于石灰提前預(yù)熔，為后道工序快速成渣提供有利條件。在此過程中具有良好的脫硫動力學(xué)條件，同時由于初渣的快速形成，使?fàn)t渣脫氧前移，促使?fàn)t渣吸附夾雜的時間更加充分，并且初渣可有效覆蓋鋼水界面，降低鋼水裸露吸氧的概率，進一步提高了鋼水的純凈度。

圖1　碳氧平衡曲線與實測數(shù)據(jù)

進行渣洗試驗后，我們對進LF爐的鋼水進行了進站定氧操作，試驗結(jié)果顯示，板坯用普碳鋼經(jīng)渣洗后，進LF爐的游離氧含量由50.9伊10-6降低到46.2伊10-6，平均降低4.7伊10-6。

4.2精煉工序

4.2.1渣系優(yōu)化實驗

原有精煉渣系主要存在堿度（CaO/SiO2）偏低，Al2O3含量偏低的實際問題。根據(jù)文獻顯示，爐渣堿度的提高，有利于提高精煉爐渣脫氧能力，使鋼中氧含量降低。同時，降低渣中SiO2含量可以使鋼中T[O]值減少，這是由于渣中SiO2含量降低，使SiO2活度系數(shù)大幅度降低，從而可避免或減少渣中SiO2與鋼中Al反應(yīng)對鋼液脫氧帶來的影響[3]。其主要化學(xué)反應(yīng)式如下：

精煉爐渣堿度低的原因主要是爐渣中的SiO2含量過高造成的，因此查找SiO2來源十分重要。通過對冶煉數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)爐渣中SiO2的來源主要有3個方面：精煉工序使用的硅質(zhì)物料，煉鋼工序下渣和出鋼合金化過程中含硅物料的氧化產(chǎn)物。

為降低精煉渣中SiO2含量，煉鋼廠主要從以下的幾個方面對現(xiàn)有渣系進行優(yōu)化：（1）限制SiO2含量較高和經(jīng)反應(yīng)后可生成SiO2的精煉輔料的使用。例如硅鐵粉雖然具有良好的脫氧效果，但其脫氧產(chǎn)物為SiO2，不利于鋼中T[O]的減少和爐渣堿度的提高，因此選用其它還原劑來替換硅鐵粉。（2）轉(zhuǎn)爐嚴(yán)格執(zhí)行先加脫氧劑充分脫氧，后進行合金化的操作順序。（3）提高轉(zhuǎn)爐出鋼過程的擋渣成功率，減少下渣。

通過開展試驗攻關(guān)后，精煉工序冶煉優(yōu)質(zhì)圓管坯鋼種時，爐渣堿度由原來的3.0提高至3.5左右；一般含鋁鋼精煉爐渣中Al2O3含量由15%左右提高至逸18%；優(yōu)質(zhì)圓管坯Al2O3含量由18%左右提高至逸20%。精煉工序優(yōu)化渣系后，渣中各組分比例變化如表2所示。

表2　渣系調(diào)整前后爐渣主要組分變化　/%

4.2.2脫氧方案

逐步完善脫氧控制方案，重點指導(dǎo)和監(jiān)督班組，對還原劑少加勤加，保持全程的還原劑氣氛。引進鋁制脫氧球來加強爐渣脫氧，不同處理階段選取適當(dāng)種類還原劑。通過對脫氧制度進行完善，LF爐出站含鋁鋼的游離氧含量降低了3.3伊10-6，非含鋁鋼出站游離氧含量降低了4.2伊10-6?；緮?shù)據(jù)如表3所示。

表3　LF出站游離氧對比

4.2.3精確化調(diào)整氬氣系統(tǒng)

在LF及VD均引進底吹氬氣精確控制儀器，改變以往手動調(diào)節(jié)的落后控制模式，使底吹氬氣控制精度大大提高，調(diào)節(jié)速度更為迅速，處理過程有效地降低了鋼水裸露造成的二次氧化。通過制定科學(xué)合理的吹氬曲線模型，精確控制吹氬壓力及流量，促進爐渣快速吸附夾雜，提高了鋼水的潔凈度。底吹氬氣工藝優(yōu)化主要體現(xiàn)在下幾個方面：（1）整個精煉過程應(yīng)盡量少使用強攪拌，減少鋼水裸露和卷渣現(xiàn)象，減少對鋼包耐材沖刷。（2）軟吹過程注意調(diào)整氬氣以鋼渣蠕動，而不裸露鋼水液面為準(zhǔn)。（3）VD達到高真空前，避免氬氣流量過大導(dǎo)致鋼水裸露；到達高真空時適當(dāng)調(diào)整氬氣流量，保證足夠的真空脫氣效果，提高渣鋼反應(yīng)速率。

4.2.4鈣處理工藝

積極開展鈣處理工藝優(yōu)化，使用實芯純鈣線代替原來的硅鈣及鈣鐵包芯線，確定不同種類鈣處理模式。實芯純鈣線主要對Al2O3類夾雜變性效果明顯，通過軟吹后此類夾雜物可以充分上浮。經(jīng)鈣處理后，鋼中夾雜物級別，氧含量顯著降低，使鋼水的潔凈度提高，改善了鋼水的可澆性[4]。

4.3連鑄工序

連鑄工序在保護澆注，防止二次氧化方面積極開展工作，主要措施如下：開澆前采用氬氣置換，大包套管使用石棉碗密封墊，避免鋼水吸氧造成二次氧化；中包覆蓋劑加入要符合要求，確保鋼水不裸露，渣層不結(jié)殼；加強鋼包下渣自動監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)控及維護，保證系統(tǒng)運行正常；保證引流沙加入，開澆滑板自開率達到92%以上。

連鑄工序保護澆注工藝優(yōu)化改進措施的實行，有效降低了鑄坯全氧含量，使煉鋼廠普碳鋼全氧含量降低到30伊10-6以下，優(yōu)質(zhì)圓管坯鋼種全氧含量降低到20伊10-6以下，軸承鋼鑄坯全氧含量降低到10伊10-6以下。

通過對煉鋼各工序進行全程控氧操作，鑄坯中全氧含量低于30伊10-6的爐次比例由70.37%提高到91.16%，產(chǎn)品穩(wěn)定性能大大提高。鑄坯全氧分布情況如圖2所示。

圖2　鑄坯全氧分布情況

5　結(jié)論

實施全程控氧操作后，鑄坯全氧含量明顯降低，鑄坯全氧含量低于30伊10-6的爐次比例提高了20.79%，產(chǎn)品的潔凈度及穩(wěn)定性大大提高。

轉(zhuǎn)爐工序優(yōu)化高拉碳操作工藝，使鋼中初始氧含量降低76.2伊10-6，出鋼過程渣洗使進精煉游離氧含量降低4.7伊10-6；精煉工序進行渣系優(yōu)化后，使優(yōu)質(zhì)圓管坯鋼種冶煉的爐渣堿度由原來的3.0提高至3.5左右，促進了爐渣的脫氧能力的提升；連鑄工序采取的保護澆注措施得當(dāng)，使優(yōu)質(zhì)圓管坯鋼種的全氧含量降低到20伊10-6以下。

（下轉(zhuǎn)第54頁）

生產(chǎn)實踐表明，天津鋼鐵集團公司煉鋼廠對鑄坯全氧含量控制措施得當(dāng)，全程控氧效果良好，鑄坯潔凈度提高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，具有重要的推廣價值。

參考文獻

[1]籍建欣，劉輝霞.石鋼降低鋼中氧含量生產(chǎn)實踐[J].河北冶金，2004（3）：29-31.

[2]秦鳳婷，牛海云，晁霞，等.20CrMnTiH齒輪鋼氧含量的控制實踐[J].河南冶金，2012，20（2）：40-42.

[3]李陽，姜周華，袁偉霞，等.精煉渣對非鋁脫氧鋼中夾雜物影響的實驗研究[J].中國冶金，2006，16（6）：28-31.

[4]于學(xué)文，孟憲華.實芯純鈣包芯線在50 tLF精煉爐的應(yīng)用[J].萊鋼科技，2012（4）：8-9.

Study on M ethodsofReducing BilletTotalOxygen in TISCCUIMeng,XING Jian-sen and W ANG Xiao-jing

(Tianjin Iron and SteelGroup Co.,Ltd.,Tianjin 300301,China)

AbstractIn orderto reduce billettotaloxygen and improve steelcleanliness,Steel-making PlantofTianjin Iron and SteelGroup Co.,Ltd.optimized the existing processesby taking measuresofadopting catch carbon controland lime slag washing process atconverter;reducing SiO2contentin refining slag to increase slag alkalinity at refining process; introducing aluminum deoxidizing ball to strengthen slag deoxidization, optimizing argon blowing process,adopting pure solid calcium wire to substitute originalsilicon calcium and calcium iron cored wiresand optimizing submerged casting processatcontinuouscasting.Consequently,total oxygen contentin billetincreased from 70.37% to 91.16% in lowerthan 30伊10-6heatsand steelcleanliness wasimproved remarkably.

Key wordstotaloxygen;billet;slagwashing;alkalinity;cleanliness;processoptimization;quality

收稿日期：2015-03-15

doi：10.3969/j.issn.1006-110X.2015.04.012

作者簡介：崔猛（1988—），男，河北威縣人，本科，主要從事精煉工序的工藝研究工作。