板坯Q235B低成本煉鋼新工藝

供稿|陳貴和 / CHEN Gui-he

作者單位：福建三寶鋼鐵有限公司，福建 漳州 363000

內容導讀成本控制是煉鋼生產的關鍵指標。本文介紹了福建三寶鋼鐵為降低板坯Q235B生產成本，改變脫氧工藝路線，開發(fā)了板坯Q235B低成本煉鋼生產新工藝。在出鋼過程中使用合金脫氧，到吹氬站使用鋁線進行二次脫氧，通過分步脫氧將出站[O]穩(wěn)定控制在30×10?6～50×10?6，可有效解決連鑄絮流問題且保證良好的產品質量。新工藝執(zhí)行后，大幅度降低了生產成本，具有可觀的經濟效益。

在煉鋼生產中為保證板坯產品質量避免因鋼水的含氧量高而出現皮下氣泡等缺陷[1-2]，通常需要加入鋁錠、硅鋁鋇鈣等強脫氧劑來控制鋼水的脫氧深度[3]，不可避免地會出現Als及Al2O3等高熔點夾雜物澆注進入中包以后附著在塞棒、上水口以及下水口等位置。此類夾雜物附著以后難以再被沖刷進入鋼水，當夾雜物聚集達到一定程度以后，即造成澆鑄過程中的絮流現象[4]。絮流產生以后控流不穩(wěn)，澆鑄液面劇烈波動，極易造成卷渣，嚴重時甚至導致漏鋼。受液面波動影響，連鑄拉速短時間內大幅下降，造成鑄坯出現接頭及表面縱裂等缺陷，嚴重影響連鑄生產順行及鑄坯質量控制。

為去除Al2O3等高熔點夾雜物，要求鋼包頂渣具有較強的吸附能力，因此需要加入石灰、渣洗料、電石等進行爐外造渣[5]。雖然該工藝已相對成熟，但是在鋼水不經過LF精煉的情況下，轉爐工藝控制困難、勞動強度大、效果不穩(wěn)定，造成連鑄絮流嚴重、生產事故頻繁、鑄坯成材率低、表面缺陷多、中包時間短等問題，生產成本居高不下，嚴重制約企業(yè)的發(fā)展。

低成本煉鋼新工藝

要解決煉鋼成本居高不下的問題，重點要解決不經LF精煉的鋼水絮流控制和鑄坯質量控制的問題[6-7]，而這兩者都與鋼水的脫氧深度息息相關。為控制鋼水絮流，需盡可能減少Al的加入，杜絕鋼水中Als的出現，這就要求鋼水中[O]盡可能高。實踐表明，當鋼水中[O]＞30×10?6時，鋼水絮流基本得到控制，而當鋼水中[O]超過50×10?6時，鑄坯易出現皮下氣泡，最終導致鋼帶表面縱裂和爛邊等問題[8]。因此，如何將鋼水中[O]穩(wěn)定控制在30×10?6～50×10?6[9-10]，是亟需攻克的難題。

成分設計

由于新工藝要求控制鋼水中氧含量較高，因此在進行Q235B成分設計時，不僅要滿足國標及軋鋼性能要求，更重要的是在要考慮各成分對鋼中CO平衡的影響。實踐證明，Si元素對C-O平衡起到至關重要的作用，隨著鋼中Si含量的提高，允許鋼中[O]含量隨之提高。綜合實踐經驗，制定Q235B成分如表1。

表1 Q235B化學成分要求(質量分數，%)

脫氧工藝

在出鋼過程中加入鋁錠、硅鋁鋇鈣等強脫氧劑無疑能更好地降低鋼中氧含量，但是受冶煉終點不穩(wěn)定性影響，往往會出現脫氧劑加入過量的情況，最終導致鋼水氧過低而造成連鑄絮流。因此，為保證將鋼水中[O]穩(wěn)定控制在30×10?6～50×10?6，采用分步脫氧，即在出鋼過程用合金預脫氧，鋼水到氬站以后再用鋁線精確控制出站氧含量。

出鋼過程脫氧合金化

為精確控制到站鋼水氧含量，實驗使用合金(硅鐵/硅錳)進行脫氧，即在出鋼過程中不加任何鋁錠、硅鋁鋇鈣及其他脫氧劑，合金加入量如表2。

表2 合金加入量

跟蹤統(tǒng)計200爐出鋼過程純合金脫氧實驗數據，結果如表3。

表3 到站氧含量數據統(tǒng)計

從實驗數據可以看出，當出鋼碳含量一定時，鋼水到站[O]相對穩(wěn)定，在不同的出鋼條件下，平均氧含量在68×10?6～104×10?6之間波動。

吹氬站脫氧控制

根據表3統(tǒng)計數據，由于硅鐵/硅錳脫氧能力有限，在出鋼過程中完全依靠合金脫氧而不使用其他脫氧劑時，鋼水中[O]無法滿足質量控制要求，但是在不同出鋼碳含量條件下，到站[O]波動幅度較小，因此，可在吹氬站添加鋁線進一步脫氧。跟蹤統(tǒng)計200爐不同出鋼條件下鋁線(?11 mm，Al質量分數≥98%)加入量及出站氧含量如表4。

表4 鋁線加入量及出站氧含量統(tǒng)計

根據終點出鋼碳含量確定相應的鋁線加入量，并根據出鋼溫度及爐渣氧化性情況進行微調，如表4的統(tǒng)計數據，采用分步脫氧后出站[O]含量控制相對穩(wěn)定，基本控制在30×10?6～50×10?6目標范圍。

連鑄生產情況

采用原工藝生產時，轉爐出站[O]控制不穩(wěn)定，造成連鑄液面波動頻繁，波動幅度在10～25 mm范圍。采用新工藝以后，轉爐出站[O]控制穩(wěn)定，鋼水潔凈度較高，連鑄液面波動＜5 mm。在當前生產中，液渣正常厚度(13±2) mm，當液面波動范圍超過液渣厚度時[11]，易造成漏鋼事故，嚴重影響正常生產。

軋鋼性能及內部質量分析

針對實驗爐次隨機抽取5組不同規(guī)格試樣檢驗力學性能及金相，如表5。

表5 帶鋼性能及金相

根據隨機抽取的樣品分析結果，新工藝生產的帶鋼力學性能均滿足國標及內控要求，如圖1和圖2所示，夾雜物為球狀氧化物夾雜0.5級，顯微組織是鐵素體加珠光體，其中珠光體含量很少，晶粒度為9.5級，與原工藝基本一致，均能滿足產品性能、質量要求。

圖1 夾雜分析

圖2 顯微組織分析

成本分析

轉爐成本分析

新工藝相較于原工藝，在合金用量上略有上升，但是可以節(jié)省大量的石灰、渣洗料等輔料，如表6所示，新工藝合計成本降低6.95元/t。

表6 轉爐成本對比

連鑄成本分析

通過工藝優(yōu)化保證連鑄正常澆鑄，有效減少連鑄換套管次數，中包壽命由原來18 h提高至24 h，如表7所示，執(zhí)行新工藝后可降低成本(合計)2.39元/t。另外，隨著生產順行及鑄坯質量的穩(wěn)定，可有效減少外觀問題鑄坯，降低人工勞動強度。

表7 連鑄成本對比

綜合轉爐、連鑄生產成本，執(zhí)行新工藝后可降低噸鋼成本9.34元/t。

結束語

(1)新工藝執(zhí)行后，可降低噸鋼成本9.34元/t，具有可觀的經濟效益。

(2)通過改變脫氧路線，在出鋼過程中使用合金脫氧，到吹氬站使用鋁線進行二次脫氧，通過分步脫氧將出站[O]穩(wěn)定控制在30×10?6～50×10?6，可有效解決連鑄絮流問題，且保證良好的鋼帶質量。