精煉控鈦工藝優(yōu)化與實(shí)踐

周 偉，趙梓云，武 劍，任 濤，費(fèi)運(yùn)通

（日照鋼鐵控股集團(tuán)有限公司，山東 日照 276806）

日照鋼鐵控股集團(tuán)有限公司（以下簡(jiǎn)稱日鋼）連鑄產(chǎn)線含鈦鋼種主要應(yīng)用在汽車鋼、耐候鋼等鋼種生產(chǎn)中，隨著汽車鋼、耐候鋼的開(kāi)發(fā)和冶煉技術(shù)成熟，其產(chǎn)量由最初的幾千噸上升到目前每月十幾萬(wàn)噸，其他含鈦鋼種的產(chǎn)量也在逐步提高，且隨著產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)及升級(jí)，含鈦鋼種的種類及產(chǎn)量都不斷在刷新，目前鋼水加鈦合金主要在LF爐進(jìn)行，LF冶煉過(guò)程加鈦合金存在收得率偏低、鋼水Ti不穩(wěn)定情況，成品鈦含量多次出現(xiàn)超出分廠內(nèi)控，直接影響品種鋼的性能，通過(guò)工藝攻關(guān)和改進(jìn)，不斷優(yōu)化冶煉工藝過(guò)程，最終使鋼水Ti穩(wěn)定控制，本文著重研究高強(qiáng)度汽車大梁鋼（RE700L）與耐候鋼（SPA-H）的精煉鈦控制工藝及優(yōu)化。

1 鈦元素的元素特性

鈦元素位于元素周期表中ⅣB族,對(duì)于鈦含量較高的鋼種，軋制中形變誘導(dǎo)析出的TiC可通過(guò)阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大而細(xì)化鐵素體晶粒，而冷卻和卷曲過(guò)程中析出的TiC具有較強(qiáng)的沉淀強(qiáng)化作用[1]。鈦元素金屬活動(dòng)性強(qiáng)于硅、鋁，其單質(zhì)熔點(diǎn)（1 660±10）℃，70Ti鈦鐵熔點(diǎn)為1 580℃左右，在鋼水冶煉中算高熔點(diǎn)的合金物料，而且其具有極活潑的元素性質(zhì)易被氧化，所以Ti鐵在精煉過(guò)程的添加工藝與普通合金區(qū)別較大。

2 影響鋼水鈦元素收得率因素分析

2.1 鋼水溫度與鈦元素收得率關(guān)系

日鋼生產(chǎn)高強(qiáng)度汽車大梁鋼（RE700L）與耐候鋼（SPA-H）所使用鈦合金為70鈦鐵，70鈦鐵熔點(diǎn)為1 580℃左右，而汽車鋼、耐候鋼因液相線比較低，例如耐候液相線溫度1 521℃，澆鑄溫度在1 535～1 545℃，精煉過(guò)程溫度一般不超過(guò)1 600℃，統(tǒng)計(jì)不同溫度下鈦合金加入情況如表1。

表1 鋼水不同溫度加鈦合金結(jié)坨情況

通過(guò)統(tǒng)計(jì)可以看出溫度對(duì)鈦鐵合金收得率影響較大，鋼水溫度大于1 580℃鈦鐵合金不易結(jié)坨，有助于鈦鐵收得率的提高，因此選擇合適的鈦鐵加入時(shí)機(jī)至關(guān)重要。

2.2 鋼水中鋁元素與鈦元素收得率關(guān)系

由于Ti元素極活潑的金屬元素特性，極易被鋼水中的[O]所氧化，而鋼中Als的含量能側(cè)面反應(yīng)鋼中[O]的含量，統(tǒng)計(jì)鋼水Als與Ti含量關(guān)系（見(jiàn)圖1）。

圖1 鋼水w（Als）與鋼水中w（Ti）關(guān)系

同等量的鈦鐵加入鋼水時(shí)，Als含量越高鋼水中Ti越高，Ti的收得率越高。通過(guò)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)鋼水w（Als）≥0.030%，Ti回收率73.8%；w（Als）≤0.025%，Ti回收率只有67.75%。其主要原因?yàn)楫?dāng)鋼中w（Als）＜0.030%時(shí)鋼中平衡[O]含量較高，且加入鈦鐵后需要鋼水大氬氣攪拌，鋼水易吸氧造成鋼中Ti元素氧化，若提高鋼中Als含量可有效防止Ti的氧化。

2.3 鋼水中氮元素與鈦元素收得率的關(guān)系

由于Ti元素活潑的化學(xué)性質(zhì)，其與鋼中[N]元素的親和能力很強(qiáng)。在高溫下，Ti與N結(jié)合形成穩(wěn)定的TiN第二相粒子[3]。影響Ti的收得率。

鋼水增氮嚴(yán)重，鋼中[N]與Ti發(fā)生反應(yīng)，生成TiN，統(tǒng)計(jì)前期耐候鋼（SPA-H）鋼水[N]不同時(shí)將w（Ti）配至0.035%對(duì)應(yīng)加入鈦鐵量如表2所示。

表2 鋼水不同氮含量加鈦鐵量

對(duì)于不同鋼水氮含量，按照同一目標(biāo)加鈦，[N]含量較高爐次，鈦鐵消耗明顯增加。LF鋼水精煉過(guò)程需控制增氮。

2.4 爐渣與鈦元素收得率關(guān)系

在LF爐精煉過(guò)程中，造白渣工藝的控制是極為關(guān)鍵的，直接關(guān)系到LF爐還原精煉的效果[2]。而精煉爐渣氧化性是衡量精煉爐渣脫氧情況的一項(xiàng)重要指標(biāo)，爐渣脫氧不完全，鈦元素與渣中氧反應(yīng)，對(duì)鈦鐵收得率影響很大，統(tǒng)計(jì)加鈦前后爐渣數(shù)據(jù)如表3、表4，加鈦前爐渣中w（TiO2）平均為0.61%，加鈦后w（TiO2）達(dá)到1.93%，爐渣氧化性越高Ti的氧化越嚴(yán)重，在w（FeO+MnO）≤1%時(shí)爐渣氧化性較弱，對(duì)鈦元素收得率較好。

表3 加鈦前渣樣數(shù)據(jù)

表4 加鈦后渣樣數(shù)據(jù)

3 精煉過(guò)程鈦控制工藝優(yōu)化

根據(jù)影響鋼水鈦元素收得率因素，對(duì)精煉鈦控制工藝進(jìn)行優(yōu)化。

3.1 耐候鋼等低鈦鋼種控鈦工藝優(yōu)化

以耐候鋼為例的低鈦品種鋼中鈦元素含量一般在0.025%～0.045%左右，因其鈦含量不高，合金添加量較小，采用BOF-LF-CC單聯(lián)工藝，LF精煉過(guò)程中要求鈦鐵在最后一次脫硫大攪后加入，加入后攪拌2～3min，并送電1min以上，保證合金充分熔化，對(duì)于耐候鋼等液相線較低鋼種，加鈦前溫度控制≥1580℃；對(duì)于低硅含鈦鋼等液相線較高鋼種，加Ti前溫度控制≥1 595℃；加鈦前控制爐渣w（FeO+MnO）≤1%，保證爐渣脫氧完全；加鈦時(shí)控制鋼中w（Als）介于0.030%～0.040%之間；通過(guò)調(diào)整精煉冶煉過(guò)程除塵開(kāi)度，保持爐蓋除塵微正壓狀態(tài)，防止鋼水吸氮，目前耐候鋼鈦收得率穩(wěn)定在73%，鈦含量合格率達(dá)100%。

3.2 高強(qiáng)度汽車大梁鋼控鈦工藝優(yōu)化

汽車大梁鋼（RE700L）成分如表5所示。

表5 汽車大梁鋼成分

因汽車大梁鋼特殊的性能要求，鈦含量較高，在0.100%～0.120%之間，且對(duì)鋼水氮含量及純凈度要求較高，采用BOF-LF-RH-CC雙聯(lián)工藝，由于加入鈦合金量較大，考慮兩種鈦合金加入方案，方案一LF精煉冶煉終點(diǎn)加入部分鈦合金，RH精煉補(bǔ)足剩余鈦合金至滿足鋼水鈦成分要求；方案二LF精煉不加鈦合金，RH精煉將鈦合金補(bǔ)足至滿足鋼水鈦成分要求。汽車大梁鋼w（Ti）目標(biāo)控制為0.110%合金加入量及鈦合金收得率統(tǒng)計(jì)如表6。

表6 兩種鈦合金加入方案對(duì)比

由于RH真空處理大部分反應(yīng)發(fā)生在真空室中，僅有少量爐渣參與，且鋼水循環(huán)處理過(guò)程中處于真空狀態(tài)，不僅有利于鋼水脫氮，而且?guī)缀鯖](méi)有空氣吸氧對(duì)鈦燒損，同時(shí)為滿足RH真空循環(huán)過(guò)程，RH爐鋼水到站溫度一般大于1 600℃，真空循環(huán)過(guò)程中溫度通常大于1 580℃，可完全解決鈦鐵合金結(jié)坨情況，通過(guò)控制鋼液中鋁含量?jī)?yōu)化過(guò)程操作，真空室第一次使用鈦收得率可達(dá)93%，真空室連續(xù)使用時(shí)鈦鐵收得率可穩(wěn)定在98%，相較LF爐單聯(lián)法鈦鐵收得率提高20%～25%。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)耐候鋼（SPA-H）、汽車大梁鋼（RE700L）等鋼種的鈦控制工藝優(yōu)化，不僅大大提高了鈦合金收得率，而且穩(wěn)定了耐候鋼、大梁鋼等品種鋼成分控制，對(duì)連鑄品種鋼提質(zhì)增量奠定了良好基礎(chǔ)，隨著汽車鋼等品種鋼種類和數(shù)量的不斷提升，控鈦工藝優(yōu)化所帶來(lái)的效益優(yōu)勢(shì)與鋼材性能穩(wěn)定優(yōu)勢(shì)將更加凸顯。