海洋平臺用鋼種EH36的生產(chǎn)實踐

王念欣，曾 暉，王成鎮(zhèn)，張 戈，欒吉益，董洪壯，袁宇皓

（山東鋼鐵集團有限公司研究院，山東 250101）

0 引言

一般來說，因D級、E級以及高強度船板鋼要求具有良好的低溫韌性以及良好的焊接性能，因此對煉鋼工藝設備的配置水平要求比較高，煉鋼工藝相對比較復雜。EH36 為高強度船體結構鋼，具有優(yōu)良的低溫沖擊韌性和焊接性能，主要用于制造大型海洋平臺，大、中型遠洋船舶的強力甲板、舷頂列板或圓弧型板等船體的關鍵部位。由于大型海洋平臺和遠洋船舶常年航行于變化無常的大海中，一旦發(fā)生事故救援難度大、損失也大，因此，船東、船廠、海事協(xié)會等對船板鋼的質(zhì)量要求非常嚴格，船板鋼生產(chǎn)需由船級社進行第三方認證，船板的生產(chǎn)工藝必須要求要遵循各國船級社的技術規(guī)范。

為了確保EH36 高強船板鋼的性能，冶煉工藝采用了微合金化技術，通過在鋼中添加Nb、V、Ti等合金元素，結合軋制工藝控冷、控軋或熱處理工藝，以達到船板鋼細化晶粒，提高韌性的目的。另外，通過鐵水脫硫以及轉爐、LF、RH、連鑄操作的精準、穩(wěn)定控制，降低鋼中有害元素含量，提高鋼水的潔凈度和鑄坯合格率。本文以某鋼廠生產(chǎn)EH36 高強船板鋼為例，介紹了EH36 高強船板鋼的煉鋼生產(chǎn)工藝，提出了煉鋼生產(chǎn)過程中的重點控制技術內(nèi)容，并對重點控制技術的控制效果進行了總結。

1 煉鋼工藝設計

1.1 成分設計

較低的C、S 和夾雜物含量，以及夾雜物形態(tài)的控制，有利于提高EH36 級鋼板的縱橫向低溫沖擊功，降低韌-脆性轉變溫度。通過添加微量Nb、Ti，有利于細化晶粒、提高鋼板綜合性能。如何系統(tǒng)控制EH36鋼水中有害元素P、S、N、H、O 含量，提高鋼水潔凈度和鑄坯合格率，是生產(chǎn)中的控制關鍵。

為了保障EH36高強船板鋼的低溫韌性以及焊接性能，同時結合軋制工藝控冷、控軋及熱處理工藝的要求，EH36高強船板鋼設計成分如表1所示。

表1 EH36高強船板鋼設計成分

1.2 生產(chǎn)工藝路線設計

根據(jù)船級社的認證要求和成分設計情況，該廠EH36 高強船板煉鋼生產(chǎn)工藝路線采用鐵水預處理→轉爐→LF→RH→連鑄。此工藝路線主要是利用KR鐵水脫硫、頂?shù)讖痛缔D爐、LF精煉、RH真空精煉等先進的煉鋼工藝設備，精準、穩(wěn)定地管控EH36鋼的生產(chǎn)過程。通過改進鐵水脫硫渣、轉爐全程吹氬、爐外真空精煉等措施，可顯著降低鋼中有害元素和夾雜物的含量，改善夾雜物形態(tài)。

2 煉鋼重點控制技術內(nèi)容

2.1 生產(chǎn)條件準備

使用低P、S 自產(chǎn)優(yōu)質(zhì)廢鋼；要求原材輔料干燥，嚴禁潮濕材料入爐；控制轉爐入爐鐵水P≤0.120%、殘余元素Cr≤0.06%、As≤0.006%；鋼包為正常周轉使用的鋼包，包沿、包內(nèi)不允許有殘鋼、殘渣，上線前保證底吹良好；轉爐為非補爐的爐次，出鋼口無破損、形狀良好；RH確保過程處理真空度和保壓時間符合要求；連鑄板坯低倍組織符合要求。

2.2 鐵水預處理

（1）根據(jù)鐵水成分情況尤其是硫含量進行KR深脫硫預處理，然后按照要求進行扒渣，減少鐵渣帶入量。鐵水脫硫預處理后的目標：S≤0.005%，扒渣后要求渣層面積不大于鐵包總液面的1/5。

（2）鐵水預處理時要合理控制攪拌頭轉速，轉速過低動力學條件差，將會極大降低脫硫的效率，過高易造成爐渣外溢；同時對攪拌頭的插入深度要把握好，攪拌頭的插入深度過淺，攪拌的過程中的噴濺情況會非常嚴重，同時鐵水罐的下部鐵水的攪拌效果非常差，死區(qū)較大，過深易造成鐵水罐上部的攪拌效果不好。

（3）脫硫劑要考慮到能和鐵水中硫元素充分接觸，增大反應面積，因此要求脫硫劑粒度要求小于3mm。石灰作為脫硫劑的主要成分，其質(zhì)量也會對脫硫效果有非常大的影響，其中CaO 的含量、硫含量以及石灰的活性度都會對脫硫效果產(chǎn)生影響，因此必須加以重視。

2.3 轉爐冶煉工藝控制

2.3.1 轉爐底吹控制

轉爐底吹工藝采用全程吹氬模式。通過對不同吹煉階段底吹流量的合理控制，可有效改善熔池的動力學條件，促進吹煉過程中的傳熱和傳質(zhì)，加速鋼-渣界面反應，消除熔池溫度和成分梯度大的問題，使C-O 反應更進一步接近平衡，避免了鋼水的過氧化，提高氧氣的利用率，降低了噸鋼耗氧量，同時也可提高金屬收得率[1]。圖1 為轉爐底吹氬流量控制曲線。

圖1 轉爐底吹氬流量控制曲線

2.3.2 吹煉造渣控制

造渣是轉爐煉鋼一項非常重要的操作，它直接關系到吹煉的平穩(wěn)、冶煉的質(zhì)量、金屬收得率及爐襯的壽命，這就是“煉鋼就是煉渣”的道理。爐渣的作用主要有：去除鋼液中的有害元素（P、S）；傳遞氧，以氧化金屬中的其它元素（C、Si、Mn）；保護鋼液，防止吸收有害氣體元素（N、H）及過分散熱；吸收鋼液中的非金屬夾雜物。造渣過程要控制好爐渣的堿度、氧化性和粘度，以便快速形成流動性良好的熔渣，快速成渣是造渣過程的核心問題，只有快速造渣，才能有效地去除P、S，煉出好鋼。

（1）吹煉前期：根據(jù)加料模型合理分批次加入造渣料、冷卻劑，爐渣堿度按照R=2.9～3.2 控制。由于前期熔池溫度比較低和堿性氧化渣的迅速形成，正好符合脫P 反應的熱力學的條件，所以前期渣具有較強的脫P 能力，鐵水中的P 在前期被大量氧化，因此前期應采用高槍位操作，以增加渣中FeO含量，快速成渣，提高前期脫P率。

（2）吹煉中期：吹煉3～4min 后，Si、Mn 已被大量氧化掉，熔池溫度已上升到1500℃以上，C 開始激烈氧化。此時進入C 氧化期，脫C 速度可達0.36～0.38%/ min，不僅吹入熔池內(nèi)的氧大部分消耗于脫C反應，而且渣中FeO也消耗于脫C反應，使渣中FeO 逐漸降低直到某一最低值（約10%左右）。隨著脫C 速度加快，此時應防止渣中氧化鐵降低過多導致爐渣返干。在激烈脫C 的同時,隨著熔池溫度的升高以及渣中氧化鐵的降低，吹煉前期進入渣中的Mn會被C還原回鋼中一部分。

（3）吹煉后期：隨著脫C 反應的進行，鋼液中C的含量降低，脫C 速度減小，進入吹煉末期。此時石灰已全部熔化，爐渣堿度較高，流動性良好，因此，鋼液中的S含量下降，一般單渣法脫S率為30～40%。此時應進一步降低槍位，加強熔池攪拌，使反應達到平衡，同時降槍可以均勻成分和溫度，以便于準確地控制終點。

2.3.3 轉爐吹煉過程氧槍槍位及氧氣流量控制

吹煉過程應保證熔池均勻升溫、化渣良好、避免噴濺和返干。合理的吹煉槍位及氧氣流量，可有效避免吹煉過程中由于槍位控制不當而引發(fā)的“噴濺”或“返干”，保證吹煉過程的平穩(wěn)進行以及吹煉終點的一次命中率，提高生產(chǎn)效率和金屬收得率。

吹煉前期：氧槍槍位控制范圍1800～1900mm，氧氣流量為29000m3/h，按模型計算要求加入造渣料；吹煉中期：氧槍槍位控制范圍1600～1700mm，氧氣流量為28000m3/h；吹煉后期：氧槍槍位控制范圍1400～1600mm，氧氣流量為31000m3/h，此期間禁止補加造渣料及冷卻劑。

2.3.4 轉爐吹煉終點

根據(jù)副槍TSC 測量結果，快速降低吹煉槍位，控制終點拉碳槍位時間15s 以上，拉碳時的氧槍槍位控制為1100～1300mm，氧氣流量為34000m3/h；要保證終點一次命中，避免鋼水增氮及過氧化；吹煉終點控制目標：鋼水溫度為1650～1660℃，終點鋼水中C 含量為0.05～0.08%，終點鋼水中氧含量為350～500ppm。圖2為轉爐吹煉過程氧槍動態(tài)控制曲線示圖。

圖2 轉爐氧槍吹煉槍位動態(tài)控制曲線示意圖

2.3.5 脫氧合金化及出鋼控制

（1）出鋼前：鋼包準備到位、轉爐傾倒至出鋼角度，關閉擋渣滑板擋住出鋼時的前期爐渣，然后打開滑板開始出鋼；出鋼前10s時，打開鋼包的底吹氬氣置換出鋼包內(nèi)的空氣，以減少鋼水與空氣接觸增N，氬氣流量為50～100Nl/min。

（2）出鋼過程：出鋼開始加入鋼包頂渣（小顆粒石灰和螢石，參考加入量分別為2.5～3.0kg/t、0.6～1.2kg/t）進行渣洗精煉；出鋼過程中采用先加鋁錳合金再加鋁塊的先弱后強原則進行脫氧合金化；出鋼接近結束時采用滑板擋渣以用于防止出鋼下渣，控制出鋼總時間為3～4min。

（2）出鋼后：出鋼結束后鋼包吹氬采用強攪拌5min，然后喂入Al 線1.5～1.6m/t，喂線速度200m/min；喂線后繼續(xù)吹氬弱攪5min（以不裸露鋼水為原則），以防止爐渣結殼并進一步促進鋼水中的夾雜物上??；關閉鋼包底吹氬氣后按要求加入鋼包覆蓋劑。

2.4 LF精煉工藝控制

鋼包到站后用Al粒脫除渣中氧，進行造白渣處理，同時加入造渣料進行吹氬、埋弧操作，防止鋼水吸氮；根據(jù)鋼水成分分析結果對成分微調(diào)并加入鈦鐵；合理控制鋼包底吹流量，避免底吹流量過大造成的鋼水氧化、增氮以及流量偏小造成的吹氬攪拌差。圖3為鋼包底吹氬流量控制曲線示意圖。

圖3 鋼包底吹氬流量控制曲線示意圖

2.5 RH真空處理工藝控制

RH 真空保壓（真空度≤2.0mbar）處理時間≥15min，以便在鋼液循環(huán)過程更好去除流經(jīng)真空槽鋼水中的Ar、H2、CO 等氣體，此過程進入真空槽內(nèi)的鋼水進行了一系列冶金反應，如果需要還可以用頂槍進行化學升溫；真空處理結束后喂入純Ca 線，參考喂入量1.2m/t，喂線速度200m/min；喂線后小流量吹氬弱攪拌≥15min，然后關閉氬氣。

2.6 連鑄工藝控制

中間包噸位達到20t 以上時方可開澆，同時向塞棒區(qū)加入10 袋以上覆蓋劑，鋼液面沒過保護套管后，再向大包澆注區(qū)加入15 袋以上覆蓋劑；澆注過程中要減少拉速波動，防止結晶器卷渣；中間包鋼水過熱度控制在10～25℃，二冷水按照包晶合金鋼配水模式；結晶器液面波動不大于正負5mm，使用中碳鋼保護渣；鑄坯下線按要求堆垛、緩冷24h后等待軋制。

3 控制效果分析

（1）通過鐵水KR 預處理，徹底扒渣，有效減輕了轉爐脫硫壓力。

（2）轉爐底吹工藝采用全程吹氬模式以及控制合理的吹煉槍位及氧氣流量，有效促進了熔池流場平穩(wěn)均勻，提高反應速率和效率，保證了終點命中率。

（3）吹煉前期采用高槍位、中低流量保證前期快速開渣、化渣；吹煉中期采用中槍位、低流量保證過程吹煉平穩(wěn)；吹煉后期采用低槍位、高流量強化了熔池的攪拌，進一步促進了吹煉終點脫碳反應和碳氧平衡，保證了整個吹煉過程的平穩(wěn)高效。

（4）提前打開鋼包氬氣、鋼包渣洗、先弱后強合金脫氧加入次序等措施，有效減少了鋼水污染和二次氧化。

（5）合理控制LF 爐底吹氬流量，有效改善了鋼包精煉效果，同時也降低了氬氣消耗、提高了鋼水質(zhì)量。

（6）經(jīng)RH真空處理的鋼水合金收得率高、氣體含量低、夾雜物少、鋼水純凈度高，保證了鋼水的流動性、潔凈度及合適的澆鑄溫度，為連鑄機提供了良好的澆注條件。

4 結語

本文對EH36高強船板的性能要求和使用特性進行了梳理，據(jù)此提出EH36 鋼的化學成分控制范圍及煉鋼生產(chǎn)工藝路線，并提出EH36 煉鋼生產(chǎn)工藝重點控制技術內(nèi)容。

生產(chǎn)實踐表明，通過生產(chǎn)條件準備、鐵水預處理、轉爐冶煉過程及吹煉終點、出鋼及脫氧合金化、鋼包吹氬、精煉處理、連鑄等工序內(nèi)各個生產(chǎn)控制點的有效精準管控，該廠生產(chǎn)的EH36 高強船板鋼中的有害元素P、S 含量可分別穩(wěn)定控制在0.005%、0.002%以內(nèi)，有害氣體元素O、N、H 含量可分別穩(wěn)定控制在0.0025%、0.0020%、0.001%以內(nèi)，有效降低了夾雜物含量，提高了鋼水的純凈度和鑄坯合格率，實現(xiàn)了系統(tǒng)低成本、高效穩(wěn)定運行。