直上渣洗工藝在普通熱軋卷板（SPHC)生產(chǎn)中的應(yīng)用

左歡 王紹華 （天津天鐵冶金集團(tuán)熱軋板有限公司，河北涉縣 056404)

直上渣洗工藝在普通熱軋卷板（SPHC)生產(chǎn)中的應(yīng)用

左歡 王紹華 （天津天鐵冶金集團(tuán)熱軋板有限公司，河北涉縣 056404)

介紹了天鐵熱軋板公司應(yīng)用直上渣洗工藝生產(chǎn)SPHC的過程。通過轉(zhuǎn)爐出鋼過程中直接進(jìn)行渣洗，同時(shí)吹氬精煉以促進(jìn)夾雜物上浮和凈化鋼液，然后直接進(jìn)行連鑄，可解決提煉過程易增碳和增硅的問題，鋼水流動性好，同時(shí)降低了冶煉成本。

煉鋼 鋼水 渣洗 吹氬 夾雜物 應(yīng)用

1 前言

天鐵熱軋冶煉SPHC原工藝路徑為：鐵水脫S→180 t轉(zhuǎn)爐→鋼包底吹氬→LF爐外精煉→板坯連鑄機(jī)→熱軋，鋼水經(jīng)LF精煉可獲得較高的鋼水質(zhì)量和潔凈度。為了進(jìn)一步降低SPHC鋼的生產(chǎn)成本，在保證鋼的潔凈度及質(zhì)量的前提下，采用直上渣洗工藝。該工藝在出鋼過程進(jìn)行渣洗，然后吹氬精煉促進(jìn)夾雜物上浮，不經(jīng)過LF精煉，直接上連鑄澆注，既不改變原有的煉鋼-連鑄生產(chǎn)工藝布置，又滿足了快節(jié)奏生產(chǎn)的需要，有效地解決了精煉過程中易增碳、增硅等問題，而且降低了LF精煉工序的電耗、渣料消耗等冶煉成本，鋼水流動性好，產(chǎn)品性能優(yōu)良，完全滿足用戶質(zhì)量要求。

2 工藝流程及直上渣洗料的作用機(jī)理

2.1 技術(shù)裝備條件

天鐵熱軋主要生產(chǎn)設(shè)備目前有兩套鐵水脫S裝置,兩座180 t轉(zhuǎn)爐,平均出鋼量為195 t，最大出鋼量200 t，兩座吹氬站，兩座LF精煉爐,一座RH精煉爐，兩臺板坯連鑄機(jī)，一條1 750 mm熱連軋生產(chǎn)線。

2.2 工藝路徑

天鐵熱軋生產(chǎn)SPHC直上渣洗工藝路徑為：鐵水脫S→180 t轉(zhuǎn)爐→出鋼渣洗→鋼包底吹氬→板坯連鑄機(jī)→熱軋。

2.3 直上渣洗料的作用機(jī)理

渣洗料熔點(diǎn)特別低，加入鋼包后，極易溶解，成渣速度快，通過高溫鋼流沖擊和底吹氬強(qiáng)攪拌，使渣洗料乳化成小渣滴。由于渣和夾雜物界面張力遠(yuǎn)小于鋼液與夾雜物之間的界面張力，所以鋼中的夾雜物很容易被與它接觸的渣滴所吸收，以異相大顆粒（渣滴)為媒介吸附夾雜物，同時(shí)促進(jìn)夾雜物碰撞聚合，再通過吹氬的浮力攪拌間接促進(jìn)夾雜物碰撞聚合，從而促進(jìn)夾雜物上浮排除。降低了鋼中的硫、氧和非金屬夾雜物含量，從而達(dá)到凈化鋼液、提高鋼水質(zhì)量的目的，渣洗料配比見表1。

表1 渣洗料配比 /%

3 直上渣洗工藝應(yīng)用

3.1 鐵水預(yù)處理

要求冶煉SPHC鋼的鐵水全部經(jīng)過鐵水預(yù)處理,目標(biāo)硫含量要求小于0.010%,脫硫后必須將鐵水表面渣扒凈，以減輕轉(zhuǎn)爐脫硫負(fù)擔(dān)。

3.2 轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)控制

要求一次倒?fàn)t，終點(diǎn) [C]含量控制在0.04%～0.06%，鋼水氧含量≤800×10-6，終點(diǎn)[C]不宜控制太低否則鋼中氧含量過高，鋼中夾雜物增多，還造成鋼水增氮等，影響鋼水質(zhì)量。終點(diǎn)P≤0.015%，S≤0.020%入爐鐵水[S]經(jīng)鐵水預(yù)處理一般在0.010%以下，但由于廢鋼及爐料帶入等原因，終點(diǎn) [S]一般在0.010%～0.025%的范圍;終點(diǎn)溫度要求開澆1 675℃～1 695℃連澆1 660℃～1 690℃，個(gè)別爐次副槍過程測試后發(fā)現(xiàn)溫度不足，應(yīng)直接把溫度做合適，不得再次下槍吹煉，防止嚴(yán)重增氮。

3.3 出鋼渣洗

3.3.1 渣洗料加入時(shí)機(jī)

渣洗料在出鋼過程中加入，加入過早或過遲都會對渣洗料的乳化效果產(chǎn)生影響，天鐵熱軋轉(zhuǎn)爐出鋼時(shí)間在5～8 min范圍內(nèi)，選擇出鋼開始1～2 min加入渣洗料，充分利用出鋼過程中高溫鋼流的沖擊和強(qiáng)大的底吹氬氣攪拌，使渣洗料迅速熔化，與鋼水充分接觸，能達(dá)到良好的吸附夾雜效果。若出鋼下渣，可視下渣情況在出鋼完畢后補(bǔ)加渣洗料。

3.3.2 渣洗料加入量

渣洗料的用量嚴(yán)重影響渣洗效果，為使渣洗料能夠獲得較好的效果和較低的成本，確定渣洗料加入量為3～5 kg/t鋼，視終點(diǎn)氧含量而定。見表2。

表2 渣洗料加入量的確定

3.3.3 加料順序和底吹壓力控制

出鋼過程先加渣洗料和頂渣灰（300 kg/爐)，再加鋁餅、鋁鐵和中碳錳鐵，加料過程采用大氣量攪拌，氬氣壓力控制在0.7～1.0 MPa，加料完成后調(diào)節(jié)壓力為0.4～0.7 MPa軟吹，直至出鋼完畢。

3.4 下渣的控制

下渣后，爐渣中的Si、P易被還原進(jìn)入鋼液中，而轉(zhuǎn)爐終渣SiO2含量高，是鋼水回Si的來源之一。因此，必須嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)爐下渣量。天鐵熱軋轉(zhuǎn)爐采用擋渣塞、擋渣標(biāo)雙擋渣出鋼，擋渣球補(bǔ)充擋渣，出鋼前必須加擋渣塞，出鋼3/4～4/5加擋渣標(biāo)，保證擋渣成功率在90%以上，必要時(shí)帶鋼流起爐，轉(zhuǎn)爐下渣厚度控制在50 mm以下。

3.5 吹氬操作

到站吹氬3 min后取樣、定氧，吹氬壓力0.4～0.7 MPa，以保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。根據(jù)定氧結(jié)果，向鋼水中補(bǔ)充鋁線，出站前[Als]控制在0.035%～0.045%。補(bǔ)充鋁線結(jié)束后，需要進(jìn)行8～15 min的軟吹氬攪拌,吹氬壓力控制在0.2～0.4 MPa，以鋼包液面微動為標(biāo)準(zhǔn)，底吹上方鋼水裸露直徑小于100 mm。吹氬完畢后溫度控制在1 590℃～1 600℃。

4 效果分析

4.1 出鋼溫降

固態(tài)的渣洗料會吸收鋼水熱量，增加轉(zhuǎn)爐出鋼溫降，這就需要提高轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度，溫度升高會增加轉(zhuǎn)爐爐襯的侵蝕、鋼鐵料消耗等。為了彌補(bǔ)溫度損失，渣洗料中添加了發(fā)熱材料——部分金屬鋁，其與氧反應(yīng)過程會放出一定的熱量，可以實(shí)現(xiàn)對鋼水溫降的補(bǔ)償，以減少渣洗對出鋼溫降的影響，故渣洗料對出鋼溫降的影響小[1]。渣洗、未渣洗出鋼溫降比較如表3所示。渣洗后的液態(tài)產(chǎn)物覆蓋于鋼液表面，能起到良好的保溫和防止二次氧化作用。

表3 渣洗、未渣洗出鋼溫降比較

4.2 頂渣成分

渣洗后鋼包渣流動性良好，經(jīng)過約15 min的軟吹氬不結(jié)殼，表明渣洗料熔點(diǎn)較低。吹氬后渣樣基本上是綠色或墨綠色玻璃渣，無氣孔或少氣孔，有良好的致密度。未渣洗、渣洗鋼包渣成分如表4所示。從渣樣分析結(jié)果來看，渣洗后的鋼包渣達(dá)到了良好的渣洗效果，渣樣的堿度在8～26之間，比未渣洗鋼包渣的平均堿度提高了10.11，渣洗后渣中的（FeO%+MnO%)控制在了1%～2%以內(nèi)，渣中的SiO2%控制在5%以下，表明渣洗料具有較高的堿度和較強(qiáng)的還原性。加入渣洗料后，形成了高堿度、低熔點(diǎn)、低氧化性的鋼包渣，為吸附鋼水中的脫氧產(chǎn)物創(chuàng)造了比較好的條件，達(dá)到了精煉鋼液的目的。

表4 未渣洗和渣洗后鋼包渣成分對比 /%

4.3 抑制回硅

在煉鋼溫度下，鋼中[Al]的增加使渣中的SiO2與鋼中[Al]反應(yīng)易造成回硅。反應(yīng)式為：

上式推導(dǎo)得出：

由此可知,在煉鋼溫度和鋼中鋁含量確定時(shí),a2（Al2O3)/a3（SiO2)的值和a[Si]成反比[2]。通過增加渣中Al2O3的含量和降低渣中SiO2的含量，使a2（Al2O3)/a3（SiO2)值增大，a[Si]值相應(yīng)降低，從而達(dá)到抑制回硅的目的。

渣洗料中Al2O3含量≥25%，使渣中Al2O3含量明顯提高。降低渣中SiO2有兩種途徑，一是減少出鋼下渣，二是減少原材料帶入，渣洗料中SiO2含量控制在7%以內(nèi)，有效地控制了原材料帶入的SiO2含量，所以渣洗料的抑制回硅效果明顯。天鐵熱軋采用SPHC直上渣洗工藝比過LF工藝硅超內(nèi)控爐數(shù)明顯減少。

4.4 脫氧、脫硫

由表5可知，氬站鋼水平均氧活度為8.5×10-6,而未經(jīng)渣洗的氬站鋼水平均氧活度為12×10-6，渣洗工藝降低了氬站鋼水氧活度3.5×10-6，說明渣洗工藝處理可有效地降低鋼水氧活度。

表5 吹氬站測定的氧活度 /×10-6

根據(jù)脫硫的熱力學(xué)條件和脫硫的動力學(xué)條件可知，在出鋼溫度一定的情況下，高Ca0活度、強(qiáng)還原性、良好的攪拌是構(gòu)成出鋼快速深脫硫的三大要素。渣洗料及配合使用的頂渣灰保證了鋼包頂渣具有高堿度、強(qiáng)的還原性，而且渣洗后鋼包渣良好的流動性和出鋼過程中良好的底吹攪拌，保證了出鋼渣洗過程良好的脫硫效果。最高脫硫率達(dá)到39.5%，平均脫硫率為24.5%。

4.5 可澆性

渣洗工藝較好的吸附Al2O3夾雜物的能力，保證了連鑄的順利澆注，天鐵熱軋SPHC連澆爐數(shù)達(dá)到了14爐，澆次平均更換水口4根，極少出現(xiàn)水口結(jié)瘤甚至斷澆的現(xiàn)象。

4.6 生產(chǎn)成本

采用該工藝生產(chǎn)的SPHC鋼與經(jīng)LF爐精煉處理的SPHC鋼相比，節(jié)約了Al制品、Ca線、渣料、電極電耗等成本，噸鋼成本降低30元以上。

5 產(chǎn)品質(zhì)量

5.1 鑄坯內(nèi)部質(zhì)量

總共取低倍試樣4塊，通過做低倍試樣檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，鑄坯內(nèi)部裂紋、中心偏析和中心疏松情況良好。見表6。

5.2 鋼卷力學(xué)性能

采用直上渣洗工藝的SPHC鋼卷力學(xué)性能相對穩(wěn)定，屈服強(qiáng)度在270～325 MPa范圍內(nèi)，抗拉強(qiáng)度在365～400 MPa范圍內(nèi)，延伸率在37.5%～45.5%之間，冷彎試驗(yàn)結(jié)果良好。

表6 低倍試樣檢驗(yàn)結(jié)果

6 結(jié)論

6.1 天鐵熱軋生產(chǎn)SPHC采用直上渣洗工藝可以滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求。

6.2 渣洗具備了脫氧、脫硫、抑制回硅等功能，能夠提高鋼水質(zhì)量，還具備溫度補(bǔ)償功能，能實(shí)現(xiàn)直接上連鑄，節(jié)約了精煉成本，加快了生產(chǎn)節(jié)奏。

6.3 經(jīng)渣洗工藝的鋼水能夠充分吸附夾雜物，達(dá)到凈化鋼液的目的，流動性好，可以保證連鑄鋼水的順利澆注。

[1]廖乾紅，鄭衛(wèi)民，金進(jìn)文.直上鋼水渣洗工藝的應(yīng)用實(shí)踐[J].浙江冶金，2008（3)：21-22.

[2]李云，李宏，徐志榮.SPHC鋼LF爐精煉過程的抑制回硅與脫硫研究[J].鋼鐵，2007（2)：28-30.

Application of Direct Slag Washing Process in SPHC Production

Zuo Huan,Wang Shaohua

The process of the application of direct slag washing process in the SPHC production of Tiantie Hot Rolling Mill is explained.The molten steel is washed by slag directly during converter tapping,argon is injected to refine the molten steel and to promote the inclusions floating and purify the liquid steel,and the rinsed steel is then casted directly on caster for producing SPHC.The process can solve the problem of picking up of carbon and silicon during steel refining and ensure good fluidity and lower the production cost.

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（收稿 2011-10-08 責(zé)編 崔建華)

左歡，2007年畢業(yè)于內(nèi)蒙古科技大學(xué)冶金工程專業(yè)，現(xiàn)在天鐵熱軋板公司煉鋼作業(yè)部從事轉(zhuǎn)爐煉鋼工作。