安鋼超低碳 IIFF鋼生產(chǎn)工藝實踐

□向華 壽葉紅 厚健龍

一、引言

IF鋼以其優(yōu)良的加工、成型性能廣泛應用于汽車、家電制造、金屬包裝等領域。為了改善品種結構，隨著2座RH真空精煉爐的建成投產(chǎn)，安鋼開始探索超低碳鋼種的生產(chǎn)冶煉工藝。

由于IF鋼不僅要求極低的碳含量，而且對雜質元素如硫、氮等的含量也要求嚴格，同時對鋼水潔凈度要求很高，生產(chǎn)難度很大。經(jīng)過調整工藝路線，改進生產(chǎn)工藝，以及加強原料的管理工作，目前，在產(chǎn)品質量得到用戶認可的情況下，IF鋼的碳、磷、硫、氮含量分別可以達到0.003%、0.01%、0.01%和0.003%以下，不更換浸入式水口連澆爐數(shù)達到5爐以上，具備了批量生產(chǎn)IF鋼的能力。

二、存在問題

在安鋼超低碳鋼試驗初期，采用了轉爐-RH-CC單聯(lián)工藝，但在實際生產(chǎn)中，采用單聯(lián)精煉工藝路線存在一定的問題：一是為了保證RH到站溫度，需要轉爐終點溫度太高（大于等于1700℃），對轉爐操作和維護影響很大；二是轉爐至RH過程溫度控制困難，RH到站溫度往往過低，需要進行吹氧升溫，這嚴重影響了鋼水的潔凈度，由此導致在產(chǎn)品中出現(xiàn)了大量非金屬夾雜物，嚴重影響了產(chǎn)品的等級；三是RH工序時間延長，影響了工序順行。

三、IF鋼生產(chǎn)工藝優(yōu)化

1.精煉工藝路線調整

為了保證工序的穩(wěn)定順行以及鋼水質量，采用了LF-RH精煉工藝路線。LF-RH的組合精煉方式，可以利用LF精煉在升溫、去除夾雜物方面的強大功能，分解BOF終點控制以及RH在溫度、脫碳、夾雜物、合金化以及節(jié)奏控制等方面存在的壓力和矛盾，充分發(fā)揮各工序功能優(yōu)勢，突出工序控制目標及重點，有利于工序間的順利承接。

2.主要工序控制

（1）鐵水脫硫預處理控制

為了減輕轉爐脫硫負擔，在鐵水預處理工序，除了要求脫硫鐵水硫含量≤0.002%，扒凈渣外，還對原料鐵水溫度提出了要求，根據(jù)實踐表明，當鐵水溫度≥1300℃時，更容易扒凈渣。

（2）轉爐冶煉工序控制

在超低碳鋼冶煉過程中，由于精煉工序不能進行脫硫處理，轉爐終點硫含量基本上決定了成品硫的水平，因此必須減少轉爐入爐的硫含量。為此，在轉爐工序采用優(yōu)質冶金石灰、低硫白云石等造渣料、低硫廢鋼、燒結礦等冷卻劑，要求爐渣二元堿度≥3.5，同時增大渣量以提高轉爐脫磷、脫硫率。通過這些措施使得轉爐出鋼硫含量從最初的0.01%～0.015%降至0.01%以內，平均達到0.0075%。另外，根據(jù)實踐，考慮到脫碳、RH工序的穩(wěn)定以及鋼水純凈度，要求終點碳含量小于等于0.05%，氧含量500～600ppm。為了控制氮含量，復吹轉爐除了全程吹氬外，規(guī)定出鋼溫度上≥1660℃，以減少LF送電時間，控制鋼水的增氮量。

（3）LF及鋼渣改質

LF工序主要作為轉爐至RH精煉的一個緩沖，為RH提供溫度適宜的鋼水，通過LF精煉能夠實現(xiàn)溫度的精確調整。同時，通過添加適量改質劑和鋁屑對鋼渣進行改質，其鋼渣改質情況如表1所示。可以看出，改質后，渣中氧化鐵含量明顯降低，這對RH處理結束后減少酸溶鋁的損失和減少連鑄三氧化二鋁夾雜物結瘤的發(fā)生起到了積極的作用。據(jù)其他廠的經(jīng)驗，超低碳鋼的鋼渣氧化性最佳應控制在4%以下，甚至2%以下，目前鋼渣改質效果不是很理想，還需要繼續(xù)優(yōu)化。

表1 鋼渣改質后典型成分 單位/%

另外，為了保證RH工序的穩(wěn)定性，在鋼水氧含量較高時，在LF工序可以適當調節(jié)鋼水中氧含量，在碳含量≤0.05%時，氧含量基本上能夠穩(wěn)定控制在400～600ppm之間。

（4）RH真空精煉

RH工序的關鍵是真空脫碳、微合金化以及鋼水純凈度控制。由于LF工序溫度控制準確，RH不再需要吹氧喂鋁升溫，由此產(chǎn)生的夾雜物大為減少。同時，依靠轉爐對碳含量的穩(wěn)定控制、LF工序對氧含量進行適當調整，使得入站粗鋼液中碳氧含量基本穩(wěn)定，RH工序處理的壓力大為減輕。為了獲得極低的碳含量，當碳含量≤0.04%時采用真空脫碳模式；當碳含量＞0.04%時必須同時采用吹氧強化脫碳模式，即RH-OB模式。根據(jù)高真空度下碳氧積之間的關系，當真空度達到100Pa左右，氧活度為250ppm時，鋼中碳可達到10pm以下。在RH處理過程中，為了降低鋼水中的碳含量，不僅要求高真空度，還需要提高脫碳速率。而脫碳速率與反應界面面積、循環(huán)速度、鋼水量等有直接關系。研究實踐表明，采用大環(huán)流速度及強力的真空泵能明顯提高脫碳的速度。

為此，安鋼RH在采用常規(guī)脫碳時，一方面在鋼水進站初期進行預抽真空，當浸漬管插入鋼液達到規(guī)定位置后，開始逐級啟動5級泵，在最短的時間內使全部真空泵投入運行，將真空度降至100Pa以下。另一方面，由于在脫碳前期，碳氧反應劇烈，易引起鋼水噴濺，從而容易造成結渣、耐火材料損傷等問題，故對上升管氬氣流量進行了限制，在脫碳前期用較小的流量60m3/h，在脫碳后期提升至100～120m3/h。在強化脫碳操作中，根據(jù)鋼水中初始碳氧含量以及保證脫碳后氧含量≥250ppm進行吹氧量計算，并要求在鋼水開始循環(huán)時吹入足量氧氣。目前，一般要求RH純脫氣時間≥20min。為了盡可能去除脫氧三氧化二鋁夾雜物，應保證RH凈循環(huán)時間≥10min。

（5）連鑄工序控制

在連鑄工序主要采取了4個措施，一是控制從RH出站至鋼包澆注開始間隔時間≥20min，從而保證鋼水具有足夠的鎮(zhèn)靜時間，促使夾雜物充分上浮，最大可能地提高鋼水的潔凈度；二是采用鋼包長水口氬氣密封、中間包浸入式水口氬封，來減少澆注過程吸氣以及鋼水的二次氧化；三是采用專用的超低碳中間包堿性覆蓋劑和超低碳專用保護渣，充分吸附鋼液中的三氧化二鋁夾雜；四是采用透氣上水口，促使夾雜物充分上浮，防止水口堵塞。目前，通過采取上述措施，在不更換浸入式水口的情況下，連澆爐數(shù)從最初的不到3爐，達到5爐以上。

四、控制效果

1.IF鋼成分控制達到了較好水平

通過20余爐工藝試制，碳含量均控制在了40ppm以下，碳含量≤30ppm的爐次占到了95%，最小碳含量達到了12ppm；磷硫含量平均分別為0.008%和0.0075%，磷含量≤0.01%的爐次占總數(shù)的95%，硫含量均控制在0.010%以下，最小值達到了0.006%?？梢钥闯?，本流程生產(chǎn)的IF鋼在碳、磷、硫等成分控制達到了較好的水平。其主要成分控制如圖2。

圖2 BOF-LF-RH生產(chǎn)IF鋼碳、磷、硫成品含量

2.IF鋼達到了較高的潔凈度

通過對部分爐次結晶器鋼水進行氧、氮分析，如圖3所示，可以看出鋼中T[O]為12～26ppm，[N]為14～24ppm，達到了較高的潔凈度。目前，生產(chǎn)IF鋼經(jīng)過用戶試用，表面質量和深沖性能均達到了用戶要求，產(chǎn)品質量得到了用戶的肯定。

圖3 鋼中T[O]含量

五、結束語

（1）通過采用LF-RH工藝，能夠避免RH吹氧升溫，減少了夾雜物的生成，有利于鋼水潔凈度的控制；同時，有利于各工序的操作穩(wěn)定。

（2）通過采用優(yōu)質原輔料、優(yōu)化鐵水預處理、轉爐、LF/RH以及連鑄工序控制，成功將超低碳鋼中碳、磷、硫分別控制在0.004%，0.01%和0.01%以下，碳最低達到了0.0012%，硫最低可達到0.006%；同時，超低碳鋼IF鋼氮、全氧含量均控制在30ppm以內，具有較高的潔凈度。

（3）通過優(yōu)化工藝路線，成功使得超低碳鋼的連澆爐數(shù)突破5爐，鋼水質量得到了明顯的改善，具備了批量生產(chǎn)超低碳鋼的能力。

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