重慶鋼鐵普通中厚板冶煉工藝優(yōu)化實踐

劉曉峰 王少波,2

（1.重慶鋼鐵股份有限公司； 2. 寶山鋼鐵股份有限公司）

0 前言

高效、低成本生產(chǎn)潔凈鋼是鋼鐵企業(yè)永恒的追求。重慶鋼鐵股份有限公司（以下簡稱重慶鋼鐵）是國內(nèi)重要的中厚板生產(chǎn)企業(yè)，產(chǎn)品主要銷往川渝云貴等西部地區(qū)，市場占有率高。2019年，隨著原材料價格上揚，鋼材市場價格一路震蕩，企業(yè)利潤縮水明顯。資料顯示[1]，氫對中厚板的內(nèi)部裂紋影響很大，鋼中氫含量高時，厚板的超聲波探傷不合格率顯著增加。德國Dilligen鋼廠生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)中厚板，氫含量要求控制在2.5×10-6以下;日本的鋼鐵公司生產(chǎn)管線用高強度厚板，氫含量要求低于1.5×10-6。重慶鋼鐵處于亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候區(qū)，緊鄰長江建廠，空氣相對濕度大(70%～80%)，煉鋼用原輔材料水分含量高，未經(jīng)真空脫氣處理的鋼水w(H)=(4.0～5.5)×10-6?；诖?，重慶鋼鐵中厚板鋼種的煉鋼生產(chǎn)工藝流程主要采用KR→210 t BOF→LF→RH→CC（簡稱LF→RH工藝）。資料顯示[2]，國內(nèi)外高水平轉(zhuǎn)爐鋼廠爐外精煉采用LF工藝的呈現(xiàn)減少趨勢，如浦項鋼鐵公司浦項制鐵所第二煉鋼廠，只有在生產(chǎn)w(S)<0.002%的厚板鋼種時才采用LF精煉方法，寶鋼、馬鋼四鋼軋廠等也只在生產(chǎn)w(S)<0.003%鋼種時采用LF，而大量低硫、超低硫鋼種則采用成本較低的鋼包吹氬加頂渣或直接采用RH（必要時加PB）精煉工藝。首鋼[3]內(nèi)控w(S)≥0.008%且要求進(jìn)行RH真空處理的常規(guī)中厚板品種采用冶煉成本較低的鐵水脫硫→轉(zhuǎn)爐冶煉→RH精煉→板坯連鑄工藝生產(chǎn)，效果較好。對重慶鋼鐵LF→RH工藝冶煉中厚板現(xiàn)狀進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，兩個生產(chǎn)量最大的普通中厚板鋼種均存在質(zhì)量過剩和生產(chǎn)成本較高的問題。為此，在梳理公司中厚板鋼種冶煉現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，試驗推行普通中厚板KR→BOF→RH→CC冶煉工藝，取得了良好的生產(chǎn)實踐效果。

1 生產(chǎn)現(xiàn)狀

1.1 工藝及產(chǎn)量

2019年1～6月，重慶鋼鐵煉鋼廠累計生產(chǎn)中厚板鋼種106.93萬噸，采用LF→RH工藝?yán)塾嬌a(chǎn)58.60萬噸，占總生產(chǎn)量的54.80%。在采用LF→RH工藝的鋼種中，按生產(chǎn)量排序，煉鋼牌號排在前4位的依次是ADQ228、BFT003、BDQ202和CDQ223。ADQ228和BFT003兩個普通中厚板鋼種生產(chǎn)量達(dá)到26.84萬噸，占LF→RH工藝生產(chǎn)量的45.80%，具體見表1。

1.2 鋼種特性

按照重慶鋼鐵“一鋼多級”鋼-軋牌號對應(yīng)規(guī)則，ADQ228軋制厚度為12～35 mm的Q355普通低合金鋼板，BFT003軋制厚度為30～60 mm的Q235普通碳素鋼板，BDQ202軋制厚度為35～63 mm的Q355優(yōu)質(zhì)低合金鋼板，CDQ223軋制厚度≤40 mm的Q345特優(yōu)低合金鋼板。

1.3 產(chǎn)品質(zhì)量

1.3.1 硫含量

鋼中硫?qū)︿撆骱弯摪遒|(zhì)量控制的影響較大，絕大多數(shù)中厚板鋼種對硫含量控制有著非常嚴(yán)格的要求。重慶鋼鐵中厚板冶煉采用LF→RH工藝，ADQ228、BFT003、BDQ202和CDQ223的 硫 含量控制水平如圖1所示。采用統(tǒng)計學(xué)理論，對四個鋼種的硫含量過程控制能力指數(shù)（Cp）進(jìn)行分析，ADQ228和BFT003的Cp分別為2.00和1.89，Cp≥1.67，處于A+等級，存在能力過剩，具有降本潛力；BDQ202和CDQ223的Cp分別為1.52和1.37，1.33≤Cp＜1.67，處于A等級，控制狀態(tài)良好，維持現(xiàn)狀。

圖1 四個鋼種的硫含量控制水平

1.3.2 全氧和氣體含量

ADQ228、BFT003、BDQ202和CDQ223各取4爐中間包鋼水樣，檢測鋼中的w(O)和w(N)。分析w(O)和w(N)的氣體樣為截取“球拍樣”致密圓柱部分，加工成直徑為5 mm圓柱試樣，供LECO TC-400氧/氮分析儀測定。采用Hydris system定氫系統(tǒng)在連鑄中間包測定鋼水中的氫含量，各檢測1爐。四個鋼種的全氧和氣體含量控制水平如圖2所示。

圖2 四個鋼種的全氧和氣體含量控制水平

從圖2可以看出，ADQ228、BFT003、BDQ202和CDQ223的平均w(O)＜40.00×10-6，最低為25.50×10-6；平 均w(N)＜36.00×10-6，最 低 為30.00×10-6；w(H)=1.52(1.30～1.90)×10-6。隨 著 鋼種質(zhì)量等級的提高，w(O)呈遞減趨勢，w(N)呈遞增趨勢，w(H)基本相當(dāng)。

基于以上分析，提出了在生產(chǎn)量最大的兩個普通中厚板鋼種上試驗推行KR→BOF→RH→CC生產(chǎn)工藝（以下簡稱單RH工藝），從而降低生產(chǎn)成本。

2 生產(chǎn)試驗

2.1 試驗方案

單RH工藝與LF→RH工藝最大的區(qū)別就是取消了LF精煉工序。根據(jù)LF精煉功能，需重新優(yōu)化配置煉鋼裝備工藝功能，將LF的溫度補償、白渣精煉、強攪拌等冶金措施分解至KR預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐冶煉、爐后吹氬、RH真空精煉等多個環(huán)節(jié)來實現(xiàn)。

2019年5月，開始BFT003和ADQ228的KR→BOF→RH→CC工藝工業(yè)試驗。因ADQ228合金含量較高且含有Ti成分，試驗先在BFT003開展，隨后再在ADQ228進(jìn)行，分別試驗生產(chǎn)了61爐和44爐。鋼水硫含量的控制環(huán)節(jié)主要有：KR鐵水脫硫采用深脫硫模式，入轉(zhuǎn)爐鐵水w(S)≤0.005%；在轉(zhuǎn)爐出鋼過程中，根據(jù)終點氧含量加鋁丸預(yù)脫氧，加精煉石灰和稠渣劑預(yù)造渣，全程吹氬氣攪拌渣洗脫硫；轉(zhuǎn)爐出鋼結(jié)束，鋼包加鋁粒進(jìn)行頂渣脫氧改質(zhì)；在CAS精煉過程中，大流量吹氬攪拌3 min。進(jìn)RH鋼水目標(biāo)w(S)≤0.015%。溫度及生產(chǎn)節(jié)奏控制環(huán)節(jié)主要有：轉(zhuǎn)爐終點溫度按T終≥1 640 ℃，出鋼過程溫降?T出=40 ℃；CAS過程溫降?TCAS=10 ℃，時間為8 min；RH本處理模式，過程溫降?TRH=40 ℃，周期25 min，鋼水循環(huán)時間為12～15 min，純循環(huán)時間≥5 min；中間包鋼水平均過熱度?T過=23 ℃。其他工藝控制要求：ADQ228鋼種的鋼水到CAS喂高牌號鈦鐵線，RH喂硅鈣線鈣處理。澆注工藝要求不變。

2.2 工藝效果分析

試驗后，對照試驗方案和試驗數(shù)據(jù)，從轉(zhuǎn)爐終點控制、RH過程溫降和脫氣時間、鋼水硫含量控制、全氧和氣體含量等幾個方面對BFT003和ADQ228單RH工藝進(jìn)行了分析評估。

2.2.1 轉(zhuǎn)爐終點控制

取消LF精煉環(huán)節(jié)，冶煉過程的鋼水溫降損失主要由轉(zhuǎn)爐冶煉環(huán)節(jié)進(jìn)行補償，其次為RH進(jìn)行OB升溫。在當(dāng)前較低鐵水消耗情況下，提高轉(zhuǎn)爐終點溫度對冶煉操作和鋼水質(zhì)量均會產(chǎn)生較大影響。不同生產(chǎn)工藝下BFT003和ADQ228轉(zhuǎn)爐終點鋼水溫度和氧含量情況如圖3所示。

圖3 不同生產(chǎn)工藝下兩種鋼種的轉(zhuǎn)爐終點鋼水溫度和氧含量

從圖3可以看出，兩個鋼種在同期鐵水消耗平均值為860～870 kg/t的條件下，轉(zhuǎn)爐終點鋼水平均溫度分別為1 641.08 ℃和1 652.34 ℃，與同期的LF→RH工藝相比，轉(zhuǎn)爐終點鋼水平均溫度分別提高了30.86 ℃和42.58 ℃，氧含量分別提高了120.36×10-6和229.85×10-6。總體來看，試驗工藝和兩個鋼種轉(zhuǎn)爐冶煉工藝有沖擊，但可承受。

2.2.2 RH過程溫降和脫氣時間

RH真空本處理時間在12 min以上，脫氫率在50%左右，處理后的鋼水w(H)≤2.5×10-6。RH真空處理時間越短，生產(chǎn)效率越高，生產(chǎn)成本越低。試驗爐次RH過程溫降和真空脫氣時間控制情況分別如圖4、圖5所示。

圖4 試驗爐次RH過程溫降

圖5 試驗爐次RH真空脫氣時間

從圖4、5可以看出，試驗爐次RH采用本處理模式，真空處理過程的溫度損失在20～57 ℃之間，平均溫降為35.08 ℃，與同期LF→RH工藝的30.29 ℃相比增加了4.79 ℃，主要原因為兩種工藝狀態(tài)下鋼包蓄熱效果存在差異。RH過程OB率為14.95%。RH真空脫氣時間在12～44 min之間，平均為21.01 min/爐，與同期LF→RH工藝的27.29 min縮短6.28 min，與試驗方案設(shè)計的12～15 min仍有較大差距。

2.2.3 硫含量控制

試驗爐次鋼種冶煉過程w(S)控制情況如圖6所示。

圖6 試驗爐次鋼種冶煉過程w(S)控制情況

從圖6可以看出，入爐鐵水硫含量在0.001%～0.011%之間，平均w(S)≤0.005%，KR脫硫工藝的穩(wěn)定性有待加強。兩個鋼種的平均轉(zhuǎn)爐終點w(S)分別為0.016%和0.015%，轉(zhuǎn)爐平均回硫量為0.011%。轉(zhuǎn)爐回硫量較高，一方面是因為860～870 kg/ t的鐵水消耗較低，廢鋼比例較高，質(zhì)量較差；另一方面是因為使用了含硫量達(dá)到0.050%～0.090%的冶金石灰。CAS出站w(S)分別為0.011%和0.010%，轉(zhuǎn)爐出鋼渣洗脫硫率分別達(dá)到了31.25%和33.33%，渣洗效果較好。BFT003和ADQ228鋼種中間包鋼水的平均w(S)分別為0.010%和0.009%，Cp分別為1.35和1.40，1.33≤Cp＜1.67，處于A等級，控制狀態(tài)良好。

2.2.4 全氧和氣體含量

試驗各取4爐次中間包鋼水氣體樣，檢測w(O)和w(N)。用Hydris system定氫系統(tǒng)在連鑄中間包測定鋼水w(H)。試驗爐次的鋼水全氧和氣體含量控制水平如圖7所示。

圖7 試驗爐次鋼種w(O)、w(N)和w(H)控制水平

從圖7可以看出，與圖2的LF→RH工藝結(jié)果相比，試驗爐次的平均w(O)基本相當(dāng)，w(N)略低，w(H)增高了0.43×10-6。

2.3 冶煉成本分析

單RH工藝與同期LF→RH工藝相比，KR脫硫和轉(zhuǎn)爐冶煉成本均有所增加，RH真空精煉成本視為相當(dāng)；RK脫硫增加成本5.35元/噸，轉(zhuǎn)爐冶煉增加成本18.25元/噸，LF成本減少了57.71元/噸，合計降低冶煉成本34.11元/噸。

3 推廣應(yīng)用

2019年5月，重慶鋼鐵開始BFT003和ADQ228單RH工藝工業(yè)試驗。7月，普通中厚板鋼種單RH工藝擴大生產(chǎn)應(yīng)用，2020年累計生產(chǎn)3.16萬噸。單RH工藝生產(chǎn)的鋼坯經(jīng)過4 100 mm中厚板軋機軋制，鋼板理化指標(biāo)滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，未發(fā)生質(zhì)量異議。

4 結(jié)論

（1）針對重慶鋼鐵生產(chǎn)量最高的兩個普通中厚板鋼種存在的問題，試驗開發(fā)了普通中厚板KR→BOF→RH→CC低成本生產(chǎn)工藝，實現(xiàn)了批量大生產(chǎn)。

（2）單RH工藝與LF→RH工藝相比，轉(zhuǎn)爐終點鋼水溫度提高了30.86 ℃和42.58 ℃，氧含量提高了120.36×10-6和229.85×10-6。

（3）單RH真空處理過程溫降為35.08 ℃，與LF→RH工藝相比增加了0.79 ℃；RH真空脫氣時間21.01 min/爐，比LF→RH工藝縮短了6.28 min。

（4）單RH生產(chǎn)的兩個普通中厚板鋼種，中間包鋼水w(S)分別為0.010%和0.009%，全氧、氮和氫含量波動不大。（5）單RH與LF→RH工藝相比，冶煉成本降低了34.11元/噸。