低碳低硅钢冶炼及夹杂物处理.doc

2010年3月29日31日 2010年全国炼钢、连铸技术及生产年会低碳低硅钢冶炼及夹杂物处理杨 坤 韩春良 翁玉娟 高 海 张俊粉（河北钢铁集团承钢公司提钒炼钢一厂，河北，承德，067002）【摘 要】介绍了承钢提钒炼钢一厂采用转炉连铸生产低碳低硅钢的实践。重点探讨了低碳低硅钢的脱氧合金化及夹杂物控制，提出了今后的改进方向，提高了钢水洁净度。【关键词】脱氧 钙铁线 氧活度 夹杂物 1.前言根据市场需求，承钢提钒炼钢一厂2008年12月开始开发冶炼低碳低硅拉丝用线材和焊线，并于2009年1月开始规模生产，平均每月生产低碳低硅钢超过1万吨。低碳低硅钢的冶炼技术不断取得进步，特别是脱氧、夹杂物控制等关键技术的研究有了明显突破，取消了结晶器喂线，达到降低制造成本，提高产品质量的目的，同时为承钢扩展产品市场，提升核心竞争力打下了良好的基础。2.生产主要工艺流程2500M3高炉铁水75吨脱硫600吨混铁炉80吨提钒转炉40吨炼钢转炉CAS精炼4机4流方坯连铸机保护浇注。3.化学成分设计拉丝用线材要求强度低、塑性好，具有良好的拉拔性能。因此，在对拉丝用钢进行成分设计时，既要考虑各元素对线材的强度、塑性的影响，又要考虑连铸钢水的脱氧及可浇性。钢水中的碳是决定碳钢在缓冷后组织和性能的主要元素，Si低于0.05%容易产生气泡，Si高于0.10%影响拉拔性能，因此普通拉丝用线材CL08设计碳元素不大于0.08%，硅元素要求0.050.10%；焊条用钢要求硅越低越好，所以设计H08A中Si0.03%，化学成分设计如下表1：表1 成分设计钢种C/%Si/%Mn/%P，S/%氧活度/ppmCL080.080.100.100.300.0354070H08A0.080.030.350.600.02520404.冶炼过程控制4.1 入炉铁水条件入炉铁水P0.090%；当铁水S0.040%时，可以直接入炉；S0.040%时，必须脱硫处理，终点S0.020%，扒净渣子，提钒加入低硫铁块，防止半钢（提钒后的铁水）增硫。4.2 吹炼过程及终点控制 吹炼过程主要为脱碳、去除硫、磷。过程吹炼严禁长时间返干，保证终渣碱度和氧化镁含量，根据低碳低硅钢要求终点碳控制不宜太高，终点C最佳控制在0.040.06%之间，要求底吹使用氮氩切换，终点加大底吹流量，以减少终点有害气体含量及防止吹不透造成成品碳高。4.3 脱氧合金化冶炼CL08使用硅铝钡脱氧，要求保证成品有一定的硅含量，氩前氧活度控制在6090ppm。H08A要求Si0.03%，冶炼时选择铝锰铁作为脱氧剂，氩前氧活度控制在3050ppm。在冶炼低碳低硅钢时，脱氧剂加人时机的选择是关键技术，出钢前加入1/3进行预脱氧，1/3随合金料加入，其余脱氧剂加完合金料加入进行终脱氧，不应加人过早或过晚。根据实践经验，出钢量稳定在37吨时，加入1kg硅铝钡脱氧量平均为6.62ppm；中碳锰铁（Mn含量78%）按Mn20%脱氧，加入1kg脱氧量平均为1.57ppm;Al线喂入1米脱氧量为1.21.5ppm。当终点钢水含碳量较高或一次拉成出钢时，钢水中氧含量相对较低。在加入合金的同时加入适量的低Al2O3高碱度精炼渣，有助于吸附生成的Al2O3等夹杂物。4.4 挡渣严格控制转炉出钢下渣。通过跟踪下渣情况发现：未采用任何挡渣措施的炉次，一次下渣量约占5%，二次下渣量约为95%，因此防止转炉出钢时的二次下渣是挡渣操作的重点。试验过程采用加挡渣帽方式防止一次下渣，效果稳定可靠；采用挡渣球(塞)对二次下渣进行挡渣。实施挡渣的炉次，钢包内渣层厚度在50mm左右，比未挡渣炉次减少3050mm。挡渣效果好的炉次合金收得率提高约5%，并且下渣量少能够显著降低精炼的负担，同时使成品成分更趋稳定。4.5 CAS精炼氧活度控制根据转炉下渣量加入适当铝粉，减少强氧化性钢包渣污染钢液，避免出钢下渣后氧活度上升。吹氩2分钟后定氧，根据定氧结果，使用喂线进行调整。吹氩时间要求10min，氩气压力为0.200.40MPa，严禁大气量吹氩。喂线后保持3分钟正常吹氩，后调小气量进行弱吹氩。在时间和温度允许的情况下，尽量延长弱吹氩时间，进一步去除钢中气体和夹杂物。本次冶炼氧活度控制如图1，其中上面线条为氩前氧活度趋势线，下面线条为氩后氧活度趋势线。图1 氩前氩后氧活度控制4.6 连铸 连铸使用大、中包全程保护浇注。4.7 存在问题2009年1月生产低碳低硅钢以来，为防止中包烘烤不好出现气泡，连铸第12炉冶炼HPB235，然后再冶炼低碳低硅钢。由于终点氧化性较强，钢液氧化夹杂物仍然较高，导致水口结瘤，其炉次具体情况见表2和表3。表2 钢水流动性差堵水口炉次过程控制装入量tC/%S/%一倒温度/C/%S/%P/%点吹时间/s393.750.04016430.060.0310.01130403.980.02916180.040.0230.01160表3：钢水流动性差堵水口炉次脱氧和吹氩工艺控制情况Ar前O/ppmAr后O/ppm中碳锰铁kg/炉覆盖剂kg/炉复合精炼渣/kg/炉硅铝钡/kg硅钙线/米Al线米/炉吹氩时间/min22.225.11203050120150/10198.1100701202010010020060+20105.水口堵塞原因5.1水口絮流物：观察发现水口内壁粘有絮状物，颜色有深黄色和蓝色两种；在结瘤冷钢相应部位的表层也粘有同样的物质，见图2、图3。粘结物（黄色）粘结物（蓝色）1#2# 图 2 水口内壁粘有絮状物 图 3 水口内壁粘有絮状物 5.2 扫描电镜分析（1）将絮流水口进行电镜扫描观察分析。发现两个水口样品内壁粘结物虽然外观颜色不同，但化学组成类似，都是以Al2O3为主的氧化物，并含有少量的CaO、SiO2和MnO。外观形貌观察蓝色粘结物较致密，黄色粘结物略疏松。图4：图4 水口絮流物形态及能普分析（2）结瘤冷钢表面粘结物分析显示，其化学组成与水口粘结物组成相同，都是以Al2O3为主的氧化物，并含有少量的CaO、SiO2和MnO氧化物，冷钢断面分析发现，样品中含有较多的弥散分布的夹杂物。其中的夹杂物大体分两类，一类为MnS夹杂，另一类为富含Al2O3的 CaO、SiO2、MnO、TiO2复合夹杂。第二类夹杂外形为不规则或近球形，尺寸在10微米左右，颗粒较小。典型夹杂物形貌为，内部为Al2O3颗粒，外层含有较多的SiO2、MnO、CaO成分，说明这些夹杂物很可能来源于没有上浮的铝脱氧产物。在氧化性较高的钢水中，Si、Mn脱氧或二次氧化产物以Al2O3为核心，形成复合夹杂物。这些夹杂物在连铸温度下为固态，在中包水口内壁不断粘结积累，钙处理并未将Al2O3变成液态的铝酸钙，处理效果不佳，最后造成水口结瘤。6.改进措施6.1 CAS精炼工艺流程：表4 工艺流程喂线定氧加适量铝粉吹氩进站出站软吹测温定氧钙处理降罩精炼6.2 钙处理工艺改进（1）针对承钢冶炼低碳低硅钢钢水出现堵塞水口现象，将终点采用硅铝钡脱氧结合吹氩喂铝线+硅钙线的炉外精炼方法改为喂铝线+钙铁线+硅钙线脱氧，以有利于钢水钙处理，促进钢中夹杂物上浮，提高钢水洁净度，同时也避免了炉后喂硅钙线造成成品硅高现象的发生。钢包喂Ca-Fe时，因Ca-Fe线中 (Ca)为2528%，在喂线过程中出现喷溅现象，对此要求精炼工，分批次喂线，每次喂线量为2030米/次，喂线速度为3.5-4.5米/秒，当钢中(Si)小于临界值0.05%时，除了正常Ca-Fe线外，还可喂硅钙线，确保成品 (Si)0.05%的临界值。吹氩过程先喂AL线，间隔1-2分钟再喂CaFe线，喂AL线量根据氩前氧活度灵活调整。（2）通过向钢水中加入一定量的钙，使高熔点的Al2O3与CaO结合形成低熔点的铝酸钙，容易扩散上浮。要减少硫化锰夹杂的形成，通常也采用对钢水进行钙处理的方法，要实现成功的钙处理，必须注意钙的加入量，钙处理如果控制不当，不仅达不到预期的冶金效果，反而会恶化钢的浇注性能。对钙处理钢水造成水口堵塞原因有两个；一是钙加入量不够，不能将Al2O3转变成12CaO7Al2O3，形成CaO6Al2O3、CaO2Al2O3、CaOAl2O3、CaO3Al2O3，另一种是钙加入量过多，钙又会与钢中S结合生成CaS（熔点2500），向钢水中加钙的过程，随着钢水中钙含量的不断增加，夹杂物中钙含量也在增加，形成复合夹杂物，其中CaO6Al2O3、CaO2Al2O3熔点均在1700以上，实际生产中必须加以避免；因此钙处理必须确保向钢中加入足够的钙，合适的喂线量应在1.5-2.5米/吨控制。同时精炼渣也应适当多加，使其具有足够的吸附夹杂的能力。（3）控制钢水中硫含量，协调好钢水中硫和酸溶铝含量，为了减少钢水钙处理时CaS生成的机率，要求钢水硫含量要低，由于CAS-OB目前脱硫效果不明显，必须对进站钢水硫含量进行控制。实现钢水Als、S、Ca三者的协调，保证钢水进行钙处理后Al2O3变性，降低全氧量，提高钢水纯净度。如下表5：表5 钢水中硫和酸溶铝含量的关系Als00.025%0.0250.030%0.0300.060%S%0.0170.0110.009（4） 连铸方面保证保护质量，防止钢水在大包到中包过程中吸氮，加密封垫；大包保护套管接口处实行吹氩密封，并进一步由套圈式吹氩密封改为环式吹氩密封，使密封由线接触改为面接触，大幅度提高了密封效果。 工艺变化对铸坯全氧含量的影响 图5：图5 工艺变化对铸坯全氧含量的影响（5）使用锆质中间包上水口，并扩大其内径，以减少夹杂物在水口内壁附着的几率，为防止成品碳高硅高，选用对Al2O3吸附较强的低碳低硅结晶器保护渣。保护渣增碳情况如表6：表6 保护渣增碳情况炉号9303899930390093039019303902取样位置中包铸坯中包铸坯中包铸坯中包铸坯C/%0.040.050.060.050.050.040.060.05（6） 通过优化工艺后承钢炼钢厂基本解决了连铸水口絮流现象，大于30微米的Al2O3夹杂基本去除，稳定了连铸机生产，而后又开发了H08A焊条钢，用户反映较好。7.结论（1） 合理运用脱硫工艺，使用低硫铁水冶炼此钢种，提钒保证半钢温度、半钢碳，为炼钢创造有利条件。（2） 避免严重后吹，提高一次拉成率降低钢中氧含量，为脱氧合金化及CAS精炼创造有利条件。（3） 冶炼H08A时使用无硅脱氧剂，避免出现成品硅超标。（4）吹氩加入铝粉进行钢包渣改性，使钢包氧向渣中扩散，避免出钢下渣氩后氧活度上升。（