冷軋基料冶煉工藝優(yōu)化與實(shí)踐

呂圣會  王克忠  李海洋

（泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司，山東  萊蕪 271100）

摘  要：通過優(yōu)化冷軋基料冶煉工藝路線，實(shí)施鋼包頂渣改質(zhì)、改善爐后吹氬質(zhì)量、控制鋼中的[Al]s含量損失、連鑄全程保護(hù)性澆注等措施，鑄坯夾雜物控制水平、連鑄連澆爐數(shù)及板坯質(zhì)量得到了提高，實(shí)現(xiàn)了冷軋基料不走精煉，噸鋼成本降低100元。

關(guān)鍵詞：冷軋基料；工藝優(yōu)化；成本降低；夾雜物控制

Optimization Practice of Smelting Process of Base Material for Cold Rolling

Lü Shenghui, WANG Kezhong, LI Haiyang

（Taishan Iron and Steel Group Co., Ltd., Laiwu 271100, China）

Abstract: By optimizing the base material for cold rolling smelting process, the implementation of the ladle slag modification and improvement of furnace after argon blowing quality, control of [ al ] s content in steel, continuous casting full protection casting and other measures, the inclusion control level continuous casting and casting heats and slab quality improved, the base material for cold rolling away refining, the cost per ton of steel reduced 100 Yuan.

Key words: base material for cold rolling; process optimization; cost reduction; inclusion control

1 前言

泰鋼集團(tuán)熱軋部煉鋼線有1套KR鐵水預(yù)處理系統(tǒng)，2座60 t氧氣頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐，1座60 t LF鋼包精煉爐，2臺兩機(jī)兩流直弧板坯連鑄機(jī)等生產(chǎn)設(shè)備，目前可以完全滿足生產(chǎn)冷軋基料的條件。針對冷軋基料化學(xué)成分要求范圍窄，鋼水純凈度控制要求高，加上受環(huán)保檢查力度不斷加大的影響，電極、鋼包等耐材成本上漲等形勢，煉鋼線通過鋼包頂渣改質(zhì)，提高爐渣吸附夾雜物的能力，提高鋼水純凈度；控制鋼中的[Al]s含量損失，改善了鋼水的流動性；提高爐后鋼包吹氬質(zhì)量，提高鋁脫氧產(chǎn)物Al2O3去除率；實(shí)施中間包冶金技術(shù)，降低夾雜物產(chǎn)生的概率，通過實(shí)施的一系列措施，煉鋼廠冷軋基料產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)中有升，連澆爐數(shù)突破25爐，生產(chǎn)成本大幅度降低。

2 實(shí)施背景

國內(nèi)較好的低碳含鋁鋼生產(chǎn)時(shí)通過RH或VOD真空精煉爐，產(chǎn)品成分[C]遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于0.05%，[Si]小于0.03%，產(chǎn)品的塑性變形能力好。對于一般要求的冷軋料生產(chǎn)，更關(guān)注的是保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，縮短工藝流程，降低生產(chǎn)成本，這些方面在其他鋼廠落實(shí)實(shí)施效果比較好。冷軋基料的生產(chǎn)工藝應(yīng)用成熟，代表了目前國內(nèi)鋼鐵冶煉技術(shù)的發(fā)展方向和技術(shù)水平。在未進(jìn)行生產(chǎn)工藝優(yōu)化改造前,泰鋼集團(tuán)低碳含鋁鋼SPHC采用精煉處理的方式，在精煉過程中鋼水存在增碳、回硅等現(xiàn)象，成分[C]、[Si]不容易控制，無法滿足[C]=0.03%～0.05%、[Si]≤0.020%的控制要求，且受成本控制的影響，產(chǎn)品市場競爭力不強(qiáng)。這就要求在不斷節(jié)能降耗的同時(shí)，更加關(guān)注[C]、[Si]等成分的控制、鋼帶塑性和產(chǎn)品實(shí)物質(zhì)量，不斷進(jìn)行冷軋料的生產(chǎn)工藝優(yōu)化。

3 工藝優(yōu)化實(shí)踐

在滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求下，冷軋基料的基本成分及內(nèi)控成分見表1。其主要物理性能要求見表2。

表1 冷軋基料化學(xué)成分控制要求（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）  %

表2 冷軋基料物理性能要求

為保證板帶的塑性，鑄坯表面不得有裂紋、氣泡、夾雜等。為穩(wěn)定下游熱軋、冷軋工序軋制質(zhì)量和提高產(chǎn)品終端客戶的使用滿意度，泰鋼公司對冷軋基料SPHC的化學(xué)成分進(jìn)行了嚴(yán)格控制，制定了內(nèi)部控制標(biāo)準(zhǔn)（見表1）。

3.1 優(yōu)化工藝路線

鋼水通過精煉工序的處理，鋼水成分及純凈度有了較大幅度的提升，產(chǎn)品質(zhì)量也有很大改善，但是精煉成本也隨之增加；為進(jìn)一步降低成本及消耗，轉(zhuǎn)爐出鋼后，經(jīng)過爐后鋼包吹氬環(huán)節(jié)后直接吊至連鑄澆注，生產(chǎn)工藝由“KR鐵水預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐冶煉→LF爐精煉→連鑄澆注”優(yōu)化為“KR鐵水預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐冶煉→鋼包吹氬→連鑄澆注”（見圖1和圖2）。鑄坯的生產(chǎn)過程不再經(jīng)過LF爐精煉，在精煉過程中出現(xiàn)的增碳、回硅等現(xiàn)象不再出現(xiàn)，鋼帶屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等不同程度的降低，為后續(xù)的熱軋、冷軋創(chuàng)造了良好的原料條件。

3.2 控制入爐鐵水［S］含量

為滿足冷軋基料對［S］成分要求，需對冷軋料入爐鐵水進(jìn)行KR鐵水預(yù)處理。攪拌頭的插入深度位于鐵水（1.1～1.3）m處，控制攪拌時(shí)間在（8～10）min，轉(zhuǎn)速控制在（90～120）轉(zhuǎn)/min。攪拌過程中，轉(zhuǎn)速可根據(jù)包內(nèi)的火花飛濺和亮度情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)。前渣撈至鐵水裸露面積≥1/3,無大渣塊漂浮,后渣渣層厚度≤50mm。鐵水預(yù)處理后，保證入爐鐵水質(zhì)量100%達(dá)標(biāo)。鐵水S含量達(dá)標(biāo)率見表3

表3  鐵水S含量達(dá)標(biāo)率

3.3 控制轉(zhuǎn)爐吹煉

轉(zhuǎn)爐吹煉過程控制平穩(wěn)，防止?fàn)t內(nèi)溫度劇烈變化；合理控制槍位及氧壓，改善化渣質(zhì)量，杜絕返干；提高一倒命中率，減少鋼水過氧化；規(guī)范脫氧合金化，降低非金屬夾雜物生產(chǎn)的概率。轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)拉碳一次到位，避免多次點(diǎn)吹增加鋼水氧化性。優(yōu)化后的槍位及氧氣流量控制見表4

表4  優(yōu)化后的槍位及氧氣流量控制

終點(diǎn)目標(biāo)要求：C 0.03%～0.04%，P≤0.018%。終點(diǎn)前2 min嚴(yán)禁加入冷料降溫。正常周轉(zhuǎn)鋼包溫降約為30 ℃，確定轉(zhuǎn)爐出鋼溫度在1 660～1 670 ℃，可根據(jù)具體情況進(jìn)行調(diào)整。

3.4 改善吹氬質(zhì)量

氬攪拌是現(xiàn)代煉鋼應(yīng)用較為成熟的一種技術(shù)。其原理是利用特殊裝置將惰性氣體均勻分散地吹入鋼液中形成微小的氣泡，氣泡上浮時(shí)依靠界面張力將夾雜顆粒吸附在表面，上浮至液面除去。鋼水出鋼后，對鋼水進(jìn)行吹氬處理，以達(dá)到均勻鋼水成分、溫度的目的。鋼水在冶煉過程中氧化物和脫氧產(chǎn)物，通過出鋼時(shí)鋼流的沖擊，部分夾雜物會聚集長大排至爐渣中，尤其對固態(tài)夾雜物（如Al2O3）的上浮作用更為顯著。

（1）優(yōu)化吹氬強(qiáng)度

出鋼后鋼水在傳遞過程中溫度逐漸降低，氣體攪動的作用變得尤為重要。隨著頂渣混卷、二次氧化等不利因素作用的增強(qiáng)，夾雜物數(shù)量出現(xiàn)回升。圖3為出鋼包在強(qiáng)攪拌、液面翻動較大的操作條件下，大于10～20um氧化物夾雜數(shù)量變化圖。

較平穩(wěn)的弱攪拌吹氬抑制頂渣卷渣、二次氧化，氧化物的夾雜總量比處理前降低了，大于20um的夾雜物可以從鋼水中去除。通過檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，只要對鋼水進(jìn)行適當(dāng)?shù)娜鯏嚢璐禋逄幚恚�有可能把夾雜物控制在20um內(nèi)，根據(jù)現(xiàn)有的工藝條件，凈化鋼水宜采用分階段的鋼包低吹氬操作。圖4為鋼包軟攪拌前后夾雜物大小的尺寸分布圖。

（2）延長吹氬時(shí)間

夾雜物上浮需要一定的時(shí)間，尤其是在鋼包吹氬過程中，夾雜物碰撞、積聚、長大，但是尺寸小的夾雜物，由于上浮速度慢，需延長吹氬時(shí)間后，夾雜物才能上浮到鋼-渣界面。研究了吹氬時(shí)間對夾雜物去除率的研究，隨著吹氬時(shí)間的增加，鋼種總氧含量不斷降低，在軟吹氬12min后，鋼水總氧含量變化不明顯。從軟吹氬過程中鋼中夾雜物含量變化來看，鋼包軟吹氬時(shí)間應(yīng)保持在12min以上。若依據(jù)夾雜物個(gè)數(shù)來評定吹氬時(shí)間，在15min的吹氬時(shí)間內(nèi)，隨著吹氬時(shí)間的增加，夾雜物的個(gè)數(shù)呈增加的趨勢。當(dāng)吹氬時(shí)間超過15min后，隨著時(shí)間的增加，夾雜物的個(gè)數(shù)開始呈現(xiàn)下降趨勢，表明隨著吹氬時(shí)間的繼續(xù)延長，鋼中夾雜物基本上浮到鋼-渣界面，吹氬時(shí)間不少于15min，夾雜物才能有效上浮去除。圖5為不同吹氬時(shí)間時(shí)鋼水總氧含量的變化情況。圖6為吹氬過程中鋼水中10um夾雜物含量的變化。

因此，根據(jù)以上文獻(xiàn)研究與生產(chǎn)實(shí)際，鋼包吹氬工藝執(zhí)行：大氣攪拌2 min（鋼水裸露直徑200～400 mm），然后再進(jìn)行以弱攪拌為主的軟吹，并適當(dāng)延長軟吹時(shí)間至≥13 min（總吹氬時(shí)間≥15 min，軟吹時(shí)以不裸露鋼水為宜），可以有效去除鋼中的非金屬夾雜物。

3.5 鋼包頂渣改質(zhì)

為降低鋼包頂渣的氧化性，提高爐渣對夾雜物的吸附作用，對冷軋料進(jìn)行了鋼包頂渣改質(zhì)。鋼包頂渣的性能直接影響冶金效果，其中渣的流動性、吸附夾雜能力是評價(jià)頂渣改質(zhì)劑性能優(yōu)劣的幾個(gè)主要方面。

試驗(yàn)階段，對改質(zhì)劑的選擇經(jīng)歷了石灰→石灰、少量鋁粒→脫硫劑、精煉劑→渣洗劑，加入方式由出鋼后加入鋼包優(yōu)化為出鋼時(shí)隨合金一起加入；鋼包頂渣改質(zhì)隨合金一起加入后，利用鋼流的沖擊與攪拌對鋼水進(jìn)行渣洗，提高爐渣對夾雜物的吸附效果，可提高鋼水純凈度。部分頂渣改質(zhì)后的成分見表5。

表5    頂渣改質(zhì)后的爐渣成分/%

工藝試驗(yàn)成熟后，為更好的提高鋼水的純凈度，耐材提供廠家根據(jù)煉鋼廠的爐渣特性、成分及冶煉鋼種的要求，配制了更符合低碳低硅鋼渣的頂渣改質(zhì)劑。渣洗劑的成分見表6。

表6渣洗劑化學(xué)成分/%

使用渣洗劑后，渣中的（FeO）、（SiO2）降低了，提高爐渣堿度，爐渣對夾雜物的吸附作用增強(qiáng)，鋼水的潔凈度得到很大程度的改善。爐渣成分分析見表7。

表7  爐渣成分/%

3.6  優(yōu)化連鑄工藝

連鑄是去除夾雜物的最后一道關(guān)口。鋼水行程是由鋼包經(jīng)長水口至中間包，然后經(jīng)侵入式水口至結(jié)晶器的過程。在鋼水的整個(gè)行程中，應(yīng)該采取嚴(yán)格的控制措施防止鋼水的吸氣、二次氧化，并為夾雜物的最后去除創(chuàng)造條件。

中間包做準(zhǔn)備時(shí)，必須保證中包機(jī)構(gòu)與中包上水口氬氣孔保持暢通；連鑄過程，實(shí)施全程保護(hù)性澆注，尤其是3氣（機(jī)械手氬封、塞棒氬氣、中包機(jī)構(gòu)氬封）控制適中，大包長水口周圍裸露直徑≯30 cm并以無鋼花翻出、結(jié)晶器液面輕微冒泡為宜，全部實(shí)現(xiàn)黑渣操作；每爐安裝纖維密封圈，機(jī)械手氬氣控制適中，確保在澆注過程起到密封效果，更換長水口時(shí)間控制在3 min之內(nèi)，每個(gè)澆次盡量減少長水口更換次數(shù)；侵入式水口使用時(shí)間控制在2～3 h，更換時(shí)要平穩(wěn)放入、平穩(wěn)取出。

通過采取“長水口+密封圈+吹氬”全程保護(hù)澆措施，澆注過程中［Al］s/T［Al］≥0.80～0.90的爐次達(dá)到了75%～85%，保護(hù)澆注控制較好。

3.7  控制夾雜物

由于冷軋料轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)碳含量較低、氧含量高，為降低吹損、減少夾雜物的控制負(fù)擔(dān)，對轉(zhuǎn)爐吹煉終點(diǎn)強(qiáng)化攪拌很重要，盡量減少一次脫氧夾雜物。夾雜物的控制要點(diǎn)為：確保一次脫氧完全，控制二次氧化污染；因?yàn)檗D(zhuǎn)爐一次脫氧產(chǎn)物量大、集中，易聚集、長大、上浮、去除，而二次氧化產(chǎn)物細(xì)小、彌散，不易聚集長大，而且上浮較慢，去除困難。

通過取樣進(jìn)行夾雜物控制水平分析，B類夾雜物～1.0級，D類夾雜物1.0～2.0級，Ds類夾雜物～0.5級。夾雜物檢測情況見表8。

表8    夾雜物檢測情況

4 結(jié)語

泰鋼煉鋼廠通過優(yōu)化工藝路線、控制入爐鐵水［S］含量、控制轉(zhuǎn)爐吹煉、改善吹氬質(zhì)量、鋼包頂渣改質(zhì)、優(yōu)化連鑄工藝等一系列工藝措施，冷軋基料冶煉工藝實(shí)踐的爐次達(dá)到100%，產(chǎn)品的后續(xù)冷軋軋制質(zhì)量保持穩(wěn)定，夾雜物控制水平明顯提高，夾雜物級別之和≤2.5級達(dá)標(biāo)率完成80%以上；1個(gè)中間包澆次冷軋基料生產(chǎn)爐數(shù)控制在25爐以上，最多實(shí)現(xiàn)了29爐連澆。自進(jìn)入2017年下半年，各原料廠家受嚴(yán)峻環(huán)保形勢的影響，精煉電極價(jià)格持續(xù)上漲，此工藝優(yōu)化降低成本效果更為顯著，目前噸鋼創(chuàng)效達(dá)到100元以上。

參考文獻(xiàn)

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