中南股份A系列冷镦钢工艺生产优化实践.pdf

总第 期 年 月 南 方 金 属 .收稿日期:作者简介:黄含哲()男 年重庆大学冶金工程专业硕士研究生毕业助理工程师 文章编号:()中南股份 系列冷镦钢工艺生产优化实践黄含哲 王 冠 李至荣 鲁金龙 黎 莉(宝武集团中南钢铁广东中南钢铁股份有限公司广东 韶关)摘 要:为提高 系列冷镦钢钢水洁净度改善可浇性通过对转炉终点控制、出钢渣洗调整、氩站 管控、精炼过程、钙处理等工艺进行研究找到了 系列冷镦钢控制要点摸索出了一套较为成熟稳定的生产工艺 尤其是综合考虑钢液成分、喂线速度等因素对 炉 处理工艺进行优化精确地将中间包钢水 含量控制在 以内既保证了钙处理效果又减轻了塞棒的侵蚀同时将 系列冷镦钢连浇炉数提高至 炉极大地提高了生产效率和金属收得率关键词:系列冷镦钢 精炼 处理 工艺优化中图分类号:文献标志码:(.):.:前言随着低铁钢比、高产量、快节奏等生产条件的变化宝武集团中南钢铁广东中南钢铁股份有限公司(以下简称“中南股份”)系列冷镦钢水口结瘤严重、结晶器液面波动频繁、塞棒上涨等问题突出难以满足质量管控要求 通过对水口结瘤物(见图)进行扫描电镜 能谱分析发现主要为三氧化二铝、镁铝尖晶石、硫化钙等高熔点夹杂物这说明浇注前钢水洁净度较差 参考前人对 系列冷镦钢工艺研究 并结合中南股份实际生产情况后续改善以提升 炉钢水洁净度为主要目标并辅以改进钢水到 站条件、细化 工艺、保护浇注等措施在经过一系列冶炼工艺优化后水口结瘤、铸坯大尺寸夹杂物超标的情况均有了明显改善图 典型水口结瘤情况 系列冷镦钢控制要点中南股份 站 路径 系列冷镦钢以、为主主要化学元素及含量差异见表 可以看出其特点为低(%)且差异较大、含量较低含适量 作为脱氧冶金元素及合金元素的 含量偏高表 系列冷镦钢主要化学成分控制要求/%钢种主要元素种类及含量.转炉入炉铁水及转炉终点要求工艺优化前为追求低铁钢比(约 /)在生产 含量相对较低的、钢时因入炉铁水重量不足引起热平衡失控同时受到为防止成品 高而追求较低终点 以及为利于渣洗而追求较高终点温度的影响转炉后吹会更严重(终点自由氧含量 )进而导致出钢时需加入大量铝铁脱氧钢中、渣中 含量相应增多成为钢中夹杂物来源增加后工序的处理难度增大钢中夹杂物超标的风险 为避免转炉补或后吹后续将铁钢比调整至 /钢水过氧化情况明显好转(终点自由氧含量 )为下工序创造了有利条件此外为减轻 炉脱 难度减少 炉精炼末期因 高(%)可能引起 处理时生成较多 高熔点易结瘤夹杂物同时考虑转炉内热力学条件不利于脱(脱 率在%左右)入炉铁水 含量应%否则应采用喷吹镁粉或 机械搅拌配合脱 剂的方法降低铁水 含量同时铁水温度应 为减轻转炉终点钢水氧化程度及利于渣洗合金化针对、钢终点 应%出钢温度应 .出钢下渣检测及挡渣技术转炉终渣的氧化性很强(一般()%)若下渣过多增加脱氧剂用量的同时会使 炉渣理化性能波动太大不利于钢水质量 为减少下渣应采用可靠性较强的滑板挡渣而非挡渣塞或棒或球此外采用红外炉渣探测技术可以较准确、及时地评估下渣情况必要时进行人工干预能进一步降低下渣量最终可控制在/炉.出钢渣洗优化钢渣混冲的渣洗过程创造了良好的冶金动力学条件:扩大了钢渣接触面积脱、脱 充分有利于夹杂物碰撞聚集、长大上浮 此外好的化渣效果可以提前为 炉创造条件缩短 炉化渣造渣脱氧时间使钢渣快速成形并保持较长时间的理化性能这些都有利于夹杂物的控制优化出钢渣洗料(见表)渣洗料加入时机内钢水已出 并手投 铝渣球助熔渣洗效果有了较大的改善(见图)表 系列冷镦钢渣料种类及重量位置转炉 炉渣料种类 石灰合成渣 铝渣球石灰合成渣 铝渣球重量(前)重量(后)图 优化前、后渣洗效果对比.氩站 管控为使钢水提前脱氧避免 炉取样以前脱氧不充分尽量减少铝损需要对氩站钢水中 含量进行管控应在%考虑到氩站钢南 方 金 属 年第 期 水成分不均匀性及取/做样偏差若 太低钢水氧化性太强 炉取样以前会错失最佳脱氧时机若 太高“过剩”的 会氧化成为 最终成为钢中夹杂物几率变大实际生产中对于转炉终点%及未后吹的炉次采用动态调整 铝铁加入量可以较好地实现氩站 控制目标但对于终点%或后吹严重的炉次出钢铝铁理论加入量即使以终点、温度为主要依据分级动态调整也与其实际脱氧量有较大偏差因此为准确控制此异常情况下氩站 在目标范围内可采用到氩站定自由氧后补铝的方式.炉渣系成分优化 系列冷镦钢为低碳低硅高铝钢一般适合用高碱度渣冶炼同时为使精炼渣有合适的熔点和黏度利于化渣及吸收夹杂对常用的 渣系()/()时精炼渣对 的吸附能力较强因此确定精炼终渣的主要成分为()%()%()%()%优化前后加入的造渣料见表.炉造渣工艺优化为降低钢水氧化性以保证其洁净度终渣中可侧面反映钢水氧化性强弱的()应以%为宜以%为最佳 考虑到实际“单炉对单机”模式生产时钢水浇注周期仅 左右剔除软吹时间(一般)剩余的精炼时间仅 左右 为达到即使到站钢水条件较差时精炼前期也能快速造白渣的目的要求取样以前必须有“的大底吹氩气强搅拌 左右的弱搅拌”操作这既可使钢渣充分接触脱氧又可使生成的夹杂物有一定上浮去除的时间 在取样以后应视钢渣情况补加一定量石灰并且后续要重视炉渣维护及底吹气控制尽量维持长白渣时间并使 终渣偏粘稠些这有利于夹杂物的吸附去除 典型 系列冷镦钢 终渣如图.处理工艺优化“尽量生成以 为典型代表的低熔点钙、铝复合夹杂物”是低碳铝镇静钢有效 处理的业界共识前人已做过大量研究但不同钢厂因“喂丝设备、丝线参数”等工况有区别在实际使用钙铁包芯线进行 处理时“喂线速度、喂线量”等关键参数会有差异图 典型 系列冷镦钢 终渣(白、偏稠).喂线速度的确定理论上若喂线速度过快(/)因纯钙沸点较低()局部会产生大量 蒸汽导致钢、渣剧烈翻腾钢液易被二次氧化形成新的夹杂物同时 蒸汽因团聚上浮快、停留时间短未充分溶入钢水中而收得率低造成浪费 若喂线速度过慢(/)一方面由于喂丝导轮/导管、各丝线间的摩擦阻力较大若钢渣层较厚、结壳会影响 线的正常喂入另一方面由于丝线初始动量不足 蒸汽未能到达距包底 的理想位置钢包中低层钢水未充分 处理对钢液质量有不利影响经过研究后最终确定最佳喂 线速度为 /且仅在摩擦阻力较大、喂线不顺时才可用 /的速度这样既限制了喂线时的有效喷溅次数(反映 蒸汽已达理想位置)又避免了完全无喷溅的情况发生(反映 线可能未喂入或者仅到达中高层钢水中)最终 处理较充分收得率较高.喂线量的确定前人较多研究“不同喂线速度、米数”的最佳组合进行 处理但较少考虑其他诸如“钢液易被氧化趋势(与钢中 含量有关)、喂线前钢中 的波动、不同钢包净空高度下钢液面与水冷套管出线口距离的波动”等对 收得率的影响因此即使在相同喂线速度、米数、软吹时间的情况下不同炉次钢水精炼出站 含量不尽相同最终中间包钢水 含量也会有所波动 若精炼出站钢液中 含量偏低()则说明 处理效果较差水口仍易结瘤若其含量偏高()则说明 处理过量而多余的 会侵蚀塞棒等控流装置影响最大连浇炉数同时剥蚀的耐材易掉入钢水中成总第 期 黄含哲等:中南股份 系列冷镦钢工艺生产优化实践 为宏观夹杂物的来源最终危害钢材质量为保证中包钢水 含量 炉出站 含量应在()除喂 线前做好钢水洁净度的控制、丝线及其喂入系统的确认外(以防卡/断线)还要关注上述“含量、含量、净空高度”等重要影响因素同时由于某些异常原因“浇次上一炉 炉 线喂入量、中包 含量”可作为下一炉钢水喂线量动态调整的依据 研究表明当 系列冷镦钢每炉钢水 炉喂 线量符合公式()时可较好地达到上述目标 ()其中 为软吹前喂入的 线总量 为基础喂线量 为修正量 为修正量 、的值确定分别遵守表、表、表 的规则表 取值规则 含量等级典型钢种 的值.%.%.%.%.%.%.%.%表 取值规则钢包净空高度/的值().().表 取值规则上一炉中间包钢水 含量/的值 由表 可知随着 含量的相对降低钢液吸氧的趋势也随之变弱所需喂入的 线量也有所减少此外随着喂线前钢中 含量的增加与之对应的需要生成低熔点钙、铝复合夹杂物所需的 也随之增多 由表 可知在一定钢包净空高度范围内()净空高度的影响不够明显当净空过低或过高时 线的收得率也会随之增减由表 可知在某些 线收得率异常的情况下可根据上一炉钢水中包 含量(也等效于 炉钢水出站 含量)动态调整此炉钢水喂入量.连铸保护性浇注钢水从钢包到中间包再到结晶器全程均需进行保护性浇注以防钢水二次氧化 主要措施包括:)控制好中包烘烤时间、温度烘烤结束后使用 气充分吹扫创造相对惰性的氛围)钢包、中间包加盖长水口采用合适流量的氩封保护换大包操作时及时对长水口进行吹扫采用整体式水口)出 站时向渣面加入碳化稻壳中包表面加入覆盖剂 实施效果经过上述一系列工艺优化后钢水洁净度得到了大幅提升水口结瘤物明显减少(改善后水口结瘤情况见图)同时浇次大于%的炉次均可将中间包 含量控制在小于 以内最大连浇炉数也由 炉提高至 炉图 改善后水口结瘤情况 结论)系列冷镦钢稳定生产的关键在于“提升 炉钢水洁净度”并辅以“改善钢水到 站条件、保护性浇注”等重要措施)“合适的铁水成分和温度、高铁钢比”等条件有利于创造良好的到 站条件减轻 炉处理难度)为较为准确地控制中间包钢水 含量喂线速度以 /为宜同时除“喂 线前做好钢水洁净度的控制、丝线及其喂入系统的确认”外还要关注“钢液 含量、喂线前钢中 含量、钢包净空高度”等重要影响因素动态调整 线喂入量在精准控制中间包 含量后最大连浇炉数可达 炉)做好连铸区域各项保护性浇注工作有利于防止钢液二次氧化生产夹杂物提升钢液洁净度(下转第 页)南 方 金 属 年第 期 结论)采用新五孔氧枪后得益于更大的喉口直径结合适当的氧枪枪位可以较好地兼顾冲击面积、熔池搅拌和熔池升温 从实际生产来看过程化渣情况得到改善初渣形成时间提前 过程化渣平稳粘枪和喷溅现象较少发生过程化渣及“返干”情况明显改善氧枪枪龄提高了 炉/支)五孔氧枪冲击面积较大相同铁水耗下前期升温速率明显变缓有利于脱磷反应的进行采用五孔氧枪后在铁水条件、石灰耗与终点碳基本相同情况下五孔氧枪终点温度升高 脱磷率升高%)新五孔氧枪投用后因脱磷率的提高普钢终点倒炉后无等成分出钢的比例由原%提高到%部分炉次可无倒炉直接出钢平均节省倒炉结束至出钢开始时间 相对于供氧强度明显降低的情况下供氧时间仅延长的 更有利于快节奏生产的进行)采用五孔氧枪后氧枪吹炼更平稳渣钢反应更趋近于平衡终点命中率更高终渣过氧化得到一定程度的抑制终渣 下降%钢铁料耗与金属料耗分别为 /与 /分别较四孔氧枪降低 /和 /)采用五孔氧枪后后期高枪时间长易引起喷溅后期高枪时间由原 缩短至 现场实际生产情况表明五孔氧枪更适合应用于 /以上的铁水耗生产当铁水耗低于/生产时五孔氧枪即使将氧气流量提高至 /时其前期升温效果较四孔氧枪还是偏差 在低铁耗生产时五孔氧枪易出现终点底层渣未化透的情况不利于钢水磷的控制同时因终点低温长时间补吹钢水过氧化易导致炉衬侵蚀加剧情况)三钢根据铁水与废钢价格及供应情况钢材市场情况等因素阶段性地调整铁水耗当低铁水耗生产时铁水热值明显变差此时冶炼前期升温尤为关键实际生产中可根据铁水耗要求阶段性切换四孔氧枪与五孔氧枪的使用以改善转炉技术指标参考文献 胡绍岩朱 荣董 凯.炼钢温度下复吹转炉流场的数值模拟研究.工程科学学报():.郝华强张朝发刘善喜等.转炉氧枪喷头工艺参数优化.炼钢():.茹作栋张英嘉王春江等.转炉氧枪喷头优化及其在炼钢环境的射流特性研究.炼钢():.高文芳张剑君陈钢等.复吹转炉氧枪喷头优化研究.炼钢():.张芳.转炉炼钢 问.北京:化学工业出版社.翟利伟丁忠良陶鑫江等.转炉氧枪喷头的改进实践.山东冶金():.苏 醒郭文波.氧枪喷头参数优化与应用.机械加工与制造():.杨 阳杨贺陶鑫江等.转炉氧枪喷头改造试验研究.冶金与材料():.(上接第 页)参考文献 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