硅镇静钢全氧的控制技术的开发与应用.pdf

技术应用492023,Vol.61,No.4492023,Vol.61,No.4收稿日期：2023-04-06作者简介：李俊（1982），男，高级工程师。硅镇静钢全氧的控制技术的开发与应用李俊，高志滨，刘忠建（莱芜钢铁集团银山型钢有限公司炼钢厂 山东 济南 271104）摘要：为降低硅镇静钢全氧含量，采取优化转炉高拉碳工艺、开发转炉出钢碳脱氧工艺、开发硅镇静钢脱氧用渣料、优化 LF 精炼渣系和连铸机保护浇注等措施，实现了硅镇静钢成品 W(TO)3510-6。关键词：硅镇静钢；高拉碳；全氧中图分类号：TG142文献标识码：B文章编号：1003-0514(2023)04-0049-04Development and application of yotal Oxygen control technology for silicon killed steel Li Jun，Gao Zhibin，Liu Zhongjian（Steelmaking Plant of Laiwu Iron and Steel Group Yinshan Section Steel Co.，Ltd.，Jinan 271104，China）Abstract：In order to reduce the total oxygen content of silicon killed steel,measures such as optimizing the converter high carbon drawing process,developing the converter tapping carbon deoxidation process,developing the slag for deoxidation of silicon killed steel,optimizing the LF refining slag system,and protecting casting by continuous casting machines have been taken to achieve a silicon killed steel product W(TO)3510-6.Key words：silicon killed steel；high tensile carbon；total oxygen目前大多数钢铁企业定径水口中间包为防止水口堵塞，钢水采用硅脱氧工艺。莱芜钢铁集团银山型钢有限公司炼钢厂异型坯中间包采用定径水口中间包进行浇注，受脱氧工艺的局限性，钢水氧含量难以控制在较低水平。而近年来随着社会经济的发展以及各行各业的不断进步，H 型钢在国内外已被广泛应用于高层建筑、工业厂房、火力发电、起重机械、机械制造、石油化工、海洋工程、闸坝、桥粱、地铁工程以及市政设施等建造领域。异型坯质量提升技术一直是钢铁企业研究的对象，而异型坯钢水氧含量的高低直接决定在产品质量。为此，该厂对硅镇静钢氧含量控制技术进行研究。1生产线主要概况及工艺流程莱钢银山型钢有限公司炼钢厂于 2004 年 7 月建成投产，目前主要工艺设备有：KR 铁水预处理设有 6 个脱硫、扒渣工位，120 t 顶底复吹转炉 4 座，130 t LF 精炼炉 4 座，130 t RH 精炼炉 2 座，3 台板坯连铸机和 1 台异型坯连铸机。异型坯主要采用硅脱氧工艺，工艺流程为：120 t 顶底复吹转炉LF精炼异型坯连铸机。2硅镇静钢全氧控制技术措施2.1转炉高拉碳技术提高转炉终点碳可使钢水终点氧含量降低，钢液内生非金属夹杂物减少，钢水质量提升。而高拉碳技术的难点在于转炉冶炼前期脱磷，随着转炉留渣技术的应用，为转炉前期高效脱磷创造了有利条件。根据生产实绩将 120 t 转炉高拉碳工艺技术方案进行优化。冶金标准化与质量2023,Vol.61,No.450熔池温度越低、熔渣中（FeO）含量与（CaO）含量越高，P 分配比(P)/(P)越高，越有利于脱磷热力学和动力学条件。因而，充分利用吹炼前期熔池温度低、(P)/(P)分配比高、脱磷热力学条件优势，采用转炉留渣作业，吹炼前期采用适当高枪位，过程氧压控制在 0.87 0.90 MPa,保证前期早化渣、过程化好渣。同时加大前期底吹搅拌强度获得去磷动力学条件，以产生良好的脱磷效果。吹炼前期熔池温度低，石灰熔化速度慢，成渣困难，是熔池前期去磷的限制性环节之一，因而采取有效措施提高石灰熔化速度是。调整前期造渣制度，石灰采用与烧结矿配合分批次加入，控制适当的炉渣碱度，以化透渣为主。开吹后加入适量的石灰和烧结矿，同时降低前期炉渣碱度 R(控制在 1.8 2.2)，并保证适度的留渣量。（FeO)含量过高或过低都会影响去磷效果，因为(FeO)含量过低时炉渣流动性和氧化性差，去磷能力降低;而(FeO)含量过高时会导致喷溅，喷溅后返干反而不利于去磷。在转炉吹炼中后期，温度进一步升高，同时由于脱碳反应，渣中(FeO)降低，熔池易回磷，因而需再次补加适量的石灰和烧结矿，提高炉渣碱度和(FeO)，以便充分利用后期熔池渣流动性好的特点达到进一步去磷的目的。炉渣（FeO）含量要适当，（FeO)含量过高或过低都会影响熔池去磷效果，因(FeO)含量过低时，炉渣流动性和氧化性差，去磷能力降低；而(FeO)含量过高时，会导致炉渣中(CaO)活度显著降低，这样反而会降低熔池去磷能力。吹炼过程炉渣中(FeO)控制在 12%18%之间。为避免熔池快速升温，烧结矿分批错开加入，这样既能保证炉渣活跃，又能避免炉渣返干、回磷。进入吹炼中后期，脱碳反应剧烈，熔池温度升高，炉渣氧化铁含量降低，此时脱磷反应速度显著减慢，甚至发生回磷，中期起采用小批量加入矿石、恒枪位恒氧压的操作方式，后期根据副枪 TSC 测量数据进行精准控制终点。2.2转炉出钢碳脱氧技术转炉吹氧到终点时，钢水溶入了大量的过剩氧。如果不对钢水进行脱氧，连铸坯就得不到正确的凝固坯组织，还会产生皮下气泡、疏松等缺陷，并加剧硫的危害。生成的氧化物夹杂残留于钢中，会降低钢的塑性、冲击韧性等力学性能。转炉出钢过程中，异型坯生产线主要使用硅钙钡进行脱氧。采用硅钙钡脱氧，脱氧产物均为液态或固态的氧化物，脱氧产物排出困难易形成夹杂，同时脱氧合金价格较高，脱氧合金成本占生产成本比例较大。为此，转炉出钢过程中先用碳粉进行预脱氧，碳脱氧工艺的优势在于可以降低钢水氧含量，节约硅钙钡使用量，同时脱氧产物是 CO 与 CO2 气态物质，便于排出钢液，清洁不污染钢水，实现钢水低成本洁净化生产。1）碳脱氧原理。转炉炼钢氧化结束时熔池内的碳氧反应并未达到平衡，由于碳氧积相对恒定,一定温度下,当钢中碳含量高时,与之相平衡的氧含量就低,而钢液的实际氧含量高于该温度下与碳平衡的氧含量。过剩氧的存在是发生碳氧反应的必要条件。碳氧反应的方程式为：C+O=（CO）（1）该反应为放热反应，当碳氧反应达到平衡时：PCO/P PCO/P 1160lgkc=lg=lg=+2.003（2）acao wc%fcwo%fo T式中Pco气相中 CO 的分压；p标准大气压；ac 碳的活度；ao 氧的活度；wc钢液中碳的质量百分数；wo钢液中氧的质量百分数；fc碳的活度系数；fo氧活度系数；因为冶炼钢种为低碳钢，fc和 fo均接近 l，由于反应主要在钢液面进行，Pco近似取标准大气压，则平衡式简化为：1 1160 lgkc=lg=+2.003 （3）wc%wo%T利用转炉出钢过程中钢水温度降低以及气相中 CO 分压降低等有利于促进碳氧反应进一步进行的热力学条件，加之钢包底吹氩和钢流冲击对钢水产生强烈搅拌的动力学条件，在出钢前期加入一定量的碳粉，可促进碳氧进一步反应,达到降低钢中氧含量的目的。2）转炉出钢碳脱氧方案。技术应用512023,Vol.61,No.4转炉冶炼终点过氧化时，使用碳粉预脱氧易引起钢包翻钢的现象，为此，采用碳粉与硅钙钡配合加入的方式，出钢 30 s 内将预脱氧的碳粉加入钢包内，待反应完全后立即加入 10 20 kg 硅钙钡，防止钢包翻钢，放钢 1/4 后进行加入硅钙钡进行脱氧，后加入合金进行合金化，加入合金的同时加入部分碳粉进行配碳和脱氧，合金加入完毕后，再随钢流加入部分碳粉，确保后期碳脱氧效果；加入过程中使碳粉均匀加入钢包内。实际操作中，由于碳粉加入钢水中后，一部分用于脱氧，一部分用于增碳，实际脱氧量基本在100 ppm 之内，碳粉在氧含量较高时大部分用于脱氧，在氧含量较低时基本用于增碳。因此，碳粉加入时机必须在出钢前期加入，碳脱氧要求如下：1）终点氧含量 400 ppm 采用此工艺；2）碳粉作为头批脱氧，出钢 30 s 开始加入。2.3转炉无渣出钢技术通过转炉滑动出钢口挡渣技术与智能红外下渣检测技术的结合，实现了转炉出钢全自动挡渣技术。转炉滑动水口挡渣技术的优势主要体现在：自动化程度高，可以实现挡渣过程的全自动操作；挡渣成功率高且稳定，在工艺和设备正常条件下，挡渣成功率可以达到 100%。转炉自动下渣检测系统基于钢水和钢渣辐射率不同的原理，使用红外摄像机对注流实时采集图像，通过热探测仪实时测量注流辐射的能量，并实时识别注流中含渣百分比。检测到注流下渣时，并且超过系统所设定的含渣百分比，此时由计算机系统给出滑板关闭信号，由液压系统驱动液压缸关闭滑板，实现转炉自动挡渣。率 100%，实现了无渣出钢，钢包内平均渣厚可控制在 50 mm 以下。转炉下渣量的减少，不仅减少了钢水回磷，提高合金回收率，还减少了钢中夹杂物，提高了钢水清洁度，为钢水精炼提供了良好的条件。2.4开发硅镇静钢脱氧用渣料对于硅脱氧的钢种，目前多是采用碳化硅、碳化钙、硅钙钡进行脱氧，但这些脱氧剂具有熔点高且铺展性不好的缺点，该类脱氧剂由于熔点高，无法熔化后流入炉渣中脱氧。将该类脱氧剂投入钢包顶渣中进行脱氧时，炉渣中仅有与脱氧剂接触的位置处能发生脱氧反应，需要在钢包底部吹入大流量的氩气来搅动炉渣，使炉渣频繁的与脱氧剂发生冲刷接触来实现脱氧，脱氧速度慢，需要较长时间才能造出还原性炉渣。这种脱氧方法有脱氧不均匀且脱氧效率低的现象。为此，结合现场生产实际，开发了一种硅镇静钢的脱氧用渣料。此脱氧用渣料以熔点低的 CaOSiO2渣为载体，运载具有脱氧功能的硅质脱氧剂和具有发泡功能的碳粉至钢包顶渣中来实现脱氧。在 LF 精炼过程中，将该适用于硅镇静钢的脱氧用渣料加入钢包顶渣中后，作为载体的 CaOSiO2渣能快速熔入钢包顶渣中，与钢包顶渣均匀混合，进而运载具有脱氧功能和发泡功能的硅质脱氧剂和碳粉至钢包顶渣中，实现硅质脱氧剂和碳粉质发泡剂与钢包顶渣的均匀混合，发生均匀且快速的脱氧反应。硅镇静钢的脱氧用渣料成分的质量百分数为：CaO:30%45，SiO2:30%40，Si:10%30，C：2%5，Al 5，Al2O3 5，S 0.1,P 0.05，且WCaO/WSiO2 0.9 1.2。该渣料的使用，提高了 LF 精炼炉脱氧效率，明显缩短了精炼白渣成渣时间，确保了连铸过程中无水口结瘤现象。2.5优化 LF 精炼渣系，提高吸附夹杂物能力高质量的钢水对钢中硫和夹杂物的形态以及数量都有严格的要求，选择良好性能的精炼渣是纯净钢水冶炼技术的关键环节。为进一步提高钢水质量，对精炼渣系进行优化，不断提高炉渣吸附夹杂能力。以往精炼造渣过程主要是现场工人根据自己的经验决定造渣料的加入量和加入方式，没有固定的操作模式，从而导致个别炉次炉渣偏稀、钢图 1转炉下渣检测系统流程采用转炉滑动出钢口自动挡渣技术，挡渣成功冶金标准化与质量2023,Vol.61,No.452中夹杂物含量不稳定等问题。因此，通过研究精炼渣成份对精炼效果的影响，根据不同系列钢种确定合适的精炼渣成份，制定不同的加料模式以取代经验式操作，从而达到提高精炼钢水质量目的。通过查阅相关资料，结合现场实际生产情况，制定硅镇静钢精炼炉渣标准,其炉渣成分如表1所示。表 1炉渣渣系组成钢种CaOAl2O3SiO2MgOFeO硅镇静钢50%64%5%11%16%25%7%10%1根据不同渣况，制定不同的加料模型。以往都是靠人工经验操作，通过肉眼分辨炉渣状况，然后再分批加入石灰或萤石，此操作精炼成渣速度较慢，炉渣吸附夹杂时间不充分，从而影响钢水质量。通过分渣况制定合理的头批料加料模型，从而简化了现场操作，提高了 LF 精炼炉成渣速度，有效提高了钢水质量。渣系优化后，LF 炉成渣速度显著提高，黄白渣成渣时间由原来的 8 min 缩短为目前 5 min；显著提高了钢水纯净度，钢中全氧含量稳定控制在 30 ppm以内，终点硫含量可稳定控制在 0.01%以下。2.6优化浇注技术措施为防止浇注过程中钢水二次氧化，连铸机严格执行保护浇注措施，在连铸工序重点采用以下措施：1）控制好开浇炉加入覆盖剂的时间；2）避免长水口附近冒火花；3）长水口等具有适宜的氩气流量；4）控制大包下渣量，降低氧的来源；5）使用套管浇注。3应用效果通过转炉高拉碳技术和碳脱氧技术的研究与应用，生产普碳钢时转炉平均终点碳提高 0.03%，脱氧剂消耗由降低 0.5 kg/t，减少了脱氧产物形成量，为后序处理创造了良好条件；通过开发使用硅镇静钢脱氧用渣料和精炼渣系的优化，钢水质量显著提升，钢水流动性明显提高。通过以上措施的实施，实现了硅镇静钢成品 W(TO)3510-6。4结论通过采取优化转炉高拉碳工艺、开发转炉出钢碳脱氧工艺、开发硅镇静钢脱氧用渣料、优化 LF 精炼渣系和连铸机保护浇注等措施，实现了硅镇静钢成品 W(TO)3510-6。参考文献1 张敏.降低钢中全氧含量的精炼工艺技术 J.钢铁.2011（7）：41-44.信息鞍钢股份(000898.SZ)：现有冷轧硅钢产线的设计产能为80万吨无取向硅钢、6万吨高牌号无取向硅钢及4万吨取向硅钢格隆汇 9 月 5 日丨鞍钢股份(000898.SZ)于2023 年 9 月 1 日召开业绩说明会，就“公司硅钢产品情况及产能规划”，公司回复称，上半年，公司冷轧硅钢产品毛利水平较好，销售结算量同比增加4.69%。公司现有冷轧硅钢产线的设计产能为 80万吨无取向硅钢、6 万吨高牌号无取向硅钢及 4 万吨取向硅钢。新能源汽车销量激增，扩大了新能源汽车用无取向硅钢增量空间。公司目前正在进行硅钢产线的升级改造，对现有的无取向硅钢产线进行提质升级，预计明年年底能够完成无取向硅钢产线的改造，进一步提升高牌号无取向硅钢的生产能力。来自冶金信息网