寶鋼的潔凈鋼生產技術!
隨著社會的進步,現代工業對鋼材性能的要求越來越高,為滿足這一要求,潔(純)凈鋼技術研究也越來越成為鋼鐵冶金技術領域的重要研究課題。
寶鋼從引進之初,就十分注重潔凈鋼廠的建設。特別是九十年代初以來,寶鋼依靠科技進步,著手研究開發純凈鋼冶煉技術,目前已形成批量生產純凈鋼的生產技術和管理技術。
鐵水脫硫是一種經濟、有效的脫硫方法,在工業生產終得到了廣泛的應用。寶鋼曾先后采用了混鐵車(CaO系、CaC2系脫硫劑)和鐵水包(Mg系脫硫劑)兩種脫硫方式。當鐵水原始硫為150~300ppm時,脫硫后鐵水硫含量最低可達10~30ppm的水平。
眾所周知,轉爐的脫硫能力是相當有限的。特別在鐵水原始硫含量很低的情況下,由于入爐的石灰、廢鋼等爐料帶有較高的硫,往往出現轉爐過程回硫現象。一般來說,僅靠鐵水預處理要穩定生產硫含量小于30ppm的鋼是有困難的。因此,在轉爐出鋼后對鋼水進行爐外脫硫勢在必行。
寶鋼相繼開發了三種鋼水爐外深脫硫工藝,其基本特征如下:
RH處理過程加入脫硫劑方式(方式A):開發高效CaO-CaF2系脫硫劑,通過RH合金溜槽將脫硫劑加入真空室;脫硫處理的爐次盡量控制轉爐下渣量,并對鋼包頂渣進行改質處理,使其具有高堿度和低FeO含量。
RH處理過程噴粉脫硫方式(方式B):開發CaO-Al2O3系預熔型脫硫粉劑;采用低槍位操作,以使粉劑能充分進入鋼水循環;處理前對鋼水和鋼包渣進行充分脫氧,以提高脫硫效率。
LF爐深脫硫方式(方式C):開發鈣鋁系合成渣劑,優化渣脫氧制度;優化鋼包底吹氬模式;對于深脫硫鋼,為強化渣鋼界面的脫硫反應,采用強攪拌方式。
上述三種脫硫方式的效果對比如下:RH處理過程脫硫(方式A、方式B),其脫硫率均在40%左右,脫硫效率并不高。此類工藝作為一種鋼水脫硫處理的補充手段,以降低鋼種的保留率是比較合適的。其具有占用工位時間少,增氮量小的優點。而LF爐深脫硫工藝具有很高的脫硫效率,平均脫硫率達87%,在原始硫含量并不很低的前提下,脫硫后可使鋼水硫含量穩定達到10ppm以下,為超低硫鋼的生產提高了有力保證。
低磷鋼生產技術
鋼中磷過高,在凝固時會產生嚴重的偏析而導致產品脆裂。對于高級管線鋼則需要將磷降至100ppm以下,而對于在極寒冷地區使用的管線鋼,為防止冷脆,甚至需要將鋼中的磷含量控制在50ppm以下。寶鋼相繼開展了如下的工藝試驗:
鐵水三脫+轉爐小渣量(渣量指數為0.3)冶煉工藝(方式A)
鐵水脫硫+轉爐大渣量(渣量指數為1.0)冶煉工藝(方式B)
鐵水三脫+轉爐大渣量(渣量指數為1.0)冶煉工藝(方式C)
轉爐預處理脫磷+脫碳轉爐中渣量(渣量指數為0.6)冶煉工藝(方式D)
上述4種不同脫磷工藝效果如下:采用三脫鐵水少渣量工藝的轉爐終點平均磷含量為120ppm;采用通常脫硫鐵水的大渣量工藝的轉爐終點平均磷含量為100ppm;采用三脫鐵水大渣量工藝的轉爐終點平均磷含量為66ppm;而采用轉爐脫磷預處理鐵水+脫碳爐中渣量工藝轉爐終點平均磷含量達到58ppm,由此可見,方式C、方式D均為生產超低磷鋼的有效工藝。
低氧鋼生產技術
在鋼中氧含量過高,則角狀夾雜物及宏觀夾雜物增多,易于發生脆性斷裂,而且非金屬夾雜物含量過多也影響鋼表面質量。
寶鋼主要針對IF鋼,開展了一系列旨在降低全氧含量,減少夾雜物和防止卷渣的研究,在生產中所采用的措施包括:
采用擋渣出鋼,要求使鋼包渣層厚度≤70mm。
鋼包渣改質:出鋼時向鋼包表面加入改質劑,降低渣的氧化性。
控制RH中F[O]濃度和純脫氣時間。
采用中間包純凈化技術。
為了防止結晶器保護渣卷入,采用不易卷入的高粘度保護渣。
在連鑄操作方面,保持適量的Ar氣吹入量和維持結晶器液面穩定。
低氮鋼生產技術
鋼終氮對冷軋板的深沖性能影響極大,為使冷軋板保持良好的加工性能,鋼中的氮含量應盡可能降低;鋼終氮含量過高將導致時效硬化、硬度增大而延展性變差。
一般來說,因為RH脫氮能力有限,特別在低氮范圍(氮在50ppm以下),脫氮反映幾乎中止。因此,降低轉爐吹煉終點氮含量和避免鋼液增氮是降低鋼水的主要措施。
(1)轉爐低氮冶煉工藝
從控制入爐原料和吹煉工藝里兩方面入手,寶鋼開發了轉爐低氮吹煉模式:其措施包括控制鐵水氮含量和入爐鐵水比,優化轉爐造渣和吹煉制度等。在采用轉爐低氮吹煉模式后,停吹氮可控制在15ppm以下。
(2)防止鋼水增氮技術
不同出鋼方式對鋼水增氮影響很大,氧化狀態出鋼有利于減少增氮。
板坯連鑄中,最大的增氮一般發生在鋼包和中間包之間。為此,寶鋼除采用中間包覆蓋劑覆蓋鋼水外,在鋼包和中間包之間采用長水口,并在鋼包水口和長水口連接處采用Ar氣和纖維體密封。采用上述措施后可使澆鑄過程中的增氮量控制在1.5ppm以內。
通過上述措施的應用,目前寶鋼可批量生產[N]≤20ppm的低氮鋼。
超低碳鋼生產技術
(1)RH脫碳技術
RH脫碳技術主要包括兩點:
RH脫碳前最佳成分控制,使之處于最佳范圍;
加速RH脫碳技術。
(2)防止鋼水增碳技術
經RH脫碳處理的超低碳鋼水,一旦脫氧后,就極易增碳。在不少場合,增碳是導致鋼水成分出格,成品降級的主要原因。在導致鋼水增碳的諸多因素終,煉鋼輔材和耐材中含有過量的碳是重要原因。寶鋼在此兩方面開展了較深入的研究:
開發了高堿度中間包覆蓋劑,該覆蓋劑具有含碳量極低的特點,有利于減少鋼水增碳;
采用低碳高粘度保護渣。降低保護渣中的碳含量(特別是游離碳含量)是避免超低碳鋼水增碳的直接、有效方法。此外,適當提高保護渣年度,渣耗降低、液渣層增加、液層中碳向鋼液面擴散速度將降低。因此提高保護渣粘度對防止增碳是有利的;
采用無碳鋼包耐材。鋼包耐材對鋼水增碳的影響是巨大的,寶鋼所開發的鋼包無碳包底澆注料和鋼包無碳渣線澆注料不對鋼水造成增碳。
寶鋼的純凈鋼水平
寶鋼在純凈鋼生產單項技術研究的基礎上,以超低碳IF鋼和X系列管線鋼為對象鋼種進行聯動試驗,開發了批量生產純凈IF鋼、管線鋼生產技術和管理技術,旨在帶動寶鋼純凈鋼綜合控制水平進步,增強產品競爭力。通過科技攻關和技術改造,寶鋼目前的產品特別是管線鋼和IF鋼的有害元素含量得到了大幅度的下降,取樣分析表明,鑄坯中夾雜物直徑小于50μm的99%以上,潔凈度得到了大幅度提高。