研究洁净钢生产工艺推进品种钢结构调整

王新江 王三忠

(安阳钢铁集团有限责任公司)

研究洁净钢生产工艺推进品种钢结构调整

王新江 王三忠

(安阳钢铁集团有限责任公司)

介绍了洁净钢的概念、安钢洁净钢生产平台的建设情况以及目前品种结构下洁净钢的控制水平，对比了国内外先进技术指标，分析了在洁净钢指标和生产上存在的差距。提出了要加大洁净钢的工艺研究力度，推进品种结构的调整和洁净钢规模化生产的速度。

洁净钢 品种结构 工艺研究

0 前言

进入21世纪后，高效率、低成本洁净钢平台的建设已成为中国钢铁企业技术进步的主要成就。洁净钢生产平台是一种高效率、低成本、稳定生产洁净钢的基础性、通用性的集成性技术系统(技术群)［2］。对于长流程钢铁生产线，平台建设应有一系列系统的支撑技术，主要包括合理的铁水预处理技术、先进的转炉冶炼技术、协同的二次冶金技术以及稳定的连铸生产技术。建设高效率、低成本洁净钢生产平台不单纯是设备与工艺的改变，更重要的是洁净钢生产的指导思想、工艺理念和生产运行观念的改变。构建高效率、低成本的洁净钢生产平台，是现代钢铁企业发展的方向，事关钢铁企业效率、质量、成本的共性关键技术。

1 概述

洁净钢(clean steel)一词，泛指 O、S、P、H、N 以及Pb、As、Cu、Zn等杂质元素含量低的钢。1962年英国钢铁协会提出“洁净钢(clean steel)”专指为提高钢材强韧性和塑性的而严格控制夹杂物的钢。1980年日本学者进一步提出“纯净钢(purity steel)”的概念，将钢中夹杂物与杂质总量结合起来，并定义Σw(S+P+N+T.O+H)≤100 ×10－6(质量分数)的钢为纯净钢。

殷瑞钰院士认为，当钢中的非金属夹杂物或其它有害物质直接或间接地影响产品的加工性能或使用性能时，该钢就不是洁净钢;而如果钢中的非金属夹杂物和有害杂物的数量、尺寸及分布对产品的加工性能、使用性能都没有不良影响，则这种钢就可以被认为是洁净钢［1］。洁净钢不是越纯越好，它至少应包括两个方面的内容:质量上满足用户需求、经济上成本较低。“洁净钢生产平台”应是在洁净钢生产过程中为满足不同用户质量需求诸多技术模块的优化及其相互之间的组合集成。

2 安钢洁净钢平台

2.1 洁净钢生产硬件平台参数

安钢集团公司通过五十多年的发展，建立起了包括烧结、焦化、炼铁、炼钢、轧钢及公辅设施完善的企业集团。洁净钢生产平台建设关乎产品档次、品种结构、赢利水平和集团公司发展方向等，是集团公司技改建设的重点，目前公司的洁净钢生产平台已经居于国内先进水平。表1为安钢第二炼轧厂洁净钢生产的主要装备。

表1 安钢第二炼轧厂炼钢主要装备

2.2 洁净钢生产软件平台

目前安钢已拥有了企业资源规划系统(ERP)、制造执行系统(MES)、过程控制系统(PCS)，为洁净钢生产打造了完备的信息化管理平台;其次是炼钢连铸“冶炼时刻表”生产管理系统的开发，一键式自动化炼钢系统的投用，连铸二级质量监控系统的运行，为洁净钢生产提供了一个安全可靠的生产质量控制平台，有利于实现洁净钢生产的均衡、稳定、高效。

3 安钢洁净钢生产工序控制

3.1 生产工序特点

安钢洁净钢生产工艺根据钢种进行工艺优化组合，对于一般要求的钢种，脱硫和真空处理显然增加生产成本，造成钢材的性能过剩，优质得不到优价;对于高质量要求和高附加值钢种，必须对钢中的杂质元素进行分级控制。以下是各工序实际控制水平。

1)铁水预处理。采用在线混合喷吹法(Mg粉+流化石灰)进行铁水脱硫处理。通过对喷吹速度、石灰和镁粉的配比、粉气比、喷枪插入深度等工艺参数优化可将铁水［S］深脱至0.002%。经过铁水预处理后铁水成分及温度见表2。

表2 铁水预处理后铁水成分及温度

2)转炉冶炼。转炉冶炼采用一键式自动化炼钢技术，拥有顶底复合吹炼，动静态副枪模型、炉底底吹透气砖的快换系统、出钢滑板挡渣系统、动态物料及合金料模型计算等先进技术;目前转炉出钢碳、温双命中达到95%以上，转炉终点［P］最低可控制在0.005%，出钢［S］最低可控制在0.006%(如图1所示)，滑板挡渣成功率达100%，分析安钢150 t转炉700炉出钢［%C］与终点［O］的关系如图2所示，［C］×［O］基本控制0.0026～0.0030之间。

图1 转炉出钢终点［S］的控制分析

图2 出钢［%C］与终点［O］的关系

3)LF精炼。三座双工位精炼炉，出站钢水［S］最低0.001%，［O］最低到0.001%。主要采用高铝CaO－SiO2－Al2O3做为精炼还原渣系，良好的渣系组成是脱硫、夹杂物去除的关键。分析安钢150 t转炉系统560炉铝镇静钢精炼终渣成分、渣系碱度控制 R(CaO/SiO2)在3.0 ～5.0，精炼终渣成分分析如图3、图4、图5、图6 所示。

图3 精炼渣中CaO和SiO2含量

图4 精炼渣中Al2O3含量

图5 精炼渣中全铁含量

图6 精炼渣中的MnO含量

4)VD/RH真空精炼。VD采用五级9泵控制技术，RH配备MFB顶枪，可进行超低碳钢(≤20×10－6)、超低硫钢(≤10 ×10－6)生产;VD 真空脱氢最低可到0.0001%以下，RH真空脱氮最低可达0.0025%。真空度与底吹流量控制与真空脱气时间及脱气效果的关系如图7所示。

图7 真空度、底吹流量控制与真空脱气时间及脱气效果的关系

5)铸机生产控制。安钢第二炼轧厂现有板坯连铸机三台，拥有大包下渣检测、中间包连续测温、结晶器液面自动控制、水口渣线自动调节、动态配水、动态轻压下、漏钢预报等功能，板坯铸机在生产微合金高强钢时的二级实时监控曲线如图8所示。

图8 生产微合金高强钢时的二级实时监控曲线示意图

由图8可以看出，液面波动可稳定控制在±3 mm以内，塞棒控制可稳定控制在±2 mm以内，拉速除浇次第1炉外实行恒速浇铸，有效控制了非稳态浇注时间。

对随即抽样板坯样进行低倍酸洗分析如图9、图10、图11所示。分析结果为C类偏析0.5级。中心疏松0.5级，综上，合理的工艺控制、先进的生产技术、稳定的设备运行是洁净钢生产的关键和保证。

图9 1/2处低倍酸洗组织分析

图10 1/4处低倍酸洗组织分析

图11 横截面低倍酸洗组织分析

3.2 洁净钢的“五大元素”控制

以典型钢种分别取样30炉做“五大元素”分析，并取平均值分别见表3。

表3 钢中的“五大元素”的控制水平 ×10－6

3.3 夹杂物控制

以典型钢种为例做夹杂物控制分析见表4。

表4 夹杂物控制级别

4 不足与方向

4.1 品种结构

目前安钢产品主要以中碳钢为主，品种主要有管线钢、抗层状撕裂Z向钢、高层建筑用钢、汽车用钢、压力容器用钢、机械用高强度钢、帘线钢等，而对于代表钢铁行业高附加值产品的电工钢、家电钢、汽车板、不锈钢等，还没有形成规模化生产。

4.2 与国内外先进水平的差距

安钢最近几年在洁净钢平台建设方面投入很大，装备水平和先进企业已经没有差距，虽然在高洁净度钢的生产上取得一定成绩，但在工艺技术上还存在不足，安钢可以在某个单项指标上做的非常好，但是整体水平和先进企业还有差距，例如在电工钢、家电钢、汽车板的生产上和国内外先进企业还有差距;对钢中杂质元素的控制，在高牌号电工钢和高档汽车面板钢中要求越少越好，安钢可能在某一项控制上有优势，但对于生产规模化、技术集成化要求较高的洁净钢生产而言，安钢在在人员整体素质和软件建设方面和标准化的洁净钢生产管理方面，安钢还有一段路要走。表5为安钢和国内外先进指标的对比情况。

表5 安钢成品钢中有害杂质元素和国内外先进指标对比

4.3 调整方向

洁净钢平台建设是钢铁行业结构调整的重点工作，洁净钢生产是创效水平和创新能力的体现。安钢作为中原经济区内最大的钢铁企业，把握时机，将安钢的板、卷、线材洁净钢生产水平再上一个新的台阶。板材以高建Z向钢、石油管线、高强、厚规格探伤板及热处理板为主导，热轧卷板以能源开发、运输车辆、石油管线、家电电工、绿色环保等领域(高强 、耐蚀、低温)品种为主体;长材以机械制造、交通运输和汽车三大行业的高端钢材品种为目标;今后冷轧建成投产后，产品定位以汽车、铁路车辆和轻工家电三大用户的钢材需要(节能、降耗、轻重化)为方向，力争在2～3年内使洁净钢的指标达到国内领先水平。

5 结论

1)洁净钢是一个相对概念，与该钢种的用途和使用要求有关。但洁净度有量化标准，钢种的平均洁净度和最高洁净度水平代表了企业的生产管理水平和洁净钢平台的建设情况。

2)安钢目前的生产装备已达到国内先进水平，但工艺技术和人员素质还需要完善和提高，单项指标的优秀并不能代表洁净钢生产的实际水平。洁净钢生产是高效率、低成本、稳定连续综合水平的反映，洁净钢平台是企业创新创效能力的基础和保证。

3)洁净钢生产是全过程管理水平的综合体现。安钢在洁净钢生产上的总体水平还需要提高，力求每个工序做到完美，保证钢中总洁净度符合要求。下一步重点研究降低转炉终点氧含量技术，探索RH深脱C、N、S的技术，保证高洁净度钢种的规模化生产。

4)洁净钢平台是品种结构调整的需要，是产业升级的需要，也是参与国际化竞争的需要。

［1］ 殷瑞钰.洁净钢平台集成技术［J］.炼钢，2009，25(6):1－4，36.

［2］ 路俊萍.推进高效率、低成本洁净钢平台建设［N］.世界金属导报，2010－9－14(35).

［3］ 王新志，王三忠，宋素格，陈从虎.LF快速造白渣工艺分析［J］.炼钢，2010，26(3):26 －29，36.

［4］ 陈丛虎，王新志，厚健龙，郭永谦，高建舟.X70管线钢控氮工艺研究［J］.河南冶金，2009，17(3):18 －19，43.

［5］ 刘海强.低碳低硅铝镇静钢的夹杂物控制工艺计算与分析［J］.河南冶金，2010，18(3):24 －26.

［6］ 王三忠，王新志，刘海强，等.安钢厚度不小于25 mm钢板探伤检验不合格的原因分析［J］.钢铁研究学报(中文版)，2010(9):13 －17，62.

STUDYING THE PRODUCTION TECHNOLOGY OF CLEAN STEEL PROMOTING THE STRUCTURE ADJUSTMENT OF VARIETY STEEL

Wang Xinjiang Wang Sanzhong
(Anyang Iron and Steel Group Co.，Ltd)

This article describes the concept of clean steel and construction of clean steel production platform as well as the control level of clean steel under the present variety steel structure in Anyang Steel，compares the advanced technical indices at home and abroad，analyses the existing difference between technical indices and actual production.It also puts forward that the study on clean steel process should be intensified，structure adjustment promoted and large－scale production of clean steel speeded up.

clean steel variety steel structure technological research

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联系人:王新江，副总经理，博士，教授级高级工程师，河南.安阳(455004)，安阳钢铁集团有限责任公司;

2011—7—25