安钢超低碳 IIFF钢生产工艺实践

2014-11-02向华寿叶红厚健龙

冶金经济与管理 2014年4期

□向华寿叶红厚健龙

一、引言

IF钢以其优良的加工、成型性能广泛应用于汽车、家电制造、金属包装等领域。为了改善品种结构，随着2座RH真空精炼炉的建成投产，安钢开始探索超低碳钢种的生产冶炼工艺。

由于IF钢不仅要求极低的碳含量，而且对杂质元素如硫、氮等的含量也要求严格，同时对钢水洁净度要求很高，生产难度很大。经过调整工艺路线，改进生产工艺，以及加强原料的管理工作，目前，在产品质量得到用户认可的情况下，IF钢的碳、磷、硫、氮含量分别可以达到0.003%、0.01%、0.01%和0.003%以下，不更换浸入式水口连浇炉数达到5炉以上，具备了批量生产IF钢的能力。

二、存在问题

在安钢超低碳钢试验初期，采用了转炉-RH-CC单联工艺，但在实际生产中，采用单联精炼工艺路线存在一定的问题：一是为了保证RH到站温度，需要转炉终点温度太高（大于等于1700℃），对转炉操作和维护影响很大；二是转炉至RH过程温度控制困难，RH到站温度往往过低，需要进行吹氧升温，这严重影响了钢水的洁净度，由此导致在产品中出现了大量非金属夹杂物，严重影响了产品的等级；三是RH工序时间延长，影响了工序顺行。

三、IF钢生产工艺优化

1.精炼工艺路线调整

为了保证工序的稳定顺行以及钢水质量，采用了LF-RH精炼工艺路线。LF-RH的组合精炼方式，可以利用LF精炼在升温、去除夹杂物方面的强大功能，分解BOF终点控制以及RH在温度、脱碳、夹杂物、合金化以及节奏控制等方面存在的压力和矛盾，充分发挥各工序功能优势，突出工序控制目标及重点，有利于工序间的顺利承接。

2.主要工序控制

（1）铁水脱硫预处理控制

为了减轻转炉脱硫负担，在铁水预处理工序，除了要求脱硫铁水硫含量≤0.002%，扒净渣外，还对原料铁水温度提出了要求，根据实践表明，当铁水温度≥1300℃时，更容易扒净渣。

（2）转炉冶炼工序控制

在超低碳钢冶炼过程中，由于精炼工序不能进行脱硫处理，转炉终点硫含量基本上决定了成品硫的水平，因此必须减少转炉入炉的硫含量。为此，在转炉工序采用优质冶金石灰、低硫白云石等造渣料、低硫废钢、烧结矿等冷却剂，要求炉渣二元碱度≥3.5，同时增大渣量以提高转炉脱磷、脱硫率。通过这些措施使得转炉出钢硫含量从最初的0.01%～0.015%降至0.01%以内，平均达到0.0075%。另外，根据实践，考虑到脱碳、RH工序的稳定以及钢水纯净度，要求终点碳含量小于等于0.05%，氧含量500～600ppm。为了控制氮含量，复吹转炉除了全程吹氩外，规定出钢温度上≥1660℃，以减少LF送电时间，控制钢水的增氮量。

（3）LF及钢渣改质

LF工序主要作为转炉至RH精炼的一个缓冲，为RH提供温度适宜的钢水，通过LF精炼能够实现温度的精确调整。同时，通过添加适量改质剂和铝屑对钢渣进行改质，其钢渣改质情况如表1所示。可以看出，改质后，渣中氧化铁含量明显降低，这对RH处理结束后减少酸溶铝的损失和减少连铸三氧化二铝夹杂物结瘤的发生起到了积极的作用。据其他厂的经验，超低碳钢的钢渣氧化性最佳应控制在4%以下，甚至2%以下，目前钢渣改质效果不是很理想，还需要继续优化。

表1 钢渣改质后典型成分单位/%

另外，为了保证RH工序的稳定性，在钢水氧含量较高时，在LF工序可以适当调节钢水中氧含量，在碳含量≤0.05%时，氧含量基本上能够稳定控制在400～600ppm之间。

（4）RH真空精炼

RH工序的关键是真空脱碳、微合金化以及钢水纯净度控制。由于LF工序温度控制准确，RH不再需要吹氧喂铝升温，由此产生的夹杂物大为减少。同时，依靠转炉对碳含量的稳定控制、LF工序对氧含量进行适当调整，使得入站粗钢液中碳氧含量基本稳定，RH工序处理的压力大为减轻。为了获得极低的碳含量，当碳含量≤0.04%时采用真空脱碳模式；当碳含量＞0.04%时必须同时采用吹氧强化脱碳模式，即RH-OB模式。根据高真空度下碳氧积之间的关系，当真空度达到100Pa左右，氧活度为250ppm时，钢中碳可达到10pm以下。在RH处理过程中，为了降低钢水中的碳含量，不仅要求高真空度，还需要提高脱碳速率。而脱碳速率与反应界面面积、循环速度、钢水量等有直接关系。研究实践表明，采用大环流速度及强力的真空泵能明显提高脱碳的速度。

为此，安钢RH在采用常规脱碳时，一方面在钢水进站初期进行预抽真空，当浸渍管插入钢液达到规定位置后，开始逐级启动5级泵，在最短的时间内使全部真空泵投入运行，将真空度降至100Pa以下。另一方面，由于在脱碳前期，碳氧反应剧烈，易引起钢水喷溅，从而容易造成结渣、耐火材料损伤等问题，故对上升管氩气流量进行了限制，在脱碳前期用较小的流量60m3/h，在脱碳后期提升至100～120m3/h。在强化脱碳操作中，根据钢水中初始碳氧含量以及保证脱碳后氧含量≥250ppm进行吹氧量计算，并要求在钢水开始循环时吹入足量氧气。目前，一般要求RH纯脱气时间≥20min。为了尽可能去除脱氧三氧化二铝夹杂物，应保证RH净循环时间≥10min。

（5）连铸工序控制

在连铸工序主要采取了4个措施，一是控制从RH出站至钢包浇注开始间隔时间≥20min，从而保证钢水具有足够的镇静时间，促使夹杂物充分上浮，最大可能地提高钢水的洁净度；二是采用钢包长水口氩气密封、中间包浸入式水口氩封，来减少浇注过程吸气以及钢水的二次氧化；三是采用专用的超低碳中间包碱性覆盖剂和超低碳专用保护渣，充分吸附钢液中的三氧化二铝夹杂；四是采用透气上水口，促使夹杂物充分上浮，防止水口堵塞。目前，通过采取上述措施，在不更换浸入式水口的情况下，连浇炉数从最初的不到3炉，达到5炉以上。

四、控制效果

1.IF钢成分控制达到了较好水平

通过20余炉工艺试制，碳含量均控制在了40ppm以下，碳含量≤30ppm的炉次占到了95%，最小碳含量达到了12ppm；磷硫含量平均分别为0.008%和0.0075%，磷含量≤0.01%的炉次占总数的95%，硫含量均控制在0.010%以下，最小值达到了0.006%。可以看出，本流程生产的IF钢在碳、磷、硫等成分控制达到了较好的水平。其主要成分控制如图2。