冷轧基料冶炼工艺优化与实践

冷轧基料冶炼工艺优化与实践

吕圣会  王克忠  李海洋

（泰山钢铁集团有限公司，山东  莱芜 271100）

摘  要：通过优化冷轧基料冶炼工艺路线，实施钢包顶渣改质、改善炉后吹氩质量、控制钢中的[Al]s含量损失、连铸全程保护性浇注等措施，铸坯夹杂物控制水平、连铸连浇炉数及板坯质量得到了提高，实现了冷轧基料不走精炼，吨钢成本降低100元。

关键词：冷轧基料；工艺优化；成本降低；夹杂物控制

Optimization Practice of Smelting Process of Base Material for Cold Rolling

Lü Shenghui, WANG Kezhong, LI Haiyang

（Taishan Iron and Steel Group Co., Ltd., Laiwu 271100, China）

Abstract: By optimizing the base material for cold rolling smelting process, the implementation of the ladle slag modification and improvement of furnace after argon blowing quality, control of [ al ] s content in steel, continuous casting full protection casting and other measures, the inclusion control level continuous casting and casting heats and slab quality improved, the base material for cold rolling away refining, the cost per ton of steel reduced 100 Yuan.

Key words: base material for cold rolling; process optimization; cost reduction; inclusion control

1 前言

泰钢集团热轧部炼钢线有1套KR铁水预处理系统，2座60 t氧气顶底复吹转炉，1座60 t LF钢包精炼炉，2台两机两流直弧板坯连铸机等生产设备，目前可以完全满足生产冷轧基料的条件。针对冷轧基料化学成分要求范围窄，钢水纯净度控制要求高，加上受环保检查力度不断加大的影响，电极、钢包等耐材成本上涨等形势，炼钢线通过钢包顶渣改质，提高炉渣吸附夹杂物的能力，提高钢水纯净度；控制钢中的[Al]s含量损失，改善了钢水的流动性；提高炉后钢包吹氩质量，提高铝脱氧产物Al2O3去除率；实施中间包冶金技术，降低夹杂物产生的概率，通过实施的一系列措施，炼钢厂冷轧基料产品质量稳中有升，连浇炉数突破25炉，生产成本大幅度降低。

2 实施背景

国内较好的低碳含铝钢生产时通过RH或VOD真空精炼炉，产品成分[C]远远小于0.05%，[Si]小于0.03%，产品的塑性变形能力好。对于一般要求的冷轧料生产，更关注的是保证产品质量的前提下，缩短工艺流程，降低生产成本，这些方面在其他钢厂落实实施效果比较好。冷轧基料的生产工艺应用成熟，代表了目前国内钢铁冶炼技术的发展方向和技术水平。在未进行生产工艺优化改造前,泰钢集团低碳含铝钢SPHC采用精炼处理的方式，在精炼过程中钢水存在增碳、回硅等现象，成分[C]、[Si]不容易控制，无法满足[C]=0.03%～0.05%、[Si]≤0.020%的控制要求，且受成本控制的影响，产品市场竞争力不强。这就要求在不断节能降耗的同时，更加关注[C]、[Si]等成分的控制、钢带塑性和产品实物质量，不断进行冷轧料的生产工艺优化。

3 工艺优化实践

在满足产品质量要求下，冷轧基料的基本成分及内控成分见表1。其主要物理性能要求见表2。

表1 冷轧基料化学成分控制要求（质量分数）  %

表2 冷轧基料物理性能要求

为保证板带的塑性，铸坯表面不得有裂纹、气泡、夹杂等。为稳定下游热轧、冷轧工序轧制质量和提高产品终端客户的使用满意度，泰钢公司对冷轧基料SPHC的化学成分进行了严格控制，制定了内部控制标准（见表1）。

3.1 优化工艺路线

钢水通过精炼工序的处理，钢水成分及纯净度有了较大幅度的提升，产品质量也有很大改善，但是精炼成本也随之增加；为进一步降低成本及消耗，转炉出钢后，经过炉后钢包吹氩环节后直接吊至连铸浇注，生产工艺由“KR铁水预处理→转炉冶炼→LF炉精炼→连铸浇注”优化为“KR铁水预处理→转炉冶炼→钢包吹氩→连铸浇注”（见图1和图2）。铸坯的生产过程不再经过LF炉精炼，在精炼过程中出现的增碳、回硅等现象不再出现，钢带屈服强度、抗拉强度等不同程度的降低，为后续的热轧、冷轧创造了良好的原料条件。

3.2 控制入炉铁水［S］含量

为满足冷轧基料对［S］成分要求，需对冷轧料入炉铁水进行KR铁水预处理。搅拌头的插入深度位于铁水（1.1～1.3）m处，控制搅拌时间在（8～10）min，转速控制在（90～120）转/min。搅拌过程中，转速可根据包内的火花飞溅和亮度情况进行适当调节。前渣捞至铁水裸露面积≥1/3,无大渣块漂浮,后渣渣层厚度≤50mm。铁水预处理后，保证入炉铁水质量100%达标。铁水S含量达标率见表3

表3  铁水S含量达标率

3.3 控制转炉吹炼

转炉吹炼过程控制平稳，防止炉内温度剧烈变化；合理控制枪位及氧压，改善化渣质量，杜绝返干；提高一倒命中率，减少钢水过氧化；规范脱氧合金化，降低非金属夹杂物生产的概率。转炉终点拉碳一次到位，避免多次点吹增加钢水氧化性。优化后的枪位及氧气流量控制见表4

表4  优化后的枪位及氧气流量控制

终点目标要求：C 0.03%～0.04%，P≤0.018%。终点前2 min严禁加入冷料降温。正常周转钢包温降约为30 ℃，确定转炉出钢温度在1 660～1 670 ℃，可根据具体情况进行调整。

3.4 改善吹氩质量

氩搅拌是现代炼钢应用较为成熟的一种技术。其原理是利用特殊装置将惰性气体均匀分散地吹入钢液中形成微小的气泡，气泡上浮时依靠界面张力将夹杂颗粒吸附在表面，上浮至液面除去。钢水出钢后，对钢水进行吹氩处理，以达到均匀钢水成分、温度的目的。钢水在冶炼过程中氧化物和脱氧产物，通过出钢时钢流的冲击，部分夹杂物会聚集长大排至炉渣中，尤其对固态夹杂物（如Al2O3）的上浮作用更为显著。

（1）优化吹氩强度

出钢后钢水在传递过程中温度逐渐降低，气体搅动的作用变得尤为重要。随着顶渣混卷、二次氧化等不利因素作用的增强，夹杂物数量出现回升。图3为出钢包在强搅拌、液面翻动较大的操作条件下，大于10～20um氧化物夹杂数量变化图。

较平稳的弱搅拌吹氩抑制顶渣卷渣、二次氧化，氧化物的夹杂总量比处理前降低了，大于20um的夹杂物可以从钢水中去除。通过检测结果发现，只要对钢水进行适当的弱搅拌吹氩处理，有可能把夹杂物控制在20um内，根据现有的工艺条件，净化钢水宜采用分阶段的钢包低吹氩操作。图4为钢包软搅拌前后夹杂物大小的尺寸分布图。

（2）延长吹氩时间

夹杂物上浮需要一定的时间，尤其是在钢包吹氩过程中，夹杂物碰撞、积聚、长大，但是尺寸小的夹杂物，由于上浮速度慢，需延长吹氩时间后，夹杂物才能上浮到钢-渣界面。研究了吹氩时间对夹杂物去除率的研究，随着吹氩时间的增加，钢种总氧含量不断降低，在软吹氩12min后，钢水总氧含量变化不明显。从软吹氩过程中钢中夹杂物含量变化来看，钢包软吹氩时间应保持在12min以上。若依据夹杂物个数来评定吹氩时间，在15min的吹氩时间内，随着吹氩时间的增加，夹杂物的个数呈增加的趋势。当吹氩时间超过15min后，随着时间的增加，夹杂物的个数开始呈现下降趋势，表明随着吹氩时间的继续延长，钢中夹杂物基本上浮到钢-渣界面，吹氩时间不少于15min，夹杂物才能有效上浮去除。图5为不同吹氩时间时钢水总氧含量的变化情况。图6为吹氩过程中钢水中10um夹杂物含量的变化。

因此，根据以上文献研究与生产实际，钢包吹氩工艺执行：大气搅拌2 min（钢水裸露直径200～400 mm），然后再进行以弱搅拌为主的软吹，并适当延长软吹时间至≥13 min（总吹氩时间≥15 min，软吹时以不裸露钢水为宜），可以有效去除钢中的非金属夹杂物。

3.5 钢包顶渣改质

为降低钢包顶渣的氧化性，提高炉渣对夹杂物的吸附作用，对冷轧料进行了钢包顶渣改质。钢包顶渣的性能直接影响冶金效果，其中渣的流动性、吸附夹杂能力是评价顶渣改质剂性能优劣的几个主要方面。

试验阶段，对改质剂的选择经历了石灰→石灰、少量铝粒→脱硫剂、精炼剂→渣洗剂，加入方式由出钢后加入钢包优化为出钢时随合金一起加入；钢包顶渣改质随合金一起加入后，利用钢流的冲击与搅拌对钢水进行渣洗，提高炉渣对夹杂物的吸附效果，可提高钢水纯净度。部分顶渣改质后的成分见表5。

表5    顶渣改质后的炉渣成分/%

工艺试验成熟后，为更好的提高钢水的纯净度，耐材提供厂家根据炼钢厂的炉渣特性、成分及冶炼钢种的要求，配制了更符合低碳低硅钢渣的顶渣改质剂。渣洗剂的成分见表6。

表6渣洗剂化学成分/%

使用渣洗剂后，渣中的（FeO）、（SiO2）降低了，提高炉渣碱度，炉渣对夹杂物的吸附作用增强，钢水的洁净度得到很大程度的改善。炉渣成分分析见表7。

表7  炉渣成分/%

3.6  优化连铸工艺

连铸是去除夹杂物的最后一道关口。钢水行程是由钢包经长水口至中间包，然后经侵入式水口至结晶器的过程。在钢水的整个行程中，应该采取严格的控制措施防止钢水的吸气、二次氧化，并为夹杂物的最后去除创造条件。

中间包做准备时，必须保证中包机构与中包上水口氩气孔保持畅通；连铸过程，实施全程保护性浇注，尤其是3气（机械手氩封、塞棒氩气、中包机构氩封）控制适中，大包长水口周围裸露直径≯30 cm并以无钢花翻出、结晶器液面轻微冒泡为宜，全部实现黑渣操作；每炉安装纤维密封圈，机械手氩气控制适中，确保在浇注过程起到密封效果，更换长水口时间控制在3 min之内，每个浇次尽量减少长水口更换次数；侵入式水口使用时间控制在2～3 h，更换时要平稳放入、平稳取出。

通过采取“长水口+密封圈+吹氩”全程保护浇措施，浇注过程中［Al］s/T［Al］≥0.80～0.90的炉次达到了75%～85%，保护浇注控制较好。

3.7  控制夹杂物

由于冷轧料转炉终点碳含量较低、氧含量高，为降低吹损、减少夹杂物的控制负担，对转炉吹炼终点强化搅拌很重要，尽量减少一次脱氧夹杂物。夹杂物的控制要点为：确保一次脱氧完全，控制二次氧化污染；因为转炉一次脱氧产物量大、集中，易聚集、长大、上浮、去除，而二次氧化产物细小、弥散，不易聚集长大，而且上浮较慢，去除困难。

通过取样进行夹杂物控制水平分析，B类夹杂物～1.0级，D类夹杂物1.0～2.0级，Ds类夹杂物～0.5级。夹杂物检测情况见表8。

表8    夹杂物检测情况

4 结语

泰钢炼钢厂通过优化工艺路线、控制入炉铁水［S］含量、控制转炉吹炼、改善吹氩质量、钢包顶渣改质、优化连铸工艺等一系列工艺措施，冷轧基料冶炼工艺实践的炉次达到100%，产品的后续冷轧轧制质量保持稳定，夹杂物控制水平明显提高，夹杂物级别之和≤2.5级达标率完成80%以上；1个中间包浇次冷轧基料生产炉数控制在25炉以上，最多实现了29炉连浇。自进入2017年下半年，各原料厂家受严峻环保形势的影响，精炼电极价格持续上涨，此工艺优化降低成本效果更为显著，目前吨钢创效达到100元以上。

参考文献

[1] 王雅贞，张岩，张红文.氧气顶吹转炉炼钢工艺与设备［M］.2版.北京：冶金工业出版社，2001：226.

[2] 付鹏冲，李文双，朱林林，等.低氧含量GCr15轴承钢夹杂物控制［J］.山东冶金，2015（6）：23-25.

[3] 蔡开科.连铸坯质量控制［M］.北京：冶金工业出版社，2010.