唐鋼SPHC工藝與質量控制

郭輝

（河北鋼鐵集團唐山鋼鐵股份有限公司長材部， 河北　唐山　063000）

生產實踐·應用技術

唐鋼SPHC工藝與質量控制

郭輝

（河北鋼鐵集團唐山鋼鐵股份有限公司長材部， 河北唐山063000）

基于文獻研究，結合唐鋼SPHC的生產實踐，分析低碳鋁鎮靜鋼SPHC的冶煉過程的成分控制、精煉過程的控制以及保護澆注的控制。分析表明：經過鋼包吹氬處理，鋼水中的夾雜物數量有所下降；優化吹氬工藝，可促進夾雜去除。

轉爐脫氧合金化脫硫鋼包吹氬

SPHC鋼屬于低碳、低硅、低硫、高鋁供冷軋用的鋼種。目標成分為：w（C）≤0.07%，w（Mn）=0.15%～0.30%，w（Si）≤0.05%，w（S）≤0.01%，w（P）≤0.02%，w（Als）≤0.020%～0.050%。SPHC鋼中的碳、硅、鋁是三個關鍵元素，為了提高深沖性能，要求鋼水中w（Al）≥0.02%，碳、硅是材料強化元素，SPHC成品鋼中要求w（C）≤0.05%、w（Si）≤0.05%，因此冶煉過程應嚴格避免增硅、增碳，減少鋼水二次氧化和夾雜的產生。

1　鐵水預處理

及時校對鐵水稱量系統，保證鐵水量準確。嚴格進站取樣測溫制度，做到原始數據準確無誤，以便精確計算給料量。優化噴吹工藝，調整給料速度、噴吹深度、噴吹時間等工藝參數，扒凈包內頂渣，避免回硫，提高終點硫命中率，為轉爐提供優質低硫鐵水，確保入爐鐵水w（S）≤0.015%。

具體操作：鐵水在預處理前先在扒渣機得以扒渣處理，隨后在預處理站通過噴槍加入總石灰量的1/3石灰，剩余的2/3的石灰被逐次加入，噴吹完成后，空吹2 min（即后攪，石灰總加入量約為1 kg/t鐵水）。加入的石灰形成了新渣，可提高該新渣層的硫容量，空吹后攪促進了鐵水運動，可提高傳質效率。

2　轉爐冶煉

根據物料平衡、熱平衡計算，合理組織鐵水、廢鋼裝入量；加強對轉爐冶煉成分、溫度的控制，確保成分、溫度合格；充分發揮復吹轉爐優勢，盡量降低終點鋼中的氧含量；采用復合脫氧劑，形成液態脫氧產物，有利于夾雜物的排除；采用定位擋渣技術，減少出鋼后期下渣。

2.1吹煉過程［N］含量的變化

轉爐C-O反應生成的CO氣泡，鋼液中的氮氣擴散進入CO氣泡，隨CO氣體上浮排出。在吹煉過程中，鋼液的脫氮速度與脫碳速度成正比。在吹煉前期和中期，碳氧反應激烈，脫碳及脫氮速度快。底吹N2不會使鋼液增氮，為使鋼液最終含氮量低，采用吹煉過程前中期底吹N2，后期切換為底吹Ar，切換時間為整個吹煉時間的70%。

2.2鋼水脫氧合金化

由于SPHC鋼為低硅鋼，在脫氧合金化過程中不使用含硅合金，生產中首先采用鋁錳鐵合金脫氧，該合金密度近似鋼液密度，易于溶解。出鋼前在包底加入一半的脫氧用鋁錳鐵合金，在出鋼過程中加入剩余部分，脫氧合金加入量為3.1～6.6 kg/t，之后用低碳錳鐵（FeMn84C0.4）配錳，一般加入0.48～2.17 kg/t，其化學成分見表1。轉爐終點定氧，出鋼時依據終點氧用鋁粒進行鋼包渣改質。

表1　低碳錳鐵FeMn84C0.4化學成分　%

2.3鋼包吹氬及效果

氬在鋼水中的溶解度幾乎為零，該惰性氣體不與鋼中的元素反應。向鋼包吹入氬氣后，鋼水中形成的氬氣泡與鋼中的氧、氮、氫相比屬真空條件，使氧、氮、氫向Ar泡擴散，并隨Ar泡的上浮排出。氬氣的上浮將帶動鋼水沸騰，Ar泡內CO的分壓為零，C與FeO進一步反應，改善了脫氧效果，如下頁表2所示。

表2　抽樣檢查爐次的［O］含量（質量分數）　×10-6

由表2可知鋼水平均氧含量（質量分數）：氬前為96×10-6，氬后為74×10-6，大約降低了23%。因此，鋼包吹氬能夠明顯降低鋼中的氧含量。氧含量是衡量夾雜物的指標，氧含量的減少代表夾雜物數量的下降。

吹氬去除夾雜物的原理為：夾雜物與上浮的氬氣泡碰撞吸附于氣泡壁，隨氣泡的上浮被去除。

生產中，鋼包吹氬的流量通常是以不吹出“裸眼”為上限。出鋼過程強吹氬，保證吹氬壓力≥0.6 MPa；出鋼完成后軟吹氬，將吹氬壓力控制在0.12 MPa以內，保證鋼液不裸露在空氣中，防止空氣使鋼液氧化及鋼液吸氮。將靜止吹氬時間定為10 min（包括鎮靜時間），為節約時間可設置吹氬操作在鋼包前進過程中進行。

3　LF精煉

根據鋼種的精煉要求，制造成分與流動性合適的精煉渣，在不同精煉階段，設定不同底吹氬氣強度，形成固定的底吹供氣模式，既要充分攪拌鋼水，改善精煉效果，又要避免因鋼水液面裸漏而致使鋼水吸氣增氮和二次氧化。

4　硅含量控制

SPHC鋼種要求w（S）＜0.03%，硅含量的控制是關鍵，結合生產實踐對幾種增硅原因進行分析。

4.1攪拌時間與增硅量關系

從圖1可以看出，硅在前期增加慢，在中期增加快，在后期變化緩慢。總體表明，攪拌時間長則增硅量大，但是不同爐次在相同攪拌時間里的增硅量卻不同，說明增硅量還與其他因素有關。

圖1　攪拌時間長短與增硅量的關系

4.2精煉初始硫含量與增硅量關系

100爐精煉鋼水（相同堿度）統計見表3和圖2。

表3　初始硫含量與增硅量的關系

圖2　初始硫含量與增硅量的關系

圖2統計表明：堿度相同時硫含量高，增加了攪拌時間，導致增硅多。

4.3下渣與增硅量關系

堿性渣中CaO與SiO2形成穩定的硅酸鈣，αSiO2小時，一般不增硅，隨著脫氧反應的進行，αFeO變小、αSiO2變大，硅就會被還原。因此下渣量大的爐次增硅量較多。

5　喂絲處理

喂絲的主要目的是最終調整鋼中的合金元素的含量，尤其是鋁的含量，同時對脫氧產物Al2O3進行變性處理。鋁線通過喂絲機插入鋼水到一定深度時，能有效去除鋼中的溶解氧。

鋁的收得率除了與鋼水中的碳含量、硅錳預脫氧情況以及鋼中的鋁含量有關外，也與喂絲速度有關，見圖3。

圖3　喂絲速度與合金元素收得率關系

根據鋼中［Al］s含量（質量分數）的不同，可將鈣處理分為輕鈣處理（w（Als）≤0.01%）和重鈣處理（w（Als）≥0.015%），SPHC屬于重鈣處理。鈣處理時CaO 與Al2O3最好能生成液態的12CaO·7Al2O3（C12A7），因其易在鋼水中上浮，不會在水口結瘤而堵塞水口。據統計，通過控制m［Ca］/m［Al］可得到以下三種情況，如下頁表4所示。

表4　鋼水鈣與鋁不同含量對鋼水流動性的影響

鈣處理后，Al2O3轉化成CaO·Al2O3的評價指標為m［Ca］/m［Al］＞0.14和m［Ca］/m［O］T=0.7～0.12。

合適的喂絲速度非常重要，要求不同材質絲線有不同的喂絲速度、溫度。若速度過高，則會使吐入鋼水的絲線還沒有完全熔化便穿出液面；若速度過低，則會使吐絲機不能穿透鋼水靜壓力，絲線在液面被燒損。為了提高元素收得率，認為喂鋁絲的深度以（0.6～0.75）H為宜，喂鈣線的深度以（0.65～0.75）H為宜，其中H為熔池深度，如表5所示。

表5　氧含量與鋁線加入量關系

脫硫率隨m［Ca］/m［S］的變化而上升。當m［Ca］/m［S］＞4時，脫硫率可達40%～50%，同時氧含量也明顯降低，而氮含量變化不大。

若鈣加入量不足，則析出物呈白色；若鈣加入量過多，則析出物呈黑色，主要成分為CaS。如果鋼中硫含量很少，鈣加入量過多，雖不會形成CaS，但會加快塞桿侵蝕。將鋼中w（Ca）控制在（15～30）×10-6，喂鈣量控制在0.036～0.072kg/t，則喂線量為0.12～0.24kg/t。

鈣處理后，要選擇合理的吹氬方式，避免鈣被大量燒損，保證澆鑄前有充分的鎮靜時間讓夾雜物上浮，一般為15～25 min。所喂入的鐵鈣包芯線成分如表6所示。

表6　鈣鐵包芯線化學成分　%

6　連鑄澆鑄

為防止澆鑄過程中鋼水二次氧化和控制吸氮，采用長水口加吹Ar密封保護澆鑄。鋼包至中間包鋼流使用長水口氬封保護，保證鋼包水口自開率，避免燒氧引流導致的敞開澆鑄。在中間包包蓋設置氬氣噴嘴噴吹氬氣保護，同時加入中間包覆蓋劑。中間包至結晶器鋼流使用浸入式水口氬封保護，控制結晶器液面穩定。

澆鑄過程促進夾雜物上浮措施：中間包設擋渣墻，改變鋼水在中包內的流場，促進鋼中夾雜物的上浮；采用專用保護渣，減少鋼水的二次氧化，提高保護渣吸附夾雜能力；采用結晶器液面控制技術，優化結晶器振動方式，實現拉速自動控制，避免鋼水卷渣；采用結晶器電磁攪拌技術，促進鋼中夾雜物上浮。

7　冶煉全程［N］的變化

在整個冶煉過程中，氮含量范圍及平均值如表7所示。

表7　SPHC各工序中的含氮量

SPHC試驗爐次各工序平均吸氮量：吹氬過程為2.54×10-6，LF處理過程為16.45×10-6，鈣處理過程為7.93×10-6，澆注過程為6.92×10-6。圖4為SPHC試驗爐次鋼液中w（N）隨工序的變化情況。

圖4　SPHC試驗爐次鋼液中［N］含量隨工序的變化

從圖4可看出：LF處理過程吸氮是鋼中氮含量升高的主要原因，經LF處理后，氮含量在24.50× 10-6～48.23×10-6間大幅度波動，導致后續工序中氮也大幅波動。LF處理過程吸氮不穩定，是由于對底吹氬人工控制得不好造成的，氬氣流量和壓力過大使鋼液大面積裸露，造成過程氮含量大幅度增高。

8　結論

1）出鋼過程中采用鋁錳鐵脫氧，隨鋼流向鋼包中加入頂渣改質劑。出鋼過程中強吹氬，吹氬壓力≥0.6 MPa；出鋼完成后軟吹氬，將吹氬壓力控制在0.12 MPa以內，保證鋼液不裸露在空氣中為宜，整個吹氬時間約為10 min。

2）在軟吹氬的同時進行喂絲處理，根據鋼水定氧量確定鋁線喂入量為0～0.37 kg/t，鈣鐵線喂入量為0.12～0.24kg/t。生產實踐中用喂絲機將鋁絲及鈣線分別以3.0～3.5m/s、1.5～2.0m/s的速度喂入鋼包中。

3）LF處理后，氮含量在24.50×10-6～48.23× 10-6間大幅度波動，需優化LF吹氬工藝。

（編輯：胡玉香）

SPHC Technology and Quality Control in Tangshan Steel and Iron Co.，Ltd.

GUO Hui
（Tangshan Steel and Iron Co.，Ltd.of Hebei Steel and Iron Group，Tangshan Hebei 063000）

Based on much literature summarization and the produce of the Tang Steel，this paper analyses the chemical composition of the low-carbon Al-killed steel SPHC，the control of the smelting process and the control of the protective casting to get qualified production.The result indicate:with the Ar blowing process，there is a decrease in the number of inclusions in molten steel，and optimizing Ar blowing process can promote the inclusion removal.

converter，deoxidization and alloying，desulphuration，Ar bubbling

TF703

A

1672-1152（2016）04-0073-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.04.25

生產實踐·應用技術

2016-05-19

郭輝（1983—），男，現就職于唐山鋼鐵股份長材部，從事煉鋼生產工作。