含硫鋼S355J2G3生產實踐與研究

司瑞強

摘 要：針對傳統(tǒng)含硫鋼冶煉工藝存在的問題，通過研究轉爐出鋼復合脫氧劑加精煉促進劑合成渣洗技術、硫合金化工藝的研究與開發(fā)、無鈣處理技術，形成一套成熟的含硫鋼冶煉控制新技術，提高鋼水潔凈度，獲得鋼水良好的可澆性。實現(xiàn)含硫鋼的批量穩(wěn)定生產，產品質量穩(wěn)定，滿足高端客戶的需求。

關鍵詞：含硫鋼;工藝技術優(yōu)化;鋼水可澆性;

含硫易切削鋼的市場需求日益旺盛，產品附加值高，市場前景廣闊。但是高標準的含硫鋼對鋼水的潔凈度、氣體體積分數(shù)、夾雜物級別等都提出了嚴格的要求。含硫鋼鋼水可澆性差、成品硫不易控制、產品質量穩(wěn)定性差是困擾含硫鋼生產的難題。

1 生產線主要概況

工藝裝備：煉鋼廠現(xiàn)有1座120t 的提釩轉爐、1座單工位 KR 爐，3座70t 的煉鋼轉爐、4座70t 的LF 鋼包精煉爐1座的雙工位 VD 真空精煉爐、

1座的三工位 VD 真空精煉爐、1臺 R 為14m 的五機五流圓坯連鑄機、1臺R 為10m 的五機五流方坯連鑄機。

2生產實踐

2.1???? 承德建龍生產含硫鋼S355J2G3化學成分見表

1S355J2G3的標準化學成分要求

2.2???? 工藝流程

轉爐生產 S355J2G3按照10-13爐進行生產組織，生產工藝為鐵水→ 半鋼水→BOF→LF→VD→CC。

2.3???? 轉爐

轉爐平均容量70t，爐料為90%半鋼水 +10%廢鋼。鋼包烘烤溫度≥700℃ ，出鋼溫度1620～1640℃，采用滑板擋渣出鋼，殘余元素控制達到技術標準要求。在轉爐出鋼過程中，烘烤的合金、隨鋼流加入復合預熔合成渣、石灰、脫氧劑，利用出鋼過程中高溫鋼水強大的沖擊攪拌動能形成高堿度、低熔點小液滴，對鋼水進行“渣洗”，實現(xiàn)鋼水的預脫氧效果，利用“渣洗”過程中液態(tài)高堿度渣與鋼水的比重差，液態(tài)渣小液滴不斷從鋼水內部上浮析出，在上浮過程中，能夠捕捉彌散在鋼中細小的高熔點夾雜物，上浮到鋼液表面并穩(wěn)定存在，提高對鋼水的“過濾”效果【1】。

2.4???? LF （VD）精煉

精煉第一次電極采用鋁粒 + 碳化硅混合脫氧，第一次電極后溫度≥1550℃，根據(jù)鋼中 Al 含量，喂入鋁線進行沉淀脫氧，禁止精煉中后期使用鋁脫氧，第二次電極后，分批加入脫氧劑碳化硅進行渣面持續(xù)脫氧，確保渣色變白、流動性良好。精煉爐渣主要成分見表2。此渣系通過提高渣中Al2O3含量至35%-40%，降低渣中 SiO2含量<7%，降低渣中 CaO 活度，穩(wěn)定渣中MgO 含量在5%左右，減少爐渣對鋼包的侵蝕，降低鋼中 MgO 含量，最終得到爐渣熔點在1400-1500℃之間，流動性好的爐渣，提高精煉過程爐渣吸附夾雜物的能力，提高鋼水的純凈度，精煉離站溫度控制在1630～1650℃，最終保證精煉離站 S 含量≤0.008%。

精煉過程脫氧生成的 Al2O3在鋼液中以50微米作用的固相顆粒狀存在，熔點在2050℃，盡管固相 Al2O3的表面張力并與鋼液的潤濕性差，相對于 SiO2等脫氧產物容易上浮，由于脫氧反應生成的 Al2O3固相顆粒很小，固相顆粒相互之間潤濕性很差，夾雜物不易絮凝長大，故上浮速度仍然很慢。Al2O3夾雜對鋼的質量危害極大，此渣系的主要成分為CaO+Al2O3，均系氧化物溶體，而夾雜大都也是氧化物，所以被渣吸附的夾雜，特別是 Al2O3夾雜更比較容易溶解于渣滴中，這種溶化過程稱為同化，因此在一定范圍內提高渣中 Al2O3含量，更有利于爐渣對夾雜物的吸附效果，更好的減少鋼中夾雜物。

鋼水成分達到要求，硫含量穩(wěn)定后，將鋼水溫度升至1625～1645℃進入 VD 真空脫氣處理，在 VD 真空66.7Pa 以下保壓時間≥15min，Ar 流量控制在260～300L/m in，有效去除鋼中氧、氮、氫含量。VD 上鋼前10min，使用硫磺包芯線，將鋼種硫含量調整至內控0.023-0.027%，真空完畢后總弱攪拌時間≥20min。以利于夾雜物變性、上浮，凈化鋼水。

采用全程分階段 吹氬精煉工 藝 ，具體操作步驟為控制前期氬氣 壓力0.3-0.4MPa，其目的是促進化渣 ;控制中期氬氣壓力0.4-0.5MPa 可促進脫硫去夾雜 ;控制后期氬氣壓力0.2-0.3MPa 可促進小型夾雜物上 浮; 這樣既能有效控制鋼液不裸露 、防止其二次氧化，又能促使夾雜物進行均勻變性，對提高鋼液純凈度有顯著效果【2】。

硫化物 Ca 處理熱力學，當[Al%]一定時，[Ca%]在鋁酸鈣曲線之上時，隨[Ca%]降低，將生成不同的鋁酸鈣夾雜物。當[S%]一定時，[Ca%]在 CaS 曲線之上時，將生成 CaS。 當 T=1518oC、[Al%]=0.015、[Ca%]=10.9PPm 時，隨著[Ca]的消耗，將由上自下 CaO？3Al2O3-12CaO？7Al2O3CaO？Al2O3-CaO？2Al2O3-CaO？6Al2O3-Al2O3的順序生成不同的夾雜物。此時，如果[S%]≤0.0088就不會生成 CaS，否則就有 CaS 生成，直至[Ca%]消耗降低到小于與 [S%]相平衡的[Ca%]后才不會生成 CaS。CaO？3Al2O3、12CaO？7Al2O3為液態(tài)夾雜物，其它都是固態(tài)夾雜物。

含硫鋼在中間包內，當[Ca]含量大于一定值時，就會生成 CaS 而導致引起水口堵塞，所以鋁脫氧含硫鋼想通過 Ca 處理改變硫化物形態(tài)，在連鑄工藝上不容易實現(xiàn)的。對含硫鋼鈣處理主要還是對氧化物進行變性處理，而要使[S]也通過鈣處理來變性工藝上難以實現(xiàn)。 由于連鑄時間遠比模鑄長，水口直徑也比模鑄小的多，所以對硫化物的 Ca 處理在連鑄上難以實現(xiàn)，而在模鑄上通常可以實現(xiàn)。所以我廠針對硫含量在0.020%-0.030%的含硫鋁鎮(zhèn)靜鋼，采用不鈣處理的方法。

2.5???? 連鑄工藝

五機五流圓坯連鑄機，鑄坯尺寸為（mm）600。連鑄采用低過熱度、弱冷、全程 Ar 氣保護澆鑄技術 。中間包采用鎂質干式料并預熱烘烤，中間包鋼水采用雙層覆蓋渣，中間包采用整體式水口澆鑄。中間包過熱度控制在25～35℃，拉速控制在0.21～0.23m/m in，二冷比水量控制在0.07L/kg，結晶器電磁攪拌 + 凝固末端電磁攪拌改善鑄坯質量。含硫鋼鋼液粘度大，流動性差為保證其可澆性必須提高澆注溫度，但為保證鋼坯表面及鑄坯內部缺陷及減少硫化物的偏析，一般采取低溫快鑄，控制好過熱度和拉速之間的關系。在保證不卷渣和澆注順行的條件下過熱度越低越好。含硫鋼是裂紋敏感性較高的鋼種。為了防止鑄坯表面裂紋和減少硫化物偏析，必須采用弱冷制度。

2.6???? 夾雜物檢驗結果

通過跟蹤生產后的夾雜物檢驗結果來看，夾雜物級別控制較好，全部滿足技術標準要求。

3結論

（1） 通過對含硫鋼渣系的研究與實踐，優(yōu)化了渣料配比，獲得了熔點較低的精煉爐渣，提高了爐渣對夾雜物的吸附效果，降低了鋼中的夾雜物，提高了鋼水的純凈度。

（2） 低碳控硫鋼采用合理的渣系，可不采用鈣處理變性夾雜物，也可以獲得可澆性較好的鋼水。

參考文獻：

[1]勾新勇，孫永喜，于 輝.含硫鋼冶煉工藝的研究與應用[J]. 中國冶金，2016，8（26） ：61-63.

[2]趙冠夫 .含鋁含硫鋼水可澆性控制 研究[N]. 世界金屬導報 ，2018，8，14（B03）.