新品鋼開發(fā)中夾雜物控制技術(shù)研究與工藝探索
曹振民，楊魁
(陜鋼集團漢中鋼鐵有限責任公司煉鋼廠 陜西 漢中 724200)
摘 要：近年來，陜鋼漢鋼公司依靠技術(shù)創(chuàng)新和工藝提升加快產(chǎn)品升級步伐，以優(yōu)化連鑄工藝參數(shù)，有效地控制碳偏析，提升了鋼坯成分的均勻性，實現(xiàn)了軋材的通條性，消除了鋼材在拉拔過程中的鼻尖狀斷裂的產(chǎn)生。本文通過對YL82B煉鋼生產(chǎn)實踐為例，探索潔凈鋼夾雜物控制方式，其中包括對碳、磷、硫、氫、氧、氮等元素的控制技術(shù)。
關(guān)鍵詞：新品鋼；夾雜物控制；潔凈鋼；技術(shù)研究
1 前言
國民經(jīng)濟的快速發(fā)展使企業(yè)對金屬新材料和鋼結(jié)構(gòu)的需求量不斷提升，作為鋼鐵材料的首要指標潔凈度就成為了鋼鐵產(chǎn)品選擇的重要參考標準。鋼鐵材料的潔凈程度與一些非金屬P、S、Si、O、N、H元素含量及各元素化合物有關(guān)。陜鋼集團漢鋼公司（以下稱“漢鋼”）在生產(chǎn)中不斷優(yōu)化工藝、持續(xù)提升鋼坯及鋼材的質(zhì)量，先后成功開發(fā)出彈簧用硬線鋼、鋼絲鋼絞線用YL82B鋼、焊絲鋼ER70S-6、MG335、MG500等新品鋼，已經(jīng)實現(xiàn)常規(guī)化生產(chǎn)。本文對比同規(guī)模鋼鐵企業(yè)設(shè)備、冶煉工藝條件，結(jié)合漢鋼煉鋼生產(chǎn)實踐，對現(xiàn)階段新品鋼冶煉工藝和夾雜物控制技術(shù)作了進一步分析、探討。
2 鋼中夾雜物控制技術(shù)概況
新品鋼夾雜物控制的目的主要是提升鋼的潔凈度，在不同領(lǐng)域應用過程中可以結(jié)合實際用途來控制鋼材料的潔凈度。潔凈鋼需要有效控制鋼種夾雜物的含量、大小、分布以及氣體含量，從而生產(chǎn)出高質(zhì)量的鋼鐵產(chǎn)品。為此，在控制鋼中夾雜物過程應包括但不限于精準化轉(zhuǎn)爐冶煉終點控制技術(shù)、高效率LF爐精煉工藝、全保護澆注連鑄工藝、氧化物冶金技術(shù)、鋼包夾雜物上浮去除技術(shù)、中間包冶金技術(shù)、夾雜物檢測與分類、分級評價等，確保穩(wěn)定生產(chǎn)滿足客戶需求的鋼坯和鋼材產(chǎn)品。
3 新品鋼潔凈化控制技術(shù)探索
3.1 碳控制技術(shù)
對于鋼鐵材料來說，碳元素對鋼材的強度和韌性影響明顯，目前碳元素去除方式主要有兩種，首先是真空去除方式和控制初煉鋼水方式。一般情況下第一種方式可以迅速降低碳元素含量，使其達到較低水平，但是鋼中的氧元素含量和初始碳元素含量對最終的碳含量影響較大。第二種方法通過真空脫碳控制碳元素，但是由于后續(xù)加工步驟的影響，會使其他元素材料與鋼水接觸產(chǎn)生碳元素。因此，在鋼材后續(xù)加工步驟過程應提升碳元素控制能力，使用低碳類添加物料來控制碳元素。
3.2 磷控制技術(shù)
在鋼鐵材料中的磷元素屬于有害元素，通常在其它生產(chǎn)工序中采用不同方式降低磷元素含量，主要有鐵水脫磷預處理、轉(zhuǎn)爐造渣高效脫磷和爐外精煉等方式。首先，鐵水預處理技術(shù)主要是在鐵水進入煉鋼爐之前對鋼水進行脫磷處理，可使用一定的添加劑提升脫磷效率，采用活性石灰來輔助脫磷。而轉(zhuǎn)爐吹煉脫磷技術(shù)主要是結(jié)合目標鋼種的實際要求，使用雙渣法或單渣法實施造渣。現(xiàn)階段，漢鋼公司轉(zhuǎn)爐煉鋼過程采用吹煉前期低槍位、大氧量實現(xiàn)快速升溫，溶劑、化渣劑以多批次少批量加入，促進快速成渣，提高吹煉前期的脫磷效率，吹煉中后期采用較低的供氧強度，以確保爐渣中氧化鐵的含量，避免反應劇烈出現(xiàn)“返干”，降低渣—鋼回磷。
3.3 硫控制技術(shù)
鋼中硫元素作為鋼鐵材料的有害元素之一，含量過高會使鋼材產(chǎn)生“熱脆”，降低鋼材使用壽命。目前，漢鋼公司煉鋼工藝在沒有鐵水預處理條件下，轉(zhuǎn)爐入爐鐵水S含量波動較大，以YL82B生產(chǎn)期間為例，鐵水S含量最高達0.070%，導致轉(zhuǎn)爐鋼水S含量0.030-0.040%，要使精煉成品鋼水S控制在0.010%以下，LF精煉脫硫任務較重。結(jié)合生產(chǎn)實際，調(diào)整精煉過程渣料加入，調(diào)整前渣料配比：預熔精煉渣200kg/爐，石灰400-600kg/爐，電石80-130kg/爐；調(diào)整后，預熔渣0-120kg/爐，石灰300-520kg/爐，電石70-110kg/爐，促進低堿度渣形成，改善精煉過程脫硫效果。統(tǒng)計渣料調(diào)整以來，各澆次精煉過程平均脫硫率63.40%-77.29%，各澆次精煉渣分析結(jié)果見表1。
3.4 氧控制技術(shù)
鋼中氧元素的產(chǎn)生主要是在鋼水冶煉的過程及氧化反應的作用，同時其他元素在去除過程也會產(chǎn)生一定的氧。比如，脫硅、脫碳過程以大量氧氣吹入而提升處理效率，但鋼中氧元素會出現(xiàn)過剩。漢鋼在新品鋼生產(chǎn)開發(fā)過程中，采用微鋁系預溶渣替代硅系精煉渣，降低精煉渣堿度和熔點，提升精煉渣的流動性和泡沫化，增強渣系對夾雜物的吸附能力，從而提升鋼水夾雜物脫除水平和間接脫氧能力。3.4 氧控制技術(shù)
3.5 氮控制技術(shù)
在絕大多數(shù)情況下，鋼中氮元素因分布在鋼鐵材料中產(chǎn)生一定的應力時效而降低其成型效果。漢鋼公司目前鋼水控氮采用合理的吹氬工藝、高效透氣磚，穩(wěn)定底吹氬氣壓力及分階段流量，合適的攪拌強度減少鋼水吸氮，同時，精煉結(jié)束后鋼包內(nèi)加入一定量的覆蓋劑，避免鋼水裸露，鋼水澆注過程以氬封水口、浸入式水口、結(jié)晶器保護渣、中包覆蓋劑等措施實施全過程保護，確保鋼水精煉過程至澆注、冷凝過程減少增氮和二次氧化。
4 鋼坯連鑄工藝和質(zhì)量提升
4.1強化冷卻和優(yōu)化末端電磁攪拌技術(shù)
目前漢鋼公司采用電磁攪拌技術(shù)已經(jīng)比較普遍，因高碳鋼液相與固相間溫度區(qū)間較大，凝固間隙長度增加，粘稠區(qū)加寬。單一部位攪拌時，改善鑄坯中心偏析的效果都是有限的。為解決高碳鋼的偏析問題，采用結(jié)晶器電磁攪拌和凝固末端電磁攪拌兩者組合攪拌，鑄坯中心等軸晶區(qū)擴大，偏析元素被分散到等軸晶之間，中心偏析明顯改善。以生產(chǎn)YL82B鋼為例，各階段連鑄相關(guān)工藝參數(shù)控制和偏析指數(shù)調(diào)整見下表2，使偏析指數(shù)達到1.08級。
4.2 接近液相線溫度的低過熱度澆鑄技術(shù)
鋼液的澆鑄溫度對等軸晶的形核和長大起著至關(guān)重要的作用 ,根據(jù)“自由晶”理論,在接近液相線溫度的低過熱度區(qū)會形成大量等軸晶的晶核,等軸晶的長大可進一步阻止柱狀晶的發(fā)展。因此, 低過熱度澆鑄能大大提高鑄坯的等軸晶率。4.2 接近液相線溫度的低過熱度澆鑄技術(shù)
5 結(jié)束語
綜上，隨著現(xiàn)代社會對高潔凈度的鋼鐵材料的需求增加，潔凈鋼冶煉技術(shù)有助于進一步提升鋼鐵材料的附加值。現(xiàn)階段，漢鋼公司通過對新品鋼煉鋼工藝的進一步優(yōu)化完善，穩(wěn)步提升LF精煉生產(chǎn)工藝，修訂細化精煉生產(chǎn)技術(shù)方案，完善各鋼種精煉造渣、埋弧及鋼水成分調(diào)整工藝措施；開展精煉渣系調(diào)整，改善精煉過程脫氧脫硫、去夾雜的效果，確保產(chǎn)品質(zhì)量完全滿足標準要求，進一步拓寬了新品鋼開發(fā)的品種，為漢鋼公司實現(xiàn)產(chǎn)品提檔升級、轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展奠定可靠的基礎(chǔ)。
參考文獻
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