新品鋼開(kāi)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(tuán)漢中鋼鐵有限責(zé)任公司煉鋼廠 陜西 漢中 724200)
摘 要：近年來(lái)，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(jí)步伐，以?xún)?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(shí)現(xiàn)了軋材的通條性，消除了鋼材在拉拔過(guò)程中的鼻尖狀斷裂的產(chǎn)生。本文通過(guò)對(duì)YL82B煉鋼生產(chǎn)實(shí)踐為例，探索潔凈鋼夾雜物控制方式，其中包括對(duì)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(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展使企業(yè)對(duì)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(biāo)潔凈度就成為了鋼鐵產(chǎn)品選擇的重要參考標(biāo)準(zhǔn)。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(tuán)漢鋼公司（以下稱(chēng)“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(kāi)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(shí)現(xiàn)常規(guī)化生產(chǎn)。本文對(duì)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(shí)踐，對(duì)現(xiàn)階段新品鋼冶煉工藝和夾雜物控制技術(shù)作了進(jìn)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(yīng)用過(guò)程中可以結(jié)合實(shí)際用途來(lái)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(guò)程應(yīng)包括但不限于精準(zhǔn)化轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)控制技術(shù)、高效率LF爐精煉工藝、全保護(hù)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(cè)與分類(lèi)、分級(jí)評(píng)價(jià)等，確保穩(wěn)定生產(chǎn)滿(mǎn)足客戶(hù)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(duì)于鋼鐵材料來(lái)說(shuō)，碳元素對(duì)鋼材的強(qiáng)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(dá)到較低水平，但是鋼中的氧元素含量和初始碳元素含量對(duì)最終的碳含量影響較大。第二種方法通過(guò)真空脫碳控制碳元素，但是由于后續(xù)加工步驟的影響，會(huì)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(guò)程應(yīng)提升碳元素控制能力，使用低碳類(lèi)添加物料來(lái)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(yù)處理、轉(zhuǎn)爐造渣高效脫磷和爐外精煉等方式。首先，鐵水預(yù)處理技術(shù)主要是在鐵水進(jìn)入煉鋼爐之前對(duì)鋼水進(jìn)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(lái)輔助脫磷。而轉(zhuǎn)爐吹煉脫磷技術(shù)主要是結(jié)合目標(biāo)鋼種的實(shí)際要求，使用雙渣法或單渣法實(shí)施造渣?，F(xiàn)階段，漢鋼公司轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程采用吹煉前期低槍位、大氧量實(shí)現(xiàn)快速升溫，溶劑、化渣劑以多批次少批量加入，促進(jìn)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(qiáng)度，以確保爐渣中氧化鐵的含量，避免反應(yīng)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(guò)高會(huì)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(méi)有鐵水預(yù)處理?xiàng)l件下，轉(zhuǎn)爐入爐鐵水S含量波動(dòng)較大，以YL82B生產(chǎn)期間為例，鐵水S含量最高達(dá)0.070%，導(dǎo)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(wù)較重。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，調(diào)整精煉過(guò)程渣料加入，調(diào)整前渣料配比：預(yù)熔精煉渣200kg/爐，石灰400-600kg/爐，電石80-130kg/爐；調(diào)整后，預(yù)熔渣0-120kg/爐，石灰300-520kg/爐，電石70-110kg/爐，促進(jìn)低堿度渣形成，改善精煉過(guò)程脫硫效果。統(tǒng)計(jì)渣料調(diào)整以來(lái)，各澆次精煉過(guò)程平均脫硫率63.40%-77.29%，各澆次精煉渣分析結(jié)果見(jiàn)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(guò)程及氧化反應(yīng)的作用，同時(shí)其他元素在去除過(guò)程也會(huì)產(chǎn)生一定的氧。比如，脫硅、脫碳過(guò)程以大量氧氣吹入而提升處理效率，但鋼中氧元素會(huì)出現(xiàn)過(guò)剩。漢鋼在新品鋼生產(chǎn)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，采用微鋁系預(yù)溶渣替代硅系精煉渣，降低精煉渣堿度和熔點(diǎn)，提升精煉渣的流動(dòng)性和泡沫化，增強(qiáng)渣系對(duì)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(yīng)力時(shí)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(qiáng)度減少鋼水吸氮，同時(shí)，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(guò)程以氬封水口、浸入式水口、結(jié)晶器保護(hù)渣、中包覆蓋劑等措施實(shí)施全過(guò)程保護(hù)，確保鋼水精煉過(guò)程至澆注、冷凝過(guò)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(qiáng)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(zhǎng)度增加，粘稠區(qū)加寬。單一部位攪拌時(shí)，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(wèn)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(kuò)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(jiàn)下表2，使偏析指數(shù)達(dá)到1.08級(jí)。
4.2 接近液相線溫度的低過(guò)熱度澆鑄技術(shù)
鋼液的澆鑄溫度對(duì)等軸晶的形核和長(zhǎng)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(guò)熱度區(qū)會(huì)形成大量等軸晶的晶核,等軸晶的長(zhǎng)大可進(jìn)一步阻止柱狀晶的發(fā)展。因此, 低過(guò)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(guò)熱度澆鑄技術(shù)
5 結(jié)束語(yǔ)
綜上，隨著現(xiàn)代社會(huì)對(duì)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(jìn)一步提升鋼鐵材料的附加值。現(xiàn)階段，漢鋼公司通過(guò)對(duì)新品鋼煉鋼工藝的進(jìn)一步優(yōu)化完善，穩(wěn)步提升LF精煉生產(chǎn)工藝，修訂細(xì)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(kāi)展精煉渣系調(diào)整，改善精煉過(guò)程脫氧脫硫、去夾雜的效果，確保產(chǎn)品質(zhì)量完全滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求，進(jìn)一步拓寬了新品鋼開(kāi)發(fā)的品種，為漢鋼公司實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品提檔升級(jí)、轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展奠定可靠的基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)
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[2] 楊森祥. 含釩鐵水潔凈鋼冶煉技術(shù)研究[C]// 2018年轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)交流會(huì)會(huì)議論文集(摘要). 2018.00(12).109-110.
