李冰,李泊,朱國強,齊志宇,何文英,孫振宇,高立超
(鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠,遼寧 鞍山 114021 )
摘要:針對鞍鋼 260 t 轉爐鋼包頂渣氧化性強的問題,優化了渣系、轉爐出鋼擋渣工藝、小粒白灰與改質劑的加入量及鋼包底吹氬攪拌工藝。 采取措施后,鋼包頂渣 FeO 含量由 12.52%降至 9.54% ,中間包 T. [ O ]含量由 0.002 875% 降至 0.002 237% ,提高了鋼水的潔凈度。
關鍵詞:轉爐; IF 鋼;鋼包頂渣;改質
IF 鋼由于具有良好的深沖性能, 被廣泛應用于汽車中的復雜沖壓件、外覆蓋板以及作為高成形鍍鋅鋼板的基板。 為了保證 IF 鋼的優良性能,轉爐出鋼必須嚴格控制帶渣量,保持良好的、吸附夾雜能力強的渣系。 因為鋼包頂渣的氧化性直接影響到 RH 處理結束后頂渣氧的擴散能力。如果渣中氧擴散至鋼水中,會直接影響鋼水的潔凈度。 RH 中爐渣的氧化程度越高,真空脫碳后,鋼水的氧活度就越高,導致冷軋薄板的表面缺陷就越多[1-2]。自上世紀 90 年代,鞍鋼開始進行各類IF 鋼生產工藝的理論探索和生產實踐,經過多年的努力,目前已經掌握了各種級別 IF 鋼的生產技術, IF 鋼已經成為鞍鋼生產的主要品種之一[3]。鞍鋼在 IF 鋼頂渣改質過程中改質效果存在波動,頂渣氧化性較強。 為此,進行了 260 t 轉爐 IF 鋼頂渣改質工藝的研究。
1 IF 鋼頂渣氧化性強的原因及后果
IF 鋼一般要求成品碳 ≤0.006 0% , 僅依靠轉爐吹煉無法實現, 需要利用 RH 等真空精煉裝置深脫碳,這就要求轉爐必須低碳、高溫、沸騰出鋼,從而保證鋼水中較低的碳含量、 足夠的溫度和氧含量, 造成轉爐冶煉終點爐渣和鋼水的氧化性均較強。 統計 158 爐轉爐吹煉結束后的爐渣成分及堿度,見表 1 所示。從表 1 看出,渣中 FeO 含量較高,爐渣堿度為 2.5~3.5。轉爐出鋼過程帶渣,高氧化性爐渣進入鋼包造成鋼包頂渣氧化性較強。 另外,為滿足 RH 脫碳需要,需保證鋼包內鋼水氧含量在 0.04% 以上,如此高的鋼水氧含量,使得鋼水中的氧向渣中傳遞,致使鋼包頂渣氧化性增強。
鋼包頂渣的氧化性直接影響中間包鋼水的全氧含量, 惡化鋼包頂渣乃至中間包渣溶解吸收夾雜物的能力,增加鋼水中的夾雜物,從而影響鋼水的潔凈度,最終影響 IF 鋼冷軋卷板的質量。
2 原鋼包頂渣改質工藝的不足
原 260 t 轉爐 IF 鋼鋼包頂渣改質方式為出鋼1/4~1/3 時加入小粒白灰 800 kg 進行稀釋調渣,降低渣中 FeO 和 MnO 含量,增強爐渣堿度。 出鋼結束后, 在鋼包頂渣表面加入鋁質改質劑脫除渣中氧,改質劑成分見表 2 ,改質劑反應原理如下[4]:
[O]+[ Fe ]=(FeO) ( 1 )
2Al+3( FeO )=(Al 2 O 3)+3[ Fe ] ( 2 )
2Al+3( MnO )=(Al 2 O 3)+3[ Mn ] ( 3 )
由上述式中看出, 改質劑會進一步降低渣中FeO 和 MnO 含量。
轉爐頂渣改質后, 渣中 FeO 含量可降低至7% 以下。 但由于鋼水含有較高的氧含量,依據分配定律,鋼水中的氧將向渣中傳遞,從而導致渣中氧化性再一次增加, 這是原轉爐頂渣改質效果不良的主要原因。 鋼包頂渣改質劑加入至鋼包表面后,易與未完全熔化的小粒白灰混合,需要通過吹氬輔助熔化,如果氬氣量吹入過大,改質劑直接與鋼水中的氧進行反應, 達不到良好的鋼渣改質效果;吹入氬氣量不足或不吹氬氣,小粒白灰不易全部熔化,改質劑熔化不充分,延展性不良,實際操作過程中不易控制, 這是原頂渣改質效果不良的另一個重要原因。
3 頂渣改質措施
3.1 優化頂渣渣系
渣的氧化性主要與渣中 FeO 、 MnO 的含量有關,因此,將改質后爐渣的主要成分選定在 CaO-Al2 O3 -SiO2 -MgO 相圖中 12CaO·7Al2O3的生成區域,因為此區域 Al2O3的含量為 30%~40%,堿度為5~8 ,吸收 Al2O3的能力較強[5]。圖 1 為 CaO-Al2 O3 -SiO2 -MgO部分相圖,圖中陰影處為12CaO ·7Al2O3 ,實線三角型交叉區域為原渣系成分。優化渣系時,提高了渣中CaO和Al2O3 的含量,將渣系成分向圖 2 中虛線三角形內靠攏, 即更加接近12CaO·7Al2O3 區域。 同時,需要控制 CaO 在飽和區,將 CaO/Al2O3控制在 1.8~2.0 。
3.2 控制 IF 鋼出鋼帶渣量
轉爐出鋼帶渣量對 IF 鋼改質產生影響,出鋼前、后擋渣是減少出鋼帶渣量的有效手段。 對前、后擋渣工藝進行了優化,前擋渣使用軟質擋渣塞,加入出鋼口內使其燒結, 減少出鋼初期進入鋼包的爐渣。 優化后擋渣工藝中擋渣標的密度、動態調整擋渣標加入時的壓入位置, 減少出鋼末期的帶渣量。
3.3 優化 IF 鋼頂渣改質劑加入量
優化小粒白灰及出鋼結束后改質劑加入的數量。 出鋼過程小粒白灰加入量控制為 500~1 000 kg ,根據鋼水終點綜合氧值控制改質劑的加入量為 250~400 kg 。 對于后擋渣不成功的罐次補加改質劑 50 kg 。
3.4 優化 IF 鋼頂渣改質吹氬工藝
優化氬氣吹入模式及氬氣量, 由原來的單透氣磚吹氬氣改為雙透氣磚吹氬氣, 氬氣量由原來的強攪拌吹氬氣改為弱攪拌吹氬氣。
4 效果
4.1 鋼水潔凈度提高
頂渣渣系及改質劑加入量優化前后的終渣成分對比見表 3 。 由表 3 可見,優化后,渣中 FeO 含量由 12.52% 降至 9.54% , MnO 含量由 2.01% 降至1.65% , 渣中氧化性降低。 CaO/Al2O3由 2.15 降至1.81 ,吸附夾雜的能力增強。 中間包 T.[O]含量由0.002 875% 降至 0.002 237% ,鋼水潔凈度得到了提高。
4.2 下渣量減少
擋渣工藝優化后, 減少了出鋼初期進入鋼包內部的爐渣,并減少了出鋼末期的帶渣量。 擋渣工藝優化前后擋渣效果的對比見表 4 所示。 由表 4看出,出鋼見鋼流角度由 62° 提高至 73° ,爐渣平均厚度由 88 mm 降低至 77 mm 。
4.3 熔渣融化充分
吹氬工藝優化前后熔渣熔化效果的對比見圖 2 。由圖 2 可見,吹氬工藝優化后,鋼水表面熔渣改質劑及小粒白灰充分熔化。
5 結語
IF 鋼轉爐出鋼所帶爐渣及吹煉終點鋼水的氧化性較強導致了 IF 鋼鋼包頂渣氧化性較強。 鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠優化了頂渣渣系、 轉爐出鋼擋渣工藝、改質劑加入量,還優化了鋼包內吹氬模式及吹氣量。 采取措施后,轉爐出鋼初期和末期的下渣量減少,鋼包內爐渣的氧化性降低,渣中FeO含量由12.52%降至 9.54% ,中間包鋼水T.[O]由 0.002 875% 降至 0.002 237% ,提高了鋼水的潔凈度。