吹氬站精煉含鋁鋼的生產實踐

發布日期：2013-10-13 來源：重慶鋼鐵股份有限公司作者：張杰新，劉曉峰瀏覽次數：450

核心提示：介紹了重慶鋼鐵股份有限公司老區通過對脫氧工藝的優化，并采用鈣處理工藝，解決了脫氧產物 Al2O3對鋼水質量的影響及澆鑄過程的可澆性問題，實現了“轉爐→吹氬站→連鑄”工藝路線穩定生產含鋁鋼。緩解了用 LF 生產品種鋼的壓力，在保證質量的前提下降低了生產成本。

張杰新，劉曉峰

( 重慶鋼鐵股份有限公司煉鋼廠，重慶 401258)

摘要: 介紹了重慶鋼鐵股份有限公司老區通過對脫氧工藝的優化，并采用鈣處理工藝，解決了脫氧產物 Al2O3對鋼水質量的影響及澆鑄過程的可澆性問題，實現了“轉爐→吹氬站→連鑄”工藝路線穩定生產含鋁鋼。緩解了用 LF 生產品種鋼的壓力，在保證質量的前提下降低了生產成本。

關鍵詞: 吹氬站; 含鋁鋼; 鈣處理; 夾雜物

使用鋁對鋼水脫氧或細化晶粒逐步成為較多鋼種的工藝要求之一。為解決含鋁鋼對鋼水可澆性的影響，普遍采用“轉爐→LF→連鑄”的工藝路線，通過 LF 工藝將脫氧產物 Al2O3盡量地排除，將鋼水中的硫含量降到更低，并通過鈣處理，保證鋼水的可澆性。然而，對一些精煉裝備較少的鋼廠，此生產工藝卻嚴重制約著含鋁鋼的生產。

重慶鋼鐵股份公司煉鋼廠( 以下簡稱“重鋼”) 大渡口老區為降低設備運行成本及適應搬遷的需要，從2010 年底陸續將原有的 4 座80 t 轉爐，3 座 LF，5 臺鑄機調整到 3 座 80 t 轉爐，2 座LF，4 臺鑄機，造成不能 3 條生產線同時生產優質鋼的局面，合同兌現嚴重滯后。在其品種結構中，含鋁鋼約占40 %。為解決生產組織中存在的問題，在2011 年初，重鋼煉鋼廠開始研究采用“轉爐→吹氬站→連鑄”的工藝路線來生產部分低級別的含鋁鋼。通過在氬站采用鈣處理工藝，較好地實現了部分含鋁鋼( 如船板鋼 B、A32 等) 在“轉爐→吹氬站→連鑄”的工藝路線下的穩定生產，促進了合同的及時兌現，還實現生產含鋁鋼煉鋼生產成本的降低。

1 吹氬站處理含鋁鋼存在的問題

吹氬站工藝的功能主要是均勻溫度和成分，協調爐機節奏。一般情況下，鋼水在吹氬站停留的時間較短; 而且，受鋼水硫含量、溫度及夾雜物含量的影響，不適宜對鋼水進行鈣處理。有資料表明［1］，含鋁鋼一般采用鋁作脫氧劑，當鋼中w( AlS) =0． 02 % ～ 0． 05 % 時，其脫氧產物主要是 Al2O3。其脫氧反應式為:

2［Al］ + 3［O］ = ( Al2O3)

ΔGΘ= － 1 225 000 + 393． 8T J / mol ( 1)

Al2O3的熔點高達2 050 ℃，它與鋼水潤濕角為 0°，鋼水與 Al2O3的界面張力較大，Al2O3有相互聚群傾向，兩個 10 μm Al2O3夾雜粘結只需要0．03 s，粘附力很大且粘附后有足夠的強度［2］。因此，影響鋼水的純凈度，在澆鑄過程中使鋼水流動性變差，附著在水口壁，造成水口結瘤。

2 改進措施

2． 1 減少鋼中 Al2O3含量

為避免氬站處理的鋼水中的 Al2O3含量過高，影響鋼水的可澆性。采用以下措施進行控制:1) 加強轉爐終點控制，降低鋼水中的氧含量，為脫氧減輕負擔; 2) 優化出鋼過程中的脫氧工藝，增加脫氧劑的種類及用量，使進吹氬站時鋼水的w( O) 控制在 10 × 10－ 6以內; 3) 適當延長氬站吹氬時間，促進夾雜物上浮。

2． 2 創造鈣處理條件

鈣處理鋁鎮靜鋼時，加入鈣既可改變 Al2O3夾雜物形態，防止水口堵塞，但又可與鋼中硫生成 Ca S，將增加水口堵塞現象發生。因此，鈣處理時既要轉變 Al2O3，又不要生成 Ca S［1］。為此，采用以下措施: 1) 將鈣處理前鋼水中 w( S) 控制在0． 020 % 以下; 2) 鋼水中 w( Ca) /w( Al) 控制在0． 08 ～0． 12; 3) 鈣處理以后保證軟吹氬5 min以上。

3 生產實踐

2011 年，重鋼煉鋼廠在 80 t 轉爐上進行了氬站處理含鋁鋼的工業性試驗，取得了較好的效果。

3． 1 過程硫含量控制情況

經 LF 的鋼水在鈣處理前，可以通過 LF 脫硫工藝把鋼水中的硫含量控制得較低。但吹氬站處理鋼水的硫含量，就必須依靠鐵水脫硫及轉爐的過程控制來保證。有資料表明［3］，鋼中硫含量高時，對鈣的平均回收率有較大的影響; 故生產中應盡量降低鋼中的硫含量，鈣才能對鋼中氧化鋁夾雜物進行有效的變性。所以在鈣處理前鋼中硫含量較高時，必須適當提高喂線量，以達到較好的鈣處理效果。由于目前該廠80 t 鐵水脫硫裝置采用的是單噴吹石灰脫硫工藝，工藝較落后，為保證脫硫效果，對鐵水采用前扒渣，減少鐵水渣對脫硫的影響，并適當加大脫硫劑用量，使脫后鐵水w( S)控制在0． 010 %以內。為解決因原材料質量差造成轉爐回硫嚴重，導致轉爐終點硫含量無法達到鋼水鈣處理的要求，采用在出鋼過程加入一定量的合成渣對鋼水進行脫硫。由于含鋁鋼鋼水脫氧較好，有利于促進合成渣對鋼水的脫硫。通過以上措施，使鈣處理前鋼中 w( S) 控制在0． 020 % 以內，如表 1 所示。

吹氬站精煉含鋁鋼的生產實踐1

3． 2 轉爐終點氧含量控制情況

在生產前首先根據脫硫鐵水的溫度情況，確定合適的脫硫鐵水量及生鐵量，使轉爐過程 C-T基本協調; 其次化好過程渣，提高倒爐成分命中率，減少點吹次數。使轉爐終點 w( C) 控制在0． 06 % ～ 0． 08 % ，或終點鋼水 w ( O) ＜ 600 ×10－ 6; 最后利用復吹轉爐后攪使終點鋼水氧含量穩定達到控制目標。

3． 3 鋼水的 w( Ca) / w( Al) 控制情況

首先，要穩定控制鋼水中的 AlS含量。在控制好轉爐終點氧含量的同時，要加強出鋼過程的脫氧控制。根據文獻［4］，鋼液中自由氧質量分數高( 400 ×10－ 6) ，鋁一次加入很多時，生成大量的大尺寸 Al2O3簇群，大尺寸 Al2O3簇群由鋼液上浮去除得很快。故加入鋁鐵的時機控制在出鋼約1 /2 時。采用分步加入脫氧劑的工藝，即先加鋁鐵，再和合金一起加入 Si-Ca-Ba-Al 合金，在合金加完后根據轉爐終點情況加入一定量的鋼水精煉劑。此脫氧工藝可以較穩定的控制鋼水中的 AlS含量。再采用定氧儀計算出鋼水中的 AlS含量。根據 AlS含量加入 Si Ca 線進行鈣處理，使鋼水中w( Ca) / w( Al) 控制在0． 08 ～ 0． 12。

3． 4 氬站工序時間控制情況

與 LF 精煉相比，氬站工序時間較短，不利于脫氧產物的排除。雖然通過脫氧前移工藝，有利于大型夾雜物的排除，但在工序時間的控制上仍是關鍵控制點。考慮到氬站溫降的影響，將氬站工序時間由 11 min 延長到 15 min。不僅要求保證鋼水進站后 2 min 的大流量吹氬，還要保證鈣處理后 5 min 的軟吹時間。確保夾雜物的有效排除。同時，還要做好鋼包的保溫工作。

3． 5 保護澆鑄情況

1) 采用大包長水口保護澆鑄工藝，并在長水口內加密封圈預防鋼水吸氣。2) 采用先上大包保護管后再開澆的澆鑄工藝。3) 要求大包后期的敞澆時間控制得盡量短，同時嚴格控制鋼包下渣量。4) 中間包采用雙層渣保溫和加強吸附夾雜能力。

3． 6 生產效果

1) 通過生產實踐，鋼中 w( AlS) = 0． 03 % ～0． 05 % ，w ( Ca ) = 0． 003 0 % ～ 0． 004 5 % ，w( Ca) / w( Al) 控制在0． 08 ～ 0． 12，鈣處理前鋼中w( S) ≤0． 020 % ( 如表 1、表 2 所示) ，未發生水口嚴重堵塞現象。

吹氬站精煉含鋁鋼的生產實踐2

2) 氬站出站鋼水中的氧化夾雜物含量與 LF處理后的相當。重鋼生產含鋁鋼( 如船板鋼 B、A32 等) LF 出站鋼水中的氧化物總質量分數的一般在0． 003 % ～ 0． 005 %。如圖 1 所示，統計 30爐鋼的氧化物總質量分數均在0． 006 % 以內，鋼水的潔凈度滿足一般優質鋼的質量要求。

吹氬站精煉含鋁鋼的生產實踐3