提高鋼水潔凈度的冶煉工藝實踐

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摘要闡述天管冶煉潔凈鋼生產技術的工藝實踐。電爐采用無渣出鋼、優化噴吹工藝、控制鋼水的過氧化；精煉采用預熔型精煉合成渣、脫氧、脫硫、吹氬攪拌和鈣處理工藝，改善鑄坯內部夾雜物分布，促使夾雜物碰撞、聚合上浮。

關鍵詞配料，預熔型精煉合成渣，脫氧，脫硫

1 前言

天津鋼管集團有限公司是一座專業生產無縫鋼管的現代化大型企業，公司生產的產品按照用途可分為十三大類，以石油管材生產為主，其它產品包括管線管、液壓支架管、高、低中壓鍋爐管、高壓氣瓶管、石油裂化管等，擁有當今世界一流的煉鋼、軋制、管加工成套技術設備。隨著煉鋼廠120萬噸的改造項目的完成，生產節奏明顯加快，需要對鋼中夾雜物進行控制。針對產品的特殊使用環境要求比較苛刻，潔凈鋼冶煉工藝要求鋼中的氧、氮、磷、硫、氫含量和非金屬夾雜物含量夾雜物含量要低，尺寸要小，分布均勻、以及合適的夾雜物形態，對后期進行的各項工藝造成的影響要小。潔凈鋼生產技術的工藝貫穿整個煉鋼過程，包括電爐配料、噴吹工藝、預脫氧脫硫、精煉處理控制等工藝。

2 電弧爐的潔凈鋼生產技術

2．1 酉己料工藝

配料方案總體分為三類，對特殊要求鋼種，采用“優質廢鋼 1．5包鐵水”配料方案，第一籃料的料籃底部必須加人約2～3噸的石灰；對高鋼級鋼種(包括氣瓶、高鍋、抗硫、管線管用鋼)，采用“優質廢鋼 1包鐵水 DRI”配料方案；普通要求鋼種(包括結構、J55套管等用鋼)，采用“普通廢鋼鐵水 DRI”配料方案。

2．2優化吹氧噴碳工藝

天管150噸超高功率電弧爐，采用綜合噴吹技術，強化和優化氧氣和燃料的利用，增加輔助能量，從而提高冶煉強度。對電爐的氧槍系統進行改造，在電爐原有〝三支KT氧槍兩支KT碳槍兩支爐門氧槍〞的基礎上，增加一支KT氧槍和一支KT碳槍，將原有KT氧槍安裝方式(在耐火磚上打孔)改為水冷銅套式，并且對氧槍角度做了調整，形成分散吹氧和噴碳技術，從而實現沿爐壁周向的優化的吹氧和噴碳，達到均衡熔化均勻反應和均勻升溫，造好泡沫渣，降低渣中氧化鐵，減少加熱過程中大氣中的氮被電離后進人鋼水中，達到進一步減少鋼液吸氮的目的。電爐改造后的氧碳槍位置圖見圖1。

2．3 防止鋼水過氧化

2．3．1 通過不斷總結，每爐調整鋼鐵料配碳量(生鐵鐵水)到60～65噸，確保了合適的人爐鋼鐵料配碳量，降低鋼水中的氧過剩的現象，為控制鋼水過氧化創造條件，減少氧化物的生成。

2．3．2 電爐根據熔清樣碳含量合理控制爐門雙氧槍的使用，進而控制鋼水的終點碳含量，當熔清樣碳含量≤0．50％時，電爐爐門使用單氧槍，適當調整氧槍角度，縮短過供氧時間，控制101樣碳在0．10％左右(低碳鋼種除外)，保正鋼水到精煉的硅≥0．15％。對防止鋼水過氧化起到至關重要的作用。

2．4 出鋼操作技術：

2．4．1 無渣出鋼

150噸超高功率電弧爐出鋼采用偏心爐底無渣出鋼，出鋼量控制在138～141噸，防止氧化渣帶人鋼液，如果下渣，必須倒渣，改善鋼液純凈度；采用留鋼留渣操作，爐內留鋼液20噸左右，使爐渣和鋼液物理熱能貯存在爐內，降低冶煉電耗。嚴格按工藝卡規定控制合適的出鋼溫度，嚴禁低溫出鋼，出鋼時間≤3 min。確保出鋼后30min內，到精煉的鋼水溫度≥1520℃。

2．4．2預脫氧規定

2．4．2．1 出鋼過程預脫氧

電爐出鋼開始時，先加人小批量渣料，形成早渣覆蓋鋼液面，大批渣料(石灰和精煉渣)和合金隨后加入，以減少吸氣，合金提高進限率，為精煉處理創造條件。鋼水量達到25～35噸時，嚴格先弱后強的順序加脫氧劑和合金，使用復合脫氧劑硅錳合金、硅鋁鐵合金，降低鋼水的氧化性，生成的脫氧產物熔點低，在鋼液中碰撞易于聚集生成大顆粒夾雜而浮出鋼液表面。預脫氧根據鋼種化學成分鋁要求調整鋁塊和硅鋁鈣鋇的加入量，氣瓶鋼采用硅鈣鋇合金脫氧。

2．4．4．2 爐后鋼包車脫氧

對鋁要求Al≤0．010％鋼種及氣瓶鋼、27 SiMn，不喂鋁絲。其它鋼種參見表1

2．4．3 預脫硫用渣料規定

在電爐出鋼過程中，采用MPE法加頂渣進行鋼渣混沖，脫除鋼水中的硫。對硫含量要求不同的鋼種分別按要求加入精煉渣和脫硫劑。出鋼后，控制好氬氣攪拌強度。對于CrMo鋼種氬氣強攪拌時間增加2分鐘，其他不變；出鋼開始時鋼包吹氬流量調整為2001／min，出鋼結束時吹氬流量調整為1001／rmin，以鋼液面不裸露為宜，防止卷渣和鋼液吸氮。

3 精煉爐的潔凈鋼生產技術

為了滿足高效連鑄對鋼水的純凈度提出的更高要求，精煉爐處理的鋼水質量也必須相應提高。通過鋼包爐(LF)和真空爐(VD)完成對鋼液的精煉處理，完成脫硫、脫氧、脫氣、去夾雜等任務，天管爐外精煉工藝包括：開發預熔型精煉渣合成渣，優化渣脫氧制度；合理鋼包底吹氬攪拌工藝。通過脫氧、脫硫．、控制夾雜物和鈣處理工藝達到生產潔凈鋼目的。

3．1 開發預熔型精煉渣合成渣

LF中的冶金反應是在鋼渣界面之間進行，爐渣的性能直接影響冶煉效果和鋼的質量。對于深脫硫鋼，為強化渣鋼界面的脫硫反應，采用強攪拌方式。

天津鋼管公司與東北大學研制出一種高效預熔型精煉渣，預熔型精煉渣CcaO—A1₂O₃一MgQ渣系的組成要求：高堿度以利于脫硫，低氧化性(FeO、MnO低)以利于脫氧，好的流動性以利于渣一鋼反應。其中CaO可以保證精煉渣的堿度，是達到預熔精煉性能的主要成分；MgO成分是為了降低熔渣對爐襯的侵蝕，在精煉渣中所含量較少。渣中A1₂O₃能改善渣子的流動性，提高脫硫能力，但A1₂O₃含量過多會降低堿度，影響發泡脫硫效果，預熔型精煉渣的成分及物理性質見表2。

實踐表明，預熔型精煉渣CaO－A1₂O₃－MgO渣系，具有較低熔點，成渣迅速，良好的起泡性，縮短冶煉時間，降低電耗等優良特性，精煉渣堿度R控制在2．5～3．0范圍內，爐渣既有良好的脫硫、脫氧能力，又有較好的吸附夾雜物的能力。在此基礎上，根據煉鋼生產實踐，多次進行精煉渣印化學成分的調整試驗。

改進前加人量一般為5－8 kg／(t·s)時，改進后加入量一般為4—6 kg／(t·s)時，精煉渣堿度R控制在3．0～4．0范圍內，平均脫硫率由原來的85％提高到95％左右，鋼中[S]可降到0．003％。

3．2優化脫氧制度

在保證鋼水質量基礎上，鋼包爐進一步優化精煉脫氧工藝，采用新型復合脫氧劑，以提高脫氧效果和效率，不斷降低鋼中全氧含量，并為深脫硫創造穩定的條件。在鋼中氧含量過高，則角狀夾雜物及宏觀夾雜物增多，易產生脆性斷裂，影響鋼水表面質量。早期脫氧，降低全氧含量，為氧化物上浮創造時間，開展一系列措施：

精煉鋼水到位后，向鋼水中喂鋁線脫除鋼水中的氧，并使[ALs]達到要求成分；LF處理過程根據爐渣情況使用合成脫氧劑、硅鐵粉、無鋁脫氧劑強化脫氧；LF精煉還原氣氛的控制，主要使用碳化硅在爐內的造渣，在白渣下進行脫硫和合金微調，通過添加脫氧劑降低鋼水氧活度，使鋼水的最終氧含量控制在20 ppm左右，對于特殊要求的鋼種甚至能達到10ppm。

3．3 優化鋼包底吹氬技術

在LF--VD精煉過程中應用鋼包吹氬攪拌技術，促進渣鋼界面反應，去除鋼中夾雜物。利用鋼渣之間氧的傳質現象，降低鋼水氧活度，可以提高鋼水的潔凈度。結合我廠冶煉工藝特點，按照鋼種冶煉的難易程度，將弱攪拌以及鎮靜時間的要求分為4個星級：即☆☆☆☆級、☆☆☆級、☆☆級和☆級，此規定下發到相關崗位認真執行。

通過向鋼包底部吹氬，產生微小汽泡，使細小的夾雜物附著在汽泡上一同浮出鋼液。控制好精煉過程氬氣氬氣攪拌的強度對鋼水潔凈度至關重要，大氬氣流量“強攪”有利于脫硫，加合金、均勻成分時采用中等強度攪拌，氬氣流量調整到l0001／min，降低鋼水的硫含量和氧含量，但流量過大會污染鋼液，導致二次氧化，同時也會造成“卷渣”現象。小氬氣流量“弱攪’’有利去除夾雜物，在加熱和鎮靜期間，氬氣流量調整到l001／min，不裸露鋼液面，促使夾雜上浮被渣吸收。

3．4 鈣處理

對鋼液進行鈣處理工藝，把滯留在鋼中的夾雜物進行充分的變性處理，主要是用喂絲機以一定的速度，將Ca—Si絲直接插人鋼液與鋼水有較大接觸，利用Ca元素強還原性和對夾雜物的變性作用，改變鋼液中夾雜物的組成、性質和分布狀態，使鋼水中A1₂O₃形成球狀低熔點的夾雜物鋁酸鈣(12 CaO．7 A1₂O₃)，避免澆注過程中發生堵塞水口現象，消除A1₂O₃在軋制過程中因不變形而造成的危害，改善鋼的各向異性。喂鈣絲處理的生產實踐表明，使鋼中［Ca］／[ALs]比值范圍控制在0．10～0．13較為適宜。

喂CaSi絲后弱攪拌要確保不裸露鋼水面擾動，弱攪拌時間普通鋼種不小于3 min，高鋼級鋼種弱攪時間5～10 min。