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  • 低碳低硅钢的冶炼实践研究

    文档作者: 贺道中        文档来源: 株洲职业技术学院
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    更新时间: 2021年01月27日
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    2001 年12 月 December  2001 钢 铁 研 究 Research on Iron &amp;amp;Steel 第6 期(总第123 期) No. 6  (Sum123) 低碳低硅钢的冶炼实践研究 贺道中 (株洲职业技术学院) 摘 要 介绍了湘钢二炼钢采用转炉—连铸生产低碳低硅钢的实践。重点探讨了 低碳低硅钢的钢水氧化性控制。提出了今后的改进方向。 关键词 转炉—连铸 低碳低硅钢 冶炼工艺 钢水氧化性 STUDY ON SMELTING PRACTICE OF LOW CARBON AND LOW SILICON STEEL He Daozhong (Zhuzhou Vocational Institute) Synopsis  The smelting practice of low carbon and low silicon steel via the converter - con2 tinuous casting route is discussed with emphasis on the control of oxidation of the molten steel. In the meanwhile the orientation of the further improvements is pointed out. Keywords  converter - continuous casting  low carbon and low silicon steel  smelting pro2 cess  molten steel oxidation 联系人:贺道中,讲师,湖南株州(412000) 株洲职业技术学院 1  前 言 随着我国国民经济的发展,建筑结构、机械设 备、桥梁、汽车、船舶等都用焊接结构代替铆钉连 接,它可以节约钢材,提高劳动生产率,并能减轻 结构本身重量。目前,国内外钢材市场对低碳低 硅钢如焊条钢H 系列,深加工拉拔用材BL 系列 的钢的需求量日益增大。根据市场需要,湘钢二 炼钢厂自1998 年12 月开始开发转炉—连铸冶炼 低碳低硅系列钢技术,并于2000 年6 月开始规模 生产,同年生产低碳低硅钢超过10 万t 。低碳低 硅钢的冶炼技术不断取得进步,特别是钢水氧化 性及成分控制等关键技术的研究。2001 年以来, 低碳低硅钢的月产量保持在1. 3 万t 左右,产品 质量不断提高。为湘钢打开市场产品销路,实现 做精做强的目标打下了良好的基础。 2  生产条件 2. 1  设备条件 湘钢低碳低硅钢的冶炼采用2 座公称容量 50 t 的顶吹转炉(平均出钢量80 t) 、1 座900 t 混铁 炉、2 个精炼站(底吹氩和喂丝) 、两台8 机8 流罗 可普连铸机(1 号、3 号) 、常浇坯断面150 mm × 150 mm、200 mm ×200 mm。 2. 2  工艺条件 铁水成分( w P%) :Si 0. 20~0. 60、Mn 0. 30~ 0. 60 、P ≤0. 20、S ≤0. 035。铁水入炉温度> 1 250 ℃,铁水带渣量< 0. 5 %。铁水含硫量必须 控制≤0. 035 % ,且尽可能少带高炉渣,目的是减 轻脱硫对终点控制(终点钢水的氧化性) 的影响。 转炉冶炼周期(32 ±2) min ,吹氧时间12. 5~ 14. 5 min ,四孔拉瓦尔氧枪供氧。为保证脱碳效 果及终点控制, Po2 必须充足,规定双炉作业总 管压力≥1. 4 MPa , 单炉冶炼总管压力≥ 1. 2MPa 。 钢铁料装入制度:总装入量86 ±2 t ,铁水71 ~76 t ,废钢10~15 t 。废钢一般由50 %重型废钢 和50 %轻型废钢组成,加入量要确保过程及终点 温度。 ·18 · © 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 3  生产实践 3. 1  成分控制 为了保证钢材有良好的焊接性能和拉拔性 能,低碳低硅钢冶炼成分要求严格[1 ] 。湘钢确定 的内控成分要求C、Si 、S、P 都控制在较低的范围 内,且化学成分要稳定,其它残余元素含量越低越 好。如H08A 焊条钢,其化学成分见表1。 表1  H08A 化学成分( w) % 成分C Si Mn P S 范围< 0. 09 < 0. 03 0. 30~0. 60 ≤0. 020 ≤0. 020 内控≤0. 08 < 0. 03 0. 40~0. 50 ≤0. 020 ≤0. 020 目标0. 06~0. 08 < 0. 03 0. 45 ≤0. 015 ≤0. 018 冶炼终点钢水中成分( w P%) 控制目标: C 0. 05~0. 06 、P ≤0. 010、S ≤0. 015 ,R 3. 0~3. 3。 3. 2  冶炼控制 按低碳低硅钢成分要求,冶炼终点碳必须控 制< 0. 07 % ,此时钢水含氧量高,且钢水氧含量 可在10 - 3~10 - 5范围内波动。钢水氧化性波动较 大,因此脱氧控制难度很大。常规连铸镇静钢用 硅脱氧,而低碳低硅钢只能用铝脱氧,而铝脱氧对 连铸钢水的流动性及可浇性影响很大。如脱氧不 良(钢中Als < 0. 015 %) ,铸坯会产生皮下气孔和 表面缺陷;如脱氧过渡(钢中Als > 0. 06 %) ,又会 增大钢水粘度,流动性变差,且生成的Al2O3 高熔 点夹杂物易在中间包水口内壁富集结瘤,堵塞水 口,影响顺利浇铸,并使铸坯中夹杂物增多[2 ] 。因 此,钢水氧化性控制是转炉—连铸生产低碳低硅 钢的关键。 3. 2. 1  转炉冶炼过程钢水氧化性的控制 理论研究和生产实践表明:钢中含氧量与终 点碳含量、温度、后吹次数及终点渣况有关。终点 碳越低温度越高,后吹次数越多,钢中氧量就越 高。湘钢二炼钢在低碳低硅钢生产中,力争一次 拉碳成功,技术上要求高拉补吹后点吹次数≯2 次,确保碳—温度协调出钢。一般终点碳控制在 0. 05 %~ 0. 07 % , 出钢温度控制在1 690 ~ 1 715 ℃。 冶炼中要确保吹炼后期压枪操作,要求距终点 3 min 及后吹时氧枪必须下降至距液面≯1. 2 m,并 适当增加供氧强度。要求圆流出钢,挡渣出钢(使 用挡渣帽和挡渣球) ,减少下渣量,要求钢包内渣层 厚度< 100 mm ,从而减少转炉渣向钢水传氧。 3. 2. 2  脱氧控制 湘钢二炼钢低碳低硅钢生产原来脱氧制度采 用的脱氧剂以铝锰铁、硅钙钡和电石为主。在精 炼站喂硅钙钡线100 m。生产的铸坯虽然皮下气 孔较少,但水口堵塞造成的断流事故多,成分命中 率低。 为了提高连铸浇成率,确保铸坯质量,现行脱 氧制度减少了铝锰铁加入量,并选用低硅硅铝钡 铁作为脱氧剂。按改进后的脱氧制度,脱氧合金 化的铁合金种类、成分及加入量见表2。 表2  铁合金种类、成分、加入量 种 类Al - Mn - Fe 中碳MnFe Si - Ca - Ba Si - Al - Ba 成分P% Mn Al C Mn C Si Ca Ba Si Al Fe 32 23 1. 4 78 1. 5 50 18 14 58 12 24 参考量 (kgPt 钢水) 3~4 3. 21 0. 38 0. 38 参考加入 量Pkg(按 80 t 钢水) 240~320 250 30 合金加入量必须根据钢水量和氧化性情况适 当调整。 合金加入的顺序为:硅钙钡、中碳锰铁和50 % 铝锰铁预先加入钢包内,其余50 %铝锰铁在出钢至 1P4~1P3 时顺序加入钢包。硅钙钡、硅铝钡在出钢过 程中加入,以保证脱氧效果及合金收得率。 采用上述脱氧制度生产的铸坯皮下气孔率下 降,成分命中率达到90 % ,平均连浇炉数由原来4 炉P次提高到12 炉P次。 3. 2. 3  精炼站钢水定氧及氧化性调整 低碳低硅钢钢水主要采用吹氩和喂丝的炉外 精炼方法。吹氩操作采用全程底吹氩,精炼站在 站底吹氩≥4 min 或顶吹氩≥5 min (开浇第一罐的 吹氩时间> 8 min) , PAr 为0. 20~0. 40 MPa ,加完 废钢后吹氩时间≥3 min ,取双样,保温剂加入5~ 8 袋。严禁暴吹、吊吹,对于到站温度高,估计吹 氩时间> 8 min 的炉次必须加废钢吹氩。 脱氧后在精炼站要对进站钢水定氧。2001 年1 月生产低碳低硅钢203 炉(H 系列43 炉、BL 系列116 炉) ,进站钢水定氧情况见表3。 ·19 · © 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 表3  203 炉进精炼站钢水定氧情况 a[O] P×10 - 6 > 150 150~50 50~25 25 炉数37 139 26 1 比例P% 18. 23 68. 47 12. 81 0. 49 在精炼站对钢水进行氧化性调整,控制精炼 钢水氧活度对低碳低硅钢连铸顺利进行及保证铸 坯质量意义重大。湘钢二炼钢在进站定氧基础上 进行人工取模样,观察模样凝固及上涨情况,判断 钢包内钢水的氧化性,并在钢包内喂铝线或铝钙 线,控制参数为每1 m 铝线或铝钙线降低钢水 a[O] (1. 0~1. 5) ×10 - 6 。同时根据进站钢水硅 量,适当喂硅钙钡线,调整钢水流动性,并利用硅 优先于碳氧化,减少一氧化碳气泡生成,进一步降 低连铸坯皮下气孔缺陷。调整参数为每喂100 m 硅钙钡线增硅约0. 01 %。 为了保证精炼站吹氩及氧化性调整效果,钢 水在精炼站停留时间要求≥10 min。表4 为2000 年6 月48 炉次精炼站氧化性调整后的质量情况。 表4  48 炉精炼站钢水氧化性调整后连铸生产情况 a[O] P×10 - 6 < 30 30~70 70~100 气孔坯Pt P 28 135 连铸断流回炉量Pt 171 21 12 由表4 可知,精炼后钢水中氧含量的高低直 接影响浇铸顺行与铸坯质量。适合低碳低硅钢连 铸的钢水a[O] = (30~70) ×10 - 6 。出站钢水温度 要求1 610 ~ 1 645 ℃( 开浇第一包1 645 ~ 1 655 ℃) 。2001 年以来,钢水氧化性调整要求更 为严格、准确,规定新的钢水氧含量控制目标a[O] = 25~50。表5 为湘钢2001 年1 月203 炉低碳低 硅钢钢水氧化性控制情况。 3. 3  连铸控制 低碳低硅钢钢水温度高,氧化性强。因此,第 一:要求全程保护浇注,严禁钢包、中间包及结晶 器内钢水裸露,生产中钢包采用长水口保护套管, 中间包至结晶器采用浸入式水口,结晶器使用低 碳低硅钢专用保护渣以防止钢水的二次氧化与吸 气。第二:要求使用高质量的连铸功能耐火材料, 尤其是塞棒、水口必须具有抗高温侵蚀的性能。 生产中湘钢二炼钢长水口是Al2O3 - C 质或Al2O3 - SiO2 - C 质,伸入式水口是Al2O3 - ZrO2 - C 质, 整体塞棒采用Al2O3 - C 质。 表5  203 炉钢水氧化性调整情况 a[O] P×10 - 6 > 70 70~50 50~25 ≤25 炉数3 31 161 8 % 1. 48 15. 27 79. 31 3. 94 中间包液面控制:开浇> 300 mm ,正常浇铸> 400 mm ,换大包> 500 mm。 连铸坯表面及皮下气孔形成除主要与钢水氧 含量有关外,还与结晶器内钢水流动及凝固特征 有关[2 ] 。生产上通过破坏浓聚相中元素的富集, 促进结晶器钢液流动均能有效降低皮下气孔。因 此,湘钢采用扩大中间包上水口(<22) ,提高拉速 等措施,以提高钢液在结晶器内流动,低碳低硅钢 的拉速比同等过热度普碳钢高出0. 2 ~ 0. 3 mPmin ,拉坯制度见表6。 表6  低碳低硅钢连铸拉坯制度mPmin 中间包温度P℃ > 1 585 1 575 ~1 585 1 565 ~1 574 1 555 ~1 564 < 1 555 拉速Pm·min - 1 150 mm×150 mm ≯1. 6 1. 6~1. 7 1. 7~1. 8 1. 8~1. 9 ≯2. 2 拉速Pm·min - 1 200 mm×200 mm ≯0. 9 1. 0~1. 1 1. 1~1. 2 1. 2~1. 3 ≯1. 5 注:拉坯制度以H08A 钢为例 湘钢二炼钢采用以上连铸控制,铸坯的表面 及皮下气孔有明显地减少。以5 炉H08A 钢浇铸 150 ×150 mm2 (浇铸温度1 570 ℃) 生产实践为例, 拉坯速度由1. 55 mPmin (同等过热度普碳钢拉速) 提高到1. 8 mPmin 时,气孔坯由2. 32 %下降到 0. 83 %。 4  质量效果 湘钢二炼钢转炉- 连铸生产低碳低硅钢,通 过工艺改进,2001 年以来,连铸炉数由去年的4 炉P次提高到目前12 炉P次,最高连浇炉数达16 炉 P次。 焊条钢H 系列的成分命中率由40 %提高到 目前的90 %左右,深加工拉拔钢BL 系列成分命 中率达99 %以上。铸坯表面和皮下气孔缺陷明 显下降,钢材质量显著提高。 (下转第30 页) ·20 · © 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 4. 2  探头实际测试应用结果与分析 分别用铁基非晶合金磁芯探头和铁氧体磁芯 探头,采用图2 所示原理测试同一低频干扰电流 信号的输出电压V0 ,实测性能特征见图6、图7。 图6  铁基非晶合金磁芯探头实测数据图 图7  铁氧体磁芯探头实测数据图 由上述实测数据图表看出,对于同一干扰信 号源,铁基非晶合金磁芯探头与铁氧体磁芯探头 相比,所测得的输出信号大。由这一点充分说明 采用铁基非晶合金作为探头的磁芯材料可以提高 干扰电流探头的测试灵敏度,使得电流探头的测 试范围扩大。对于一个用铁氧体磁芯探头无法测 试出的更加小的干扰信号时,铁基非晶合金磁芯 探头可将其测试出来。 5  结 语 通过上述的实验研究表明,采用铁基非晶合 金这一具有良好软磁性能的功能材料作为低频干 扰电流探头的磁芯材料,可以提高电流探头在低 频范围的测试性能,这一点弥补了目前在电磁兼 容性试验中国内所研制的电流探头测试范围的局 限性。若对非晶磁芯材料的切割加工做进一步的 优化处理,有望将这一低频干扰电流探头用于实 际测试中。 在实验和本文的写作过程中得到了蒋全兴老 师的大力帮助指导,在此表示衷心地感谢。 参考文献 1  曲长云,蒋全兴,吕仁清. 电磁发射和敏感度测量. 南京:东南 大学出版社,1988 2  陈国钧,李茂昌,周元龙. 金软磁材料及其热处理. 北京:机械 工业出版社,1986 3  王一禾,杨膺善. 非晶态合金. 北京:冶金工业出版,1989 4  中华人民共和国国家军用标准GJB152A —97 ,军用设备及分系 统电磁发射和敏感度测量. 1997 5  田 莳. 功能材料. 北京:北京航空航天大学出版社,1995 (收稿日期:2001 - 05 - 28) (上接第20 页) 5  结 语 (1) 湘钢转炉—连铸生产低碳低硅钢的工艺 技术符合生产实际,具有一定的技术价值。有利 于湘钢打开市场产品销路。 (2) 通过对钢水脱氧制度改进和炉外精炼调 整钢水氧化性,低碳低硅焊条钢及深加工拉拔用 钢的连浇炉数由4 炉P次提高到目前12 炉P次,成 分命中率由40 %提高到90 %。 (3) 钢中氧含量宜控制在30~70 ×10 - 6 ,能保 证连铸顺行和铸坯质量,降低铸坯表面和皮下孔, 减少水口堵塞断流率。 (4) 进一步改进脱氧制度和精炼站钢水氧化 性调整工艺,精炼站钢水氧含量a[O] = 25~50 × 10 - 6 ,能更好地保证连铸顺行和减少气孔坯。 (5) 扩大连铸中间包水口,提高拉速,有利于 改善低碳低硅钢连铸坯质量。 (6)铁水预处理(脱硅、脱磷、脱硫) 技术、转炉炉 内定氧、精炼后钢水保护、连铸新型功能耐火材料的 开发等是今后低碳低硅钢生产工艺改进的方向。 参考文献 1  戴云阁,李文秀,龙腾春主编. 现代转炉炼钢. 沈阳:东北大学 出版社,1998 2  陈雷主编. 连续铸钢. 北京:冶金工业出版社,1994 (收稿日期:2000 - 05 - 17) ·30 · © 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
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