超低碳钢薄板坯连铸钢水精炼工艺的研究

发布时间：2009-10-29 作者：宋满堂,李明光,于华财

        本钢薄板坯连铸连轧生产线是由2 台单流薄 板坯连铸机、2 座板坯均热炉和1 套轧机(2R + 5 F) 组成,其前部配套的钢水精炼设备有1 台双 工位L F、1 台单工位L F 和1 台双工位RH - TB , 这些工艺设备配置为薄板坯连铸连轧扩大品种、 提高产量创造了有利条件。目前,薄板坯连铸连 轧月产钢量已达20 万t 以上,已开发品种50 余 个牌号,产品质量稳定。为进一步适应市场需要、 配合本钢冷轧超低碳钢生产要求,本钢去年开始 进行“薄板坯连铸连轧生产超低碳钢的研究与开 发”工作,该项目的部分工作“超低碳钢钢水精炼 工艺研究”已基本完成,产品成分完全满足超低碳 钢标准要求,产品表面质量与内部质量有很大提 高,且可以实现多炉连浇。
        本文主要介绍对本钢超低碳钢薄板坯连铸钢水 的炉外精炼工艺的研究与实践。
        1 　钢水精炼主要难点
        薄板坯连铸机浇铸超低碳钢的钢水精炼处理 主要有两大难点:一是连铸钢水的可浇铸性,二是 钢水成分的有效控制。
        薄板坯连铸对钢水的可浇性要求比常规板坯 连铸要高许多,特别是对低碳和超低碳钢水要求 更加严格。典型的含铌钛超低碳钢成分要求如表 1 所示。由表1 可见,超低碳钢成分尤其是C 和 N 含量要求非常低。对于常规板坯连铸,通常只 需采用RH 真空精炼就能满足成分要求,并可实 现连续多炉浇铸。但对于薄板坯铸机则不然,如 仅经过RH 处理其可浇性极差,有可能只能浇铸 半炉,不能形成规模生产。为此,我们分3 个阶段 进行研究与实践。首先解决钢水的可浇性,然后 以成分控制为主,最终把两者结合起来研究。

        2 　工艺方案制定
        2. 1 　转炉冶炼
        2. 1. 1 　转炉金属料质量要求
        经铁水脱硫扒渣后,兑入转炉的铁水要求 w ( P) ≤0. 040 %、w (S) ≤0 . 002 %;使用厂内回收 重废钢(如中包块或铸坯切头、切尾等) ;活性石灰 要求w (CaO) ≥90 % ,w (S) ≤0. 02 %。
        2. 1. 2 　精炼钢水冶炼要求
        确保复吹效果,避免钢水过氧化,提高碳温一 次命中率,控制终点w (C) = 0 . 04 %～ 0. 05 %, w (O) = (500～600) ×10 - 6 。
        吹炼前期枪位略高些,造好吹炼前期渣,控制 终点w ( P) ≤0. 010 %。
        挡渣出钢,严格控制转炉下渣量。出钢过程 钢包全程底吹氩,出钢过程中不加脱氧剂脱氧,只 加一定量的渣洗料。
        2. 2 　钢水精炼工艺优化
        钢水精炼是关键环节,选择出切实可行的工 艺路线,才能控制好钢中C、N 、Si 等元素,并具有 可浇性。设计了如下3 种精炼工艺路线,并从中 优化出最佳工艺路线。
        (1) 只进行RH 真空精炼处理;
        (2) 先进行RH 处理,后进行L F 处理;
        (3) 先进行L F 处理,后进行RH 处理。
        3 　试验结果与分析
        3. 1 　钢水可铸浇性和成分可控性
        采用第1 种精炼工艺路线,虽然钢水成分可 控制在标准范围内,但因钢包渣氧化性较强,钢水 脱氧及洁净度不好,钢水的可浇铸性极差。进行 了3 次试验,每次均浇不完一整炉钢水,多因中间 包塞棒开口度“涨死”而停浇。可见,该方法产能 低成本高,不可行。
        采用第2 种工艺路线处理的钢水,其可浇铸 性好,可实现多炉连浇。但钢水成分如C、N、Si 控制难度非常大,不能满足超低碳钢对所有成分 的要求,试验几炉均改判为其它钢号,该工艺路线 也不可行。
        采用第3 种工艺路线处理的钢水,不仅可浇 铸性好,可实现多炉连浇,而且钢水成分如C、N、 Si 有了可控性。L F“白渣”精炼工艺与RH 真空 强制脱碳工艺的配合是本工艺路线的关键。 根据上述3 种不同精炼工艺路线精炼钢水的 可浇铸性和成分可控性,确定精炼工艺路线3 为 最佳,按此工艺连续生产的3 炉超低碳钢的成分 见表2 。由表2 可见,该工艺方法生产的超低碳 钢完全满足标准要求。
        3. 2 　L F“白渣”精炼的作用
        L F 精炼是成功生产该钢的关键,主要是使钢 水具有良好的可浇铸性。如不对钢包顶渣进行改 质,浇钢时钢包顶渣会二次氧化钢水,其氧化物污 染钢水,恶化可浇铸性,极易堵塞中包水口。钢水 真空脱碳前,对其顶渣进行改质形成还原“白渣” 的优点是可对钢水深脱硫,可吸附RH 真空脱碳 合金化后钢中夹杂物,可防止钢水在浇钢过程中 二次氧化,使钢水具有良好的可浇铸性。
        3. 3 　RH 真空精炼的作用
        L F 处理后的钢水送到RH 真空脱碳需采取 强制脱碳方式,该方式是将钢水C、N、Si 控制在 钢种标准成分范围内的必要工序。在对钢水进行 脱碳的同时,可将钢水Si 氧化掉,也是对钢水进 行脱N 的过程。在吹氧强制脱碳过程中,对L F 造的还原“白渣”有一定影响,即顶渣氧化铁含量 略有增加,但仍具有良好的还原渣特性。因此, RH 真空脱碳对“白渣”的冶金效果影响不大。

        3. 4 　钢水C、N 、Si 元素的控制
        RH 真空处理可将钢中C、N、Si 控制在要求范 围内,但若精炼后进行钙处理,则钢中C、N、Si 均有 不同增幅,一般Δw(C) = (10～25) ×10 - 6 ,Δw(N) = (5～10) ×10 - 6 ,Δw(Si) = (150～300) ×10 - 6 。 采用精炼工艺路径3 ,不进行钙处理仍可保 证钢水具有良好的可浇铸性,是控制钢中C、N 、Si 在标准要求范围内的重要保证。当然,控制增N 还需做些其它工作,如L F 精炼时采用微正压操 作,铌、钛合金化必须在真空处理时进行,采用良 好形状的长水口和中间包密封,使其中间包增N 量控制在不大于5 ×10 - 6 (质量分数) 。
        3. 5 　钢水纯净度
        3. 5. 1 　钢包顶渣改质
        采用精炼工艺路线3 ,钢包顶渣成分在各工 序的变化见表3 。

        由表3 可见, L F 造的还原渣碱度很高 ( w (CaO) / w (SiO2 ) = 13. 5) 还原性强,具有较强 的吸附钢中夹杂的能力。RH 处理后还原能力还 是较强,在浇钢过程中仍具有良好的防止钢水二 次氧化作用,可减少二次氧化物的生成量,避免了 浇钢时中间包塞棒堵塞现象的发生,使钢水具有 良好的可浇铸性,实现了多炉连浇。
        3. 5. 2 　钢水的纯净度
        (1) 钢中酸溶铝Als 。从精炼结束到铸坯,钢 中酸溶铝变化如表4 所示。由表4 可见,L F + RH 的精炼工艺与只采用RH 精炼工艺相比,钢 中的酸溶铝变化小。说明在浇钢过程中,钢水二 次氧化程度小,钢水更纯净,有利于钢质的提高。

        (2) 钢中夹杂物含量。对RH 真空处理和L F + RH 精炼两种工艺路线生产的超低碳钢连铸坯 的上下表层及内弧1/ 4 厚度处进行小样电解分 析,其分析检验结果如表5 所示。

        由表5 可见,采用L F + RH 精炼工艺处理的 钢水,其铸坯夹杂物平均含量远低于只采用RH 真空精炼工艺。说明对钢包顶渣改质后再进行 RH 强制脱碳,不仅不会污染钢水,反而能大量地吸附钢中夹杂物,对提高钢水纯净度有益。
        4 　结　论
        在本钢薄板坯连铸生产条件下,超低碳钢的 钢水精炼工艺采取L F 造还原渣+ RH 真空强制 脱碳方式合理可行。
        (1) 该工艺路线处理的钢水具有良好的可浇 铸性,可实现多炉连浇。
        (2) 采用这一精炼工艺路线,钢水中C、Si 和 N 等元素可控制在钢种标准要求范围内( w (C) ≤ 30 ×10 - 6 , w (Si) ≤0 . 03 % ,w (N) ≤35 ×10 - 6 ) 。
        (3) 与只进行RH 处理相比,该工艺处理的 钢水,其铸坯夹杂含量大幅降低,钢水纯净度明显 提高。