18-8型纯净不锈钢生产工艺优化及其效果

发布时间：2009-10-29 作者：刘承志, 王贺利,方旭东

        太原钢铁(集团) 有限公司(以下简称太钢) 于 2002 年底投产了一条不锈钢新生产线,其主体装 备有两座铁水预处理(脱硅、脱磷、脱硫) 站、1 座 30 t EB T 电炉, 1 座75 t K2OBM2S 转炉, 1 座 75 t VOD(双工位) ,1 座75 t L F (双工位) ,1 台 方板坯弧形连铸机。以铁水和合金为主要原料生 产不锈钢, Cu 、S、P 等五害元素含量很低[ 1 ] ,同 时,采用VOD 进行不锈钢精炼,生产纯净不锈钢 具有极大优势。随后,在生产纯净1828 型不锈钢 时,对75 t L F 喂丝、吹氩除夹杂的精炼工艺以及 连铸中间包钢液流场进行了优化,进一步提升了 纯净不锈钢的质量。
        1828 型不锈钢是指铬、镍质量分数分别在 18 %、8 %左右的奥氏体不锈钢,其纯净钢应用于 装饰、家电等高等级面板加工行业,这些行业一般 对不锈钢冷轧板进行磨砂、抛光或镜面处理,产品 表面要求不出现微小点状瑕疵等缺陷。
        纯净钢是一个不断发展的概念,一般而言就 是含杂质、气体很少的钢铁材料。纯净钢生产是 一个全流程工艺控制过程,仅一个工艺环节的质 量提升,几乎很难生产出符合要求的纯净钢,太钢 1828 型纯净不锈钢生产工艺采取全流程工艺控制,目标是Cu 、P、S 等五害元素含量很低以及 w (O) ≤40 ×10 - 6 ; w ( H) ≤3 ×10 - 6 ;钢中Al2 O3 夹杂质量分数小于5 ×10 - 6 ;金相法统计铸坯50 mm2 内的夹杂物个数,大于20 μm 的夹杂物控制 在5 %以下。
        1 　1828 型不锈钢典型钢种成分
        1828 型不锈钢是应用广泛的一类不锈钢,其 代表钢种有0Cr18Ni9 、0Cr19Ni9 、00Cr19Ni10 等 钢号,成分见表1 。

        2 　1828 型纯净不锈钢生产工艺流程
        太钢1828 型纯净不锈钢的生产工艺流程为: 预处理铁水→K2OBM2S 粗炼→VOD 精炼→L F 处理→连铸板坯。
        3 　1828 型纯净不锈钢生产工艺
        太钢二炼钢不锈钢生产线以预处理铁水、合 金为主要原料,Cu 、S、P 及五害元素含量很低,见 表2 。

        同时,由于VOD 真空精炼具有很强的脱气 能力,钢水O、H 质量分数可以达到40 ×10 - 6 、2 ×10 - 6 以下。所以重点在降低夹杂物含量及进行 夹杂物变性,为此,对L F 精炼工艺及连铸中间包 流场进行了工艺优化。
        3. 1 　L F 底吹氩工艺优化
        LF 具有搅拌、调温、喂丝等功能。其中脱氧、 降低夹杂数量等功能在资料中介绍到[2 ] :以较小的 流量吹氩并适当延长吹氩时间更有利于夹杂物的 去除,从而降低钢液总氧含量和夹杂物平均尺寸, 特别是减少钢中大颗粒夹杂物的数量。针对1828 型纯净不锈钢要达到的工艺目的,对LF 底吹氩工 艺进行了优化。根据文献[3 ]给出的钢包底吹氩搅 拌功率计算公式,综合小气泡精炼脱除夹杂特点, 控制LF 搅拌功率在13～21 W/ t 。LF 以小流量、 长时间吹氩,一方面通过气泡可以去除50μm 以上 的夹杂物,另一方面促使50μm 以下的夹杂物相互 碰撞、聚集、更快形成大颗粒的夹杂物,使夹杂物迅 速上浮排除。搅拌功率计算公式如下:

        式(1) 中,εM 为单位搅拌能,W/ t ; M 为钢水 量,t ;Q 为搅拌气体出口流量,m3 / min ;η为有效 因子; T2 为钢液热力学温度, K; P2 为钢液底部压 力,Pa ; P3 为钢液面压力,Pa 。
        3. 2 　L F 喂丝工艺开发
        冶炼过程中,合金会带入部分Al ,脱氧后形 成细小、难熔的Al2 O3 夹杂,不易上浮排出,浇铸 时会引起水口结瘤,轧制时形成长条状Al2 O3 ,严 重影响钢材质量[ 4 ] 。同时,细小的Al2 O3 夹杂,在 不锈钢抛光等表面加工时,会出现白色微小点状 缺陷,影响表面质量,为此,生产0Cr18Ni9 纯净 钢需要控制钢中Al2O3 含量并尽可能使Al2 O3 排 出钢液。
        向钢液中喂入一定量的Ca2Si 合金线,可以 使高熔点的Al2O3 夹杂转变为低熔点低密度的钙 铝酸盐夹杂,降低Al2O3 夹杂的危害[ 5 ] 。
        依据以上理论,在L F 处理1828 纯净钢时,对 喂入Ca2Si 线的数量与时间等工艺参数进行了优 化,优化后的工艺如下:钢水到达L F 后先调节渣 况、温度、成分达到目标要求, 然后按w ( Ca) / w (Al) 达到0. 1～0. 2的要求喂入Ca2Si 线,钢水 进行小流量、长时间吹氩搅拌后连铸。
        3. 3 　中间包钢液流场优化
        连铸过程的中间包不仅是可以把钢水均匀分 配给各个结晶器和实现多炉连铸的中间容器;同 时还起着排除夹杂物纯净钢液的重要冶金作用。 中间包内部钢液的流动状态,对延长钢水在中间 包的停留时间、减少卷渣和改善夹杂物的上浮排 出有重要作用。为此,对25 t“T”型中间包挡墙、 挡堰以及钢水冲击区小墙位置进行优化,目标是 把1828 不锈钢铸坯中大于20 μm 的夹杂比例降至5 %以下。