SPA_H高强度耐候钢的工艺实践

总第172期2009年第4期
河北冶金
HEBE I METALLURGY
To tal172
2009,N u m ber4
收稿日期:2009-04-23SP A-H高强度耐候钢的工艺实践王永浩,刘海春,齐学伟,李国利,宋爱国
(唐山不锈钢有限责任公司 炼钢部,河北 唐山 063105)
摘要:唐山不锈钢有限责任公司在SPA-H高强度耐候钢生产过程中,采用转炉冶炼、LF精炼、连铸等工艺,达到了钢材的质量要求。

关键词:高强度;耐候钢;工艺;实践
中图分类号:TG142.7 文献标识码:B文章编号:1006-5008(2009)04-0022-04
TECHNOLOG ICA L P RACT I CE O F
SP A-H H I GH-STRENGTH W EATHER P ROO F STEEL W ang Yonghao,L iu H a ichun,Q iX ue w e,i L iG uo l,i Song A iguo
(S teel w o rks,T angshan S t a i n less S teel C o.,L td.,T ang shan,H ebe,i063100)
A b strac:t W e adop t ed co nv erter-s m e lti ng,L F-ref i n i ng and conti nuous ca sti ng to produce SPA-H h i gh-streng th w eatherpro o f stee,l and m et t he de m and fo r qua lit y.
K ey W o rd s:high-streng t h;w eatherpro o f stee;l techno log y;practice
1 前言
随着中国物流业的快速发展,集装箱作为现代物流的一个重要载体越来越受到重视和关注,由此拉动了集装箱钢板的需求,唐山不锈钢有限责任公司试验生产集装箱用SP A-H高强度耐候钢板坯获得成功。

2 生产工艺流程
唐山不锈钢有限责任公司SPA-H高强度耐候钢的生产工艺流程为:100t顶底复吹转炉 100t LF精炼炉 1600mm直弧形板坯连铸机。

3 SP A-H高强度耐候钢的化学成分要求
SP A-H耐候钢的化学成分见表1。

表1 SPA-H钢的主要化学成分 %
C S i M n P S C u C r N i A ls 国标 0.120.25~0.750.2~0.50.07~0.15 0.0250.25~0.550.3~1.25 0.65-
内控0.07~0.100.3~0.450.25~0.450.07~0.11 0.0150.25~0.350.30~0.600.15~0.3 0.015目标0.080.350.40.09 0.0100.300.450.15-
4 SP A-H高强度耐候钢的生产实践
4.1 转炉冶炼
SPA-H钢在100t顶底复吹转炉冶炼,要求含碳量较低、含磷置较高。

为了降低钢的成本,充分利用金属料中的磷资源,少加磷铁就要在吹炼去碳的过程中,使磷的氧化量减少,控制终点磷有较高的水平。

众所周知,碳氧化的氧势线和磷氧化的氧势线有一定交点(转化温度),当溶池温度低于该转化温度时,磷先氧化而当熔池温度高于转化温度时,磷的氧化就会受到抑制,碳则大量氧化,在氧气复吹转炉内,由于熔池中(Fe O)较高,石灰熔化较快,熔池沸腾促进钢渣之间的乳化,所以脱磷和脱碳几乎是同时进行的。

碳和磷的氧化反应分别如下:
2[C]{O2}=2{CO}(1)化学反应的平衡常数:
K c=P
2
CO
[C]2 P O
2
(2)
4
5
[P]+{O2}=
2
5
(P2O5)(3)
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河北冶金 2009年第4期化学反应的平衡常数为:
K p=
a0.4P
2
O
5
[P]0.8P O
2
(4)
当P O2相等时,则有:
[P]0.8=a0.4P
2O5
[C]2
P2CO K p
K c(5)
式中,[P] 金属中磷的重量百分浓度:
a0.4(P
2O5)
熔渣中(P2O5)的活度;
K c、K p 分别为碳、磷氧化反应的平衡常数;
[C] 金属中碳的重量百分浓度:
P co 炉内气相中CO的分压。

除上述外,脱磷反应是渣-钢间的界面反应,在转炉炼钢的熔渣制度下,Fe O和C a O是生成稳定磷酸盐的最主要氧化物,反应式如下:
2[P]+5(Fe2+)+8(O2-)=2(PO2-4)+5[Fe](6)
L p=X P
2O5
[P]2
=K a5FeO a4C aO(7)
磷分配比(L p=(P)/[P])的计算公式:
lg L p=
22350
273.15+T
-21.876+5.6 lg(C a O)
+2.5 lg(TFe)(8)
为了实现脱碳保磷,就应该使用以下措施:
(1)适当降低炉渣碱度,使钢水中含有较高的
[P],控制炉渣碱度控制在2.5~3.0。

(2)在保证炉渣不返干的情况下,适当采用低
抢位操作,迅速提高熔池温度,有利于去C保P,从
而提高钢水中P含量。

(3)要得到较高的吹炼终点磷含量,在一定温
度下需要控制较低的炉渣(C a O)和(TFe)。

由于N i、C u等元素在转炉内不发生氧化反应,
根据成品含量的目标要求的中限计算出所单炉钢水
需要的N i铁块和C u板重量,随废钢一起加入炉
内,在炉内完成合金化过程。

钢中的C r、M n、S i等成分在转炉出钢过程中配
进下限,然后进入LF炉微调成分。

转炉终点和出
钢后钢水的成分温度控制情况详见表2和表3。

出
钢过程采用硅锰合金配M n,Si不足部分采用硅铁
补足,低碳铬铁配C r,磷铁根据终点磷及目标含量
加入,采用硅铝铁脱氧各种合金元素的含量控制比
较理想。

表2 转炉终点温度及化学成分控制
炉号温度/
化学成分/%
C m n S P N i C r C u
8C0309916620.050.050.0260.0280.240.070.24 8C0310016730.040.060.0280.0820.130.070.27 8C0310116640.030.040.0290.0740.150.060.15 8C0310216720.030.050.0200.0840.130.060.22 8C0310316810.050.060.0280.1280.120.050.19平均值1670.40.040.050.0260.0790.150.060.21
表3 转炉出钢后钢水的温度和化学成分
炉号温度/
化学成分/%
C M n S P S i N i C r C u
8C0309916210.030.260.290.1030.200.230.270.25 8C0310016040.060.300.290.0770.220.140.340.27 8C0310116250.050.240.270.0600.240.150.350.27 8C0310216170.070.250.200.0640.200.140.280.26 8C0310316370.050.280.260.1080.230.130.330.28平均值16200.050.270.2620.0880.220.160.310.27
4.2 精炼工艺与分析
LF精炼深脱硫,因为S不仅会降低钢的热塑性,而且会降低钢的强度,对于耐候钢板坯生产集装箱板,因C含量要小于包晶区下限,为了减少钢板强度损失,严格控制S含量更显得尤为重要。

因此钢水需要在LF炉精炼进行深脱硫处理,LF精炼炉在处理铝镇静钢时,脱硫的化学反应式为:
C a O+2
3
[A l]+[S]=(C aS)+
1
3
(A l2O3)(9) G o=-31487-67.53T(10)
从(9)、(10)式可以看到,要获得良好的脱硫效果,提高钢包渣的C a O活度和钢水中[A l]含量,提
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高脱硫反应温度,同时降低渣中A l2O3活度,铝在脱硫过程中的作用不仅在于生成稳定的脱硫产物,更重要的是降低钢水及钢包渣的氧势。

生产实践表明,降低钢包渣的氧化性(Fe O+M nO),尤其在渣中(Feo+M nO) 1.0%后,精炼过程的脱硫率可以大幅度提高。

因此,LF精炼炉要求快速造好白渣,合理控制炉渣碱度,终渣氧化性,确保炉渣有良好的流动性和还原能力及精炼效果。

钢水中适量的A ls含量及A ls含量的稳定性,既可保证钙处理效果,降低钢中夹杂物和钢中A1N,又能细化晶粒,提高钢的性能。

钢中A ls控制过高或过低,都会引起夹杂总量的增加,导致水口结瘤。

控制过低,会增加溶解氧的含量,造成钢中氧化物夹杂的增加,并影响钢的组织性能;当钢中A ls控制过高,钢中的铝很容易与渣中的氧结合,也会还原渣中S i O2,M nO等化合物,使钢液中聚集的A l2O3增加。

同时,过高的铝还会增加钢液在浇注时的二次氧化,产生滞留在钢中的A l2O3夹杂。

最主要的是,钢中酸溶铝过高,会导致中包钢水C a/A ls过低,从而严重影响钙处理的效果。

因此,控制好A ls是降低夹杂物、避免水口结瘤的一个关键工艺。

钢中A ls在LF精炼炉通过喂铝线加入。

钢水经LF精炼炉到连铸平台进行浇注,在此过程中,钢水由于二次氧化、钢包衬中氧化物以及钢水温度下降等原因,钢水铝含量会下降,经统计,酸溶铝损失率在15%~30%。

因此要使低碳钢成品中的酸溶铝控制在0.015%~0.030%,LF炉出站钢水中酸溶铝含量应稳定控制在0.020%~0.040%。

为了提高钢水的可浇性,精炼SPA-H钢水必须经过钙处理和静吹,由于钙极易氧化,很难控制,为保证钙处理效果的稳定性,喂铁钙线后弱搅,以利于钙、铝氧化物的充分反应;喂线过快或过慢都将影响合金粉剂的熔化速度和氧化程度,致使冶金效果受到影响。

根据生产实践,将钙铁线喂入速度控制为3.0~5.0m/s,比较合适,为达到均匀钢水的成分和温度,促进A l2O3等夹杂物充分上浮,必须保证静吹时间,一般控制5分钟以上。

除了深脱硫、调整A ls外,还要对其他成分进行微调,使钢水成分控制不但要符合内控标准而且波动在比较小的一个范围内。

LF精炼出站钢水成分统计结果详见表4。

表4 L F精炼出站钢水的主要化学成分 %
炉号C M n S P S i C r N i C u A ls C a C a/A ls 8C030990.090.390.0020.1090.370.350.230.260.0400.00340.07 8C031000.090.390.0040.0900.340.330.160.260.0400.00290.07 8C031010.090.400.0080.0890.360.350.150.270.0390.00420.11 8C031020.100.410.0020.0920.340.340.150.270.0330.00200.06 8C031030.100.410.0040.1060.370.400.150.270.0310.00160.05平均值0.090.400.0040.1050.360.350.170.270.0360.00280.07
4.2 连铸工艺及控制
SPA-H高强度耐候钢在1600板坯连铸机上浇注,生产断面1220mm 200mm板坯,连铸生产的工艺及控制是影响耐候钢SPA-H产品质量的关键工序,为了保证SPA-H钢水的顺利浇注,板坯连铸机生产主要在以下几个方面加强控制:
(1)钢水在浇注过程中,做好保护工作,防止钢水发生二次氧化,堵塞水口。

连铸中间包烘烤控制在1100 以上,以保证烘烤效果,尽量减少钢水从耐火材料中吸氧、吸水的可能性;做好钢水从钢包到结晶器的保护浇注工作,钢包加盖、中间包加覆盖剂、长水口使用氩封保护,使用浸入式水口;
(2)严格控制中间包钢水过热度。

SP A-H耐候钢浇注过程的中间包热度控制在20~35 ,尽量减少中间包钢水温度的波动,以保证连铸机恒拉速浇钢。

(3)选择合适的结晶器保护渣,保证结晶器有良好的润滑,避免粘结漏钢,防止产生表面裂纹等缺陷。

加入结晶器的保护渣熔融后,均匀、稳定的流入弯月面可以防止铸坯产生纵裂纹。

保护渣溶解过快和过慢,就会是熔渣层偏厚和偏薄,碱度和粘度不合适,也会使进入坯壳和铜板之间的渣膜不均匀,从而使坯壳由于冷却不均而产生纵裂纹。

由于耐候钢成分的特殊性,所以在浇注过程中应采用专用保护渣。

保护渣的主要指标:半球温度1104 ,粘度0.061 Pa S(1300 时),熔速35s(1350 时),碱度1.26。

SPA-H专用保护渣的主要化学成分见表5。

表5 SPA-H专用保护渣化学成分质量百分数
Si O2A l2O3Fe2O3C a O M gO k2O+N a2O F-C固H2O 26.752.350.2933.755.889.286.91.810.3 (4)合理的冷却制度,钢水进入结晶器后,从液态
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到固态会产生体积收缩现象,当收缩过程受到阻碍时,铸坯会产生收缩应力;另外,凝固后的铸坯在冷却过程中还会发生相变,引起体积膨胀,当膨胀受阻时,则产生组织应力,这些应力都是导致铸坯产生裂纹的根源。

铸坯在整个冷却过程中产生的应力因钢种而异,耐候钢中C u、P、N i等元素的含量较高,同时,这些元素在结晶过程中易使钢的晶界脆化,导致该钢种在冷却过程中产生较大的热应力和组织应力。

影响热应力和组织应力的因素首先是温度,冷却越快,铸坯内外温差越大,组织应力和热应力越大,则铸坯产生表面纵裂的倾向就越大,为了降低P在钢中的显微偏析,应该采用相对较弱的冷却制度,从而保证铸坯内部质量的改善。

板坯连铸机浇注参数为:
断面:1220mm 200mm
浇注炉数:5炉
液相线温度:1519
连浇大包平均温度:1582
连浇中包平均温度1540~1555
保护渣:集装箱板钢专用保护渣
保护渣使用效果:较好
保护浇注:大包保护套管、中包覆盖剂浸入式水口、专用保护渣
保护浇注效果:平均铝损60 10-6
铸坯表面质量:好
铸坯缺陷:无
5 结论
唐山不锈钢有限责任公司成功开发生产SPA-H高强耐候钢,成分符合标准要求,铸坯质量良好。

经过生产实践,得出以下几个方面的结论:
(1)转炉冶炼通过合理的控制终渣R和吹炼过程枪位,能够较好的去C保磷,充分利用铁水中的P,从而降低了生产成本。

(2)LF精炼过程通过快速造白渣对钢水进行深脱硫控制,并且能够准确控制好钢中A ls和C a/ A ls,保证钢水的可浇性,为连铸机提供温度合适成分均匀的合格钢水,满足连铸生产要求。

(3)连铸通过保护浇注、选取合适的过热度,同时选取合适的保护渣,合适的冷却制度,保证铸坯的质量和生产的顺利进行。

(4)唐山不锈钢有限责任公司制定的SP A-H 高强度耐候钢的工艺是可行的,各项工艺制定合理。

参考文献:
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