BOF_LF_VD_CC工艺生产高级船板钢纯净度的研究

第29卷 增刊1 北 京 科 技 大 学 学 报 Vol.29 Suppl.1

2007年 6月

Journal of University of Science and Technology Beijing

Jun 2007

收稿日期：2007−02−21 修回日期：2007−04−17 作者简介：岳峰(1969⎯), 男, 博士研究生

BOF-LF/VD-CC 工艺生产高级船板钢

纯净度的研究

岳 峰 包燕平 崔 衡 刘丹妹

北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083

摘 要 高级别船板钢由于具有较高的强度和低温冲击韧性，要求冶炼的钢水有较高的纯净度，同时控制夹杂物的形态．本文采用优化的工艺对国内某厂的高级船板钢的纯净度和夹杂物的行为进行了试验研究. 试验结果表明, 该工艺生产的钢水具有较高的纯净度，充分钙处理的铸坯上主要是小于10 µm 的CaO-CaS-Al 2O 3成分的球形夹杂物．采用合理的工艺措施，BOF-LF/VD-CC 流程可以生产出低氧、低硫、高纯净度的钢水，满足高级船板钢的要求． 关键词 船板钢；纯净度; 夹杂物 分类号 TF762.8; TF703.5

船体用钢对钢的化学成分、力学性能和加工性能等均有较高的要求，特别是高级别船板钢对钢的组织均匀性、强度、低温冲击韧性的要求非常高[1-2]，而钢中硫化物和氧化物夹杂物在铸坯中的行为直接影响到钢板的塑性和韧性，降低了钢的塑性、强韧性和延伸率[3-4]，因而要求铸坯必须是低氧、低硫、高纯净度、夹杂物变性完全．

我国普遍采用BOF-LF/VD-CC 工艺生产高级别船板钢，如何在此生产流程上生产出低氧、低硫、高纯净度、夹杂物变性完全的铸坯是各厂普遍遇到的技术难点. 为此，本文在前期研究的基础上，采用优化的工艺，对此流程生产高级别船板钢的纯净度的控制进行了研究，该研究对高纯净低合金钢的生产具有指导意义．

1 高级船板钢的工艺和纯净度的研究方法

1.1 工艺流程

高级船板钢生产的工艺路线：铁水预脱硫→120 t 转炉冶炼→钢包底吹氩→12O t LF/VD 精炼→直弧形连铸机→中厚板轧机． 1.2 研究方法

(1) 取样方案和加工.

分别在转炉后、LF 、VD 、中间包和铸坯上进行系统取样，具体取样和加工方案分述如下.

1) 转炉：每炉出钢前取钢样、渣样，并记录出钢温度和常规元素成分．

2) LF/VD 炉：每炉钢在LF 炉处理前、L 处理后、VD 处理后分别用针式真空取样器取气体样、饼状取样器取金相钢样和渣样，并记录常规元素成分．

3) 中间包：浇铸中期在中间包入口（即钢包长水口区域）取样，分别用针式真空取样器取气体样、饼状取样器取金相钢样和渣样，并记录常规元素成分．

4) 板坯：在浇注中期截取长度约为150 mm 的坯料．切取试样时标记内外弧．

5) 真空气体样和饼样分别加工成的φ5 mm ×15 mm 和φ20 mm ×15 mm 的试样做气体和金相分析．

6) 在铸坯宽度的1/4处和边部，从内弧到外弧切取50 mm ×50 mm ×板厚的试样，做大样电解分析；同时在厚度的1/4处取φ5 mm ×15 mm 和20 mm ×20 mm ×20 mm 的气体和金相分析试样．

(2) 分析方法.

钢样和渣样的化学成分采用常规的化学分析方法，钢中总氧和氮采用远红外脉冲法分析，对非金属夹杂物的检验分别采用了光学显微镜、扫描电子显微镜和图像仪等方法，对大样采用电解分析．各炉次主要化学成分见表1．

• 2 • 北京科技大学学报 2007年增刊1

表1试验炉次的中间包钢水主要的化学成分(质量分数) %序号 C Si Mn P S Als

199 0.12 0.24 0.87 0.012 0.0024 0.039

200 0.11 0.22 0.86 0.011 0.0017 0.038

364 0.10 0.38 1.47 0.013 0.0012 0.023

2试验结果讨论

2.1钢中总氧量的变化

从图1可以看出, LF精炼前钢中的T[O]量(质量分数)控制在16×10−6~22×10−6范围内，LF后和VD后平均降低了11%, 12%，中间包钢水中全氧量控制在11×10−6~19×10−6范围内，铸坯中的全氧量均控制在10×10−6．其中199炉由于大包保护浇注的效果较差，造成中间包钢水中的全氧量有所增加，但是由于采用大容量中间包，有利于夹杂物的上浮，铸坯中的全氧量仍在10×10−6，完全满足了高级船板钢的质量要求．

图1各工序钢水总氧量的变化

为降低铝镇静钢中的全氧含量，在试验中采用系统控制的观点[5-6]. 首先, 确定合理的终点碳含量，采取强化搅拌，提高终点控制水平，降低终点氧含量; 其次, 重点解决在脱氧过程中夹杂氧的问题，采取控制转炉下渣量和钢包顶渣改质，在炉后喂入铝线，迅速降低了钢中和钢包渣中的氧含量，再通过软吹和长时间的镇静，促进夹杂物的上浮；LF和VD精炼过程中进一步降低炉渣氧化性，提高炉渣碱度，并通过喂钙线对氧化物变性，形成液态的夹杂物，配合氩气搅拌进一步促使夹杂物的上浮和吸收，提高钢水纯净度，降低钢包中的全氧量．连铸工艺主要是防止污染和进一步的净化，为此采用大容量中间包 (25 t)、全程吹氩保护浇注、高碱度中包覆盖剂，促进夹杂物的进一步降低，提高钢水纯净度．

2.2 钢水硫含量的变化

从图2可以看出, 钢水经过LF精炼、VD真空处理后硫含量减少，脱硫效果明显．LF精炼过程脱硫率为58%，VD真空处理过程的脱硫率为40%．LF 精炼前钢水中的硫含量(质量分数)为0.007%~ 0.013%，LF后钢中的硫含量为0.003%~0.006%，VD真空处理后硫的含量低于0.004%，中间包钢水中硫的含量小于0.0024%．

图2各工序钢中硫含量的变化

为了深度脱硫，首先减少转炉出钢下渣量，为LF快速成渣创造良好条件．在出钢过程中通过钢包渣改质和强化钢水脱氧，使精炼提前进行．LF精炼选择合理的渣系，从表2可以看出, 渣中MnO+FeO 含量都低于2%，满足炉渣脱氧、脱硫的必要条件，同时炉渣碱度控制在4.0左右，MI指数在0.31~0.34之间，为脱硫创造良好的热力学、动力学条件．造渣过程中遵循“快、白、稳”的原则，配合合理的吹氩搅拌工艺，LF精炼过程脱硫率达到58%．在VD 真空下采用较大的吹氩量，进一步改善钢水的脱硫动力学条件．大容量中间包的采用，促使夹杂物的上浮，中间包的钢水中硫的含量小于0.003%，满足高级船板钢的质量要求，提高了船板钢的低温冲击韧性．

2.3钢水中夹杂物的变化

(1) 喂钙前后钢中夹杂物的成分和形貌.

钙处理前所取钢样中观察到的非金属夹杂物主