高纯净钢冶炼工艺优化研究

高纯净钢冶炼工艺优化研究

发表时间：2019-07-17T10:55:59.400Z 来源：《基层建设》2019年第12期作者：张超1 席晓利2 徐伟3

[导读] 摘要：科学合理地运用优化方式对纯净钢冶炼，能够较大程度上改善冶炼中非金属杂质的去除，使得钢材中的磷、硫以及氧和氮、氢含量有效的降低许多，最终达到高纯度净钢要求，满足社会和市场的需求。

1.河钢集团唐钢分公司河北唐山 063000；

2.河钢集团唐钢分公司河北唐山 063000；

3.河钢乐亭钢铁有限责任公司河北唐山 063000

摘要：科学合理地运用优化方式对纯净钢冶炼，能够较大程度上改善冶炼中非金属杂质的去除，使得钢材中的磷、硫以及氧和氮、氢含量有效的降低许多，最终达到高纯度净钢要求，满足社会和市场的需求。对于高纯度净钢的冶炼工艺通过优化之后，能够缩短钢材的精炼周期时间，同时对生产力的提高有很大的帮助作用，同时提高了市场竞争力和市场占有率。针对提高钢纯净度，主要是对冶炼过程中将非金属元素的含量进行降低，然后对非金属元素控制其形态。

关键词：高纯度钢；优化研究；冶炼工艺分析

1 引言

我国每年的钢铁消耗量正在逐年增加，钢铁产量也在逐年增加，位居世界先进行列，但是质量和品种结构等方面，与发达国家相比，还有相当大的差距。提高钢材质量，改善品种结构已经成为当务之急，否则中国将很难迈入真正的钢铁强国的行列。纯净钢是一个相对的概念。纯净钢对钢中的杂质元素含量要求非常严格，其中，硫、磷两种元素的含量应控制在万分之一以内，同时，对氢、氧和其它低熔点金属元素含量的要求要远远高于普通钢。纯净钢标准下氧、硫、磷、氢、加热氮这五种元素含量非常低。

2 LF精炼过程减少钢水增氮、降低钢中全氧含量

LF炉实施泡沫渣工艺可以减少精炼过程钢水增氮。在高强船板钢上做了巧炉泡沫渣试验。每炉试验在电极加热期间加人两批发泡剂，间隔7min。在钢水搬人LF炉和搬出LF炉时取钢样，分析钢中氮、氧、酸溶铝含量。钢水增氮量为（1一13）x10-6，平均增氮5.27x10-6。未采用泡沫渣工艺时钢水增氮0一20x10-6，平均增氮6.43x10-6。对严格控制钢中氮含量的钢种应根据和精炼时间的长短加人3--4批发泡剂，精炼中间不加铝。生产低氮含量钢应在LF精炼后期喂线加铝、钦；需要真空处理的钢种，应在真空下通过合金加人装置在破真空前Smin加人铝、钦。

3 LF精炼过程还原脱硫的可能性分析

LF精炼是对钢水脱氧后开始的.宝钢EAF出钢过程进行脱氧，BOF是在RH内脱氧合金化，所以钢水进入LF工位时，钢水中的溶解氧含量已经于3・0×10-5，在LF精炼过程中向渣内加入扩散脱氧剂，使渣中氧和钢中氧迅速下降，致使LF精炼后期，钢水中溶[w（O）/%]已经小于1・0×0-3，渣中FeO质量分数为0・1～0・5%，当采用钡系脱氧剂时，钢中氧[w（O）/%]可达到2・0×10-4～3・0×10-4，渣中FeO质量分数小于0・04%.LF精炼终点典型炉渣化学成分。

经试验研究，在LF内热力学上具备了还原脱磷的条件。另外，LF精炼过程具有较高的温度，采用还原脱磷优于氧化脱磷在较高温度下，采用铝钙合金，可以避免钙的过分气化损失，LF炉内衬采用镁质耐火材料，使还原脱磷剂对炉衬的侵蚀减小到最低.所以，在LF精炼过程中进行还原脱磷是可行的，并可同时降低钢中硫含量。

4 磷的控制

作为钢中的有害杂质元素，会严重影响钢材的延展性能、低温冲击等性能，使钢容易发生冷脆，所以必须降低磷含量。脱磷需要在低温、高碱度的条件下进行，但是和脱硫不同的是，脱磷必须在高氧化性的条件下进行。磷的去除主要在三个阶段进行，分别是在铁水的预处理、转炉、二次精炼。铁水预处理阶段的技术手段产生的渣量较少，但是需要先脱硫，有温度损失，而且转炉冶炼废钢比也不能太高。而转炉时，搅拌条件好，钢渣容易分离，但是需要的温度条件太高，渣量较大，氧位稍低。在二次精炼时渣量较少，但是需要对钢液进行加热，脱氧前需要除渣，有温度损失。脱磷需要在高氧、高碱度熔渣和低温、强搅拌的条件下进行，实践证明，虽然转炉冶炼过程的脱磷效率相当不错，但是不能只进行一次造渣，因为这样不能讲磷脱到标准水平，所以在生产超低磷钢的时候，脱磷要分两步来进行：首先要进行铁水预处理和转炉吹炼，然后是转炉初脱磷和转炉深脱磷。

5 在线定氢技术

溶解于钢中的氢的析出是造成缩孔、白点、发裂、不同类型气泡等缺陷的主要原因；溶解于钢中而未析出的氢气会降低钢的强度极限、断面收缩率、延伸率和冲击韧性，其中后三者的降低更为严重。钢中氢在大多数情况下对钢的性能是有害的，一般来说，洁净钢氢含量要求控制在<2×10－6。在线定氢的原理是通过循环泵向钢液内吹入载气氮气，气体通过钢液时，钢液中的氢向循环气体内扩散，再通过多孔透气塞把气体吸收进循环管内，经过不断循环，直至氮气和氢气达到饱和平衡。通过分析混合气体中的氢分压，就可以计算钢液中的氢含量。一般来说，分析氢含量必须先取样，送实验室进行分析，且分析时间长，不能作为指导生产上使用的常规方法。在线定氢系统能在40－70秒内测量出钢液中的氢含量，可以为炼钢工作者提供氢含量的可靠依据，从而指导常规生产。

6 内生夹杂物的去除

目前，在国内外，转炉炼钢过程中最重要的一个去除夹杂物的手段是吹氧脱碳过程，吹氧脱碳过程形成的CO、CO2的气泡会携带钢液中的夹杂物上浮，从而达到净化钢液的目的。根据多年的生产经验表明，脱碳量大于0.4%能去除钢液中80%的夹杂物，但是在吹氧脱碳过程中，氧不可能100%与碳反应，氧还要与其它元素反应，比如与Fe、Si、Mn、Cr等元素反应生成FeO、SiO2、MnO、Cr2O3等氧化物及其复合氧化物，是内生氧化物夹杂的主要来源。吹氧脱碳完毕后，对钢液进行还原，还原产物一般形成SiO2，Al2O3等氧化物或者其复杂的氧化物，这些还原产物是内生夹杂物还原产物的主要组成部分。

因此，就高纯度钢在冶炼过程中应加强对氧控制，可以采用顶底复吹转炉的方式进行氧含量的降低，然后才运用无渣出钢的方法，以及铝保护渣、结晶器保护渣的方式将钢水进行脱氧，并进行炉渣氧位，从而有效的避免被二次氧化。其次，高纯度钢对于冶炼过程中，要加强对硫含量控制。要注意硫在钢材中的存在形式，主要是以硫化物的方式而存在，这种情况容易产生铸坯裂纹，并且容易影响到钢的抗腐性能，还会对钢的韧性造成一定的冲击力，使其韧性降低。因此，要对硫含量科学控制，先将其进行冶炼，在冶炼过程中进行铁水的脱硫过程的处理，然后保证金属液以及炉渣氧含量等保护好。然后在在冶炼的过程中，要注意对脱硫的处理，尤其是对于二次精炼的钢水脱硫，一般可以采用的是合成渣脱硫方式，这种方式也同样可以对喷粉以及加热造渣以及对吹氩搅拌方式进行脱硫处理，需要说明的是应注意到炉渣以及金属液里的氧应保持低含量。此外，在冶炼的时候要将二次钢水以及转炉钢水进行脱硫，可以利用加入合成渣脱硫的方式进