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低碳低硅鋼的冶煉實(shí)踐研究

文檔作者：賀道中文檔來源：株洲職業(yè)技術(shù)學(xué)院			點(diǎn) 擊數(shù)：
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2001 年12 月
December 　2001
鋼　鐵　研　究
Research on Iron &amp;amp;Steel
第6 期(總第123 期)
No. 6 　(Sum123)
低碳低硅鋼的冶煉實(shí)踐研究
賀道中
(株洲職業(yè)技術(shù)學(xué)院)
摘　要　介紹了湘鋼二煉鋼采用轉(zhuǎn)爐—連鑄生產(chǎn)低碳低硅鋼的實(shí)踐。重點(diǎn)探討了
低碳低硅鋼的鋼水氧化性控制。提出了今后的改進(jìn)方向。
關(guān)鍵詞　轉(zhuǎn)爐—連鑄　低碳低硅鋼　冶煉工藝　鋼水氧化性
STUDY ON SMELTING PRACTICE OF LOW
CARBON AND LOW SILICON STEEL
He Daozhong
(Zhuzhou Vocational Institute)
Synopsis 　The smelting practice of low carbon and low silicon steel via the converter - con2
tinuous casting route is discussed with emphasis on the control of oxidation of the molten steel. In
the meanwhile the orientation of the further improvements is pointed out.
Keywords 　converter - continuous casting 　low carbon and low silicon steel 　smelting pro2
cess 　molten steel oxidation
聯(lián)系人:賀道中,講師,湖南株州(412000) 株洲職業(yè)技術(shù)學(xué)院
1 　前　言
隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,建筑結(jié)構(gòu)、機(jī)械設(shè)
備、橋梁、汽車、船舶等都用焊接結(jié)構(gòu)代替鉚釘連
接,它可以節(jié)約鋼材,提高勞動(dòng)生產(chǎn)率,并能減輕
結(jié)構(gòu)本身重量。目前,國內(nèi)外鋼材市場對低碳低
硅鋼如焊條鋼H 系列,深加工拉拔用材BL 系列
的鋼的需求量日益增大。根據(jù)市場需要,湘鋼二
煉鋼廠自1998 年12 月開始開發(fā)轉(zhuǎn)爐—連鑄冶煉
低碳低硅系列鋼技術(shù),并于2000 年6 月開始規(guī)模
生產(chǎn),同年生產(chǎn)低碳低硅鋼超過10 萬t 。低碳低
硅鋼的冶煉技術(shù)不斷取得進(jìn)步,特別是鋼水氧化
性及成分控制等關(guān)鍵技術(shù)的研究。2001 年以來,
低碳低硅鋼的月產(chǎn)量保持在1. 3 萬t 左右,產(chǎn)品
質(zhì)量不斷提高。為湘鋼打開市場產(chǎn)品銷路,實(shí)現(xiàn)
做精做強(qiáng)的目標(biāo)打下了良好的基礎(chǔ)。
2 　生產(chǎn)條件
2. 1 　設(shè)備條件
湘鋼低碳低硅鋼的冶煉采用2 座公稱容量
50 t 的頂吹轉(zhuǎn)爐(平均出鋼量80 t) 、1 座900 t 混鐵
爐、2 個(gè)精煉站(底吹氬和喂絲) 、兩臺8 機(jī)8 流羅
可普連鑄機(jī)(1 號、3 號) 、常澆坯斷面150 mm ×
150 mm、200 mm ×200 mm。
2. 2 　工藝條件
鐵水成分( w P%) :Si 0. 20～0. 60、Mn 0. 30～
0. 60 、P ≤0. 20、S ≤0. 035。鐵水入爐溫度>
1 250 ℃,鐵水帶渣量< 0. 5 %。鐵水含硫量必須
控制≤0. 035 % ,且盡可能少帶高爐渣,目的是減
輕脫硫?qū)K點(diǎn)控制(終點(diǎn)鋼水的氧化性) 的影響。
轉(zhuǎn)爐冶煉周期(32 ±2) min ,吹氧時(shí)間12. 5～
14. 5 min ,四孔拉瓦爾氧槍供氧。為保證脫碳效
果及終點(diǎn)控制, Po2 必須充足,規(guī)定雙爐作業(yè)總
管壓力≥1. 4 MPa , 單爐冶煉總管壓力≥
1. 2MPa 。
鋼鐵料裝入制度:總裝入量86 ±2 t ,鐵水71
～76 t ,廢鋼10～15 t 。廢鋼一般由50 %重型廢鋼
和50 %輕型廢鋼組成,加入量要確保過程及終點(diǎn)
溫度。
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3 　生產(chǎn)實(shí)踐
3. 1 　成分控制
為了保證鋼材有良好的焊接性能和拉拔性
能,低碳低硅鋼冶煉成分要求嚴(yán)格[1 ] 。湘鋼確定
的內(nèi)控成分要求C、Si 、S、P 都控制在較低的范圍
內(nèi),且化學(xué)成分要穩(wěn)定,其它殘余元素含量越低越
好。如H08A 焊條鋼,其化學(xué)成分見表1。
表1 　H08A 化學(xué)成分( w) %
成分C Si Mn P S
范圍< 0. 09 < 0. 03 0. 30～0. 60 ≤0. 020 ≤0. 020
內(nèi)控≤0. 08 < 0. 03 0. 40～0. 50 ≤0. 020 ≤0. 020
目標(biāo)0. 06～0. 08 < 0. 03 0. 45 ≤0. 015 ≤0. 018
冶煉終點(diǎn)鋼水中成分( w P%) 控制目標(biāo): C
0. 05～0. 06 、P ≤0. 010、S ≤0. 015 ,R 3. 0～3. 3。
3. 2 　冶煉控制
按低碳低硅鋼成分要求,冶煉終點(diǎn)碳必須控
制< 0. 07 % ,此時(shí)鋼水含氧量高,且鋼水氧含量
可在10 - 3～10 - 5范圍內(nèi)波動(dòng)。鋼水氧化性波動(dòng)較
大,因此脫氧控制難度很大。常規(guī)連鑄鎮(zhèn)靜鋼用
硅脫氧,而低碳低硅鋼只能用鋁脫氧,而鋁脫氧對
連鑄鋼水的流動(dòng)性及可澆性影響很大。如脫氧不
良(鋼中Als < 0. 015 %) ,鑄坯會產(chǎn)生皮下氣孔和
表面缺陷;如脫氧過渡(鋼中Als > 0. 06 %) ,又會
增大鋼水粘度,流動(dòng)性變差,且生成的Al2O3 高熔
點(diǎn)夾雜物易在中間包水口內(nèi)壁富集結(jié)瘤,堵塞水
口,影響順利澆鑄,并使鑄坯中夾雜物增多[2 ] 。因
此,鋼水氧化性控制是轉(zhuǎn)爐—連鑄生產(chǎn)低碳低硅
鋼的關(guān)鍵。
3. 2. 1 　轉(zhuǎn)爐冶煉過程鋼水氧化性的控制
理論研究和生產(chǎn)實(shí)踐表明:鋼中含氧量與終
點(diǎn)碳含量、溫度、后吹次數(shù)及終點(diǎn)渣況有關(guān)。終點(diǎn)
碳越低溫度越高,后吹次數(shù)越多,鋼中氧量就越
高。湘鋼二煉鋼在低碳低硅鋼生產(chǎn)中,力爭一次
拉碳成功,技術(shù)上要求高拉補(bǔ)吹后點(diǎn)吹次數(shù)≯2
次,確保碳—溫度協(xié)調(diào)出鋼。一般終點(diǎn)碳控制在
0. 05 %～ 0. 07 % , 出鋼溫度控制在1 690 ～
1 715 ℃。
冶煉中要確保吹煉后期壓槍操作,要求距終點(diǎn)
3 min 及后吹時(shí)氧槍必須下降至距液面≯1. 2 m,并
適當(dāng)增加供氧強(qiáng)度。要求圓流出鋼,擋渣出鋼(使
用擋渣帽和擋渣球) ,減少下渣量,要求鋼包內(nèi)渣層
厚度< 100 mm ,從而減少轉(zhuǎn)爐渣向鋼水傳氧。
3. 2. 2 　脫氧控制
湘鋼二煉鋼低碳低硅鋼生產(chǎn)原來脫氧制度采
用的脫氧劑以鋁錳鐵、硅鈣鋇和電石為主。在精
煉站喂硅鈣鋇線100 m。生產(chǎn)的鑄坯雖然皮下氣
孔較少,但水口堵塞造成的斷流事故多,成分命中
率低。
為了提高連鑄澆成率,確保鑄坯質(zhì)量,現(xiàn)行脫
氧制度減少了鋁錳鐵加入量,并選用低硅硅鋁鋇
鐵作為脫氧劑。按改進(jìn)后的脫氧制度,脫氧合金
化的鐵合金種類、成分及加入量見表2。
表2 　鐵合金種類、成分、加入量
種　類Al - Mn - Fe 中碳MnFe Si - Ca - Ba Si - Al - Ba
成分P%
Mn Al C Mn C Si Ca Ba Si Al Fe
32 23 1. 4 78 1. 5 50 18 14 58 12 24
參考量
(kgPt 鋼水)
3～4 3. 21 0. 38 0. 38
參考加入
量Pkg(按
80 t 鋼水)
240～320 250 30
合金加入量必須根據(jù)鋼水量和氧化性情況適
當(dāng)調(diào)整。
合金加入的順序?yàn)?硅鈣鋇、中碳錳鐵和50 %
鋁錳鐵預(yù)先加入鋼包內(nèi),其余50 %鋁錳鐵在出鋼至
1P4～1P3 時(shí)順序加入鋼包。硅鈣鋇、硅鋁鋇在出鋼過
程中加入,以保證脫氧效果及合金收得率。
采用上述脫氧制度生產(chǎn)的鑄坯皮下氣孔率下
降,成分命中率達(dá)到90 % ,平均連澆爐數(shù)由原來4
爐P次提高到12 爐P次。
3. 2. 3 　精煉站鋼水定氧及氧化性調(diào)整
低碳低硅鋼鋼水主要采用吹氬和喂絲的爐外
精煉方法。吹氬操作采用全程底吹氬,精煉站在
站底吹氬≥4 min 或頂吹氬≥5 min (開澆第一罐的
吹氬時(shí)間> 8 min) , PAr 為0. 20～0. 40 MPa ,加完
廢鋼后吹氬時(shí)間≥3 min ,取雙樣,保溫劑加入5～
8 袋。嚴(yán)禁暴吹、吊吹,對于到站溫度高,估計(jì)吹
氬時(shí)間> 8 min 的爐次必須加廢鋼吹氬。
脫氧后在精煉站要對進(jìn)站鋼水定氧。2001
年1 月生產(chǎn)低碳低硅鋼203 爐(H 系列43 爐、BL
系列116 爐) ,進(jìn)站鋼水定氧情況見表3。
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表3 　203 爐進(jìn)精煉站鋼水定氧情況
a[O]
P×10 - 6 > 150 150～50 50～25 25
爐數(shù)37 139 26 1
比例P% 18. 23 68. 47 12. 81 0. 49
在精煉站對鋼水進(jìn)行氧化性調(diào)整,控制精煉
鋼水氧活度對低碳低硅鋼連鑄順利進(jìn)行及保證鑄
坯質(zhì)量意義重大。湘鋼二煉鋼在進(jìn)站定氧基礎(chǔ)上
進(jìn)行人工取模樣,觀察模樣凝固及上漲情況,判斷
鋼包內(nèi)鋼水的氧化性,并在鋼包內(nèi)喂鋁線或鋁鈣
線,控制參數(shù)為每1 m 鋁線或鋁鈣線降低鋼水
a[O] (1. 0～1. 5) ×10 - 6 。同時(shí)根據(jù)進(jìn)站鋼水硅
量,適當(dāng)喂硅鈣鋇線,調(diào)整鋼水流動(dòng)性,并利用硅
優(yōu)先于碳氧化,減少一氧化碳?xì)馀萆?進(jìn)一步降
低連鑄坯皮下氣孔缺陷。調(diào)整參數(shù)為每喂100 m
硅鈣鋇線增硅約0. 01 %。
為了保證精煉站吹氬及氧化性調(diào)整效果,鋼
水在精煉站停留時(shí)間要求≥10 min。表4 為2000
年6 月48 爐次精煉站氧化性調(diào)整后的質(zhì)量情況。
表4 　48 爐精煉站鋼水氧化性調(diào)整后連鑄生產(chǎn)情況
a[O]
P×10 - 6 < 30 30～70 70～100
氣孔坯Pt P 28 135
連鑄斷流回爐量Pt 171 21 12
由表4 可知,精煉后鋼水中氧含量的高低直
接影響澆鑄順行與鑄坯質(zhì)量。適合低碳低硅鋼連
鑄的鋼水a(chǎn)[O] = (30～70) ×10 - 6 。出站鋼水溫度
要求1 610 ～ 1 645 ℃( 開澆第一包1 645 ～
1 655 ℃) 。2001 年以來,鋼水氧化性調(diào)整要求更
為嚴(yán)格、準(zhǔn)確,規(guī)定新的鋼水氧含量控制目標(biāo)a[O]
= 25～50。表5 為湘鋼2001 年1 月203 爐低碳低
硅鋼鋼水氧化性控制情況。
3. 3 　連鑄控制
低碳低硅鋼鋼水溫度高,氧化性強(qiáng)。因此,第
一:要求全程保護(hù)澆注,嚴(yán)禁鋼包、中間包及結(jié)晶
器內(nèi)鋼水裸露,生產(chǎn)中鋼包采用長水口保護(hù)套管,
中間包至結(jié)晶器采用浸入式水口,結(jié)晶器使用低
碳低硅鋼專用保護(hù)渣以防止鋼水的二次氧化與吸
氣。第二:要求使用高質(zhì)量的連鑄功能耐火材料,
尤其是塞棒、水口必須具有抗高溫侵蝕的性能。
生產(chǎn)中湘鋼二煉鋼長水口是Al2O3 - C 質(zhì)或Al2O3
- SiO2 - C 質(zhì),伸入式水口是Al2O3 - ZrO2 - C 質(zhì),
整體塞棒采用Al2O3 - C 質(zhì)。
表5 　203 爐鋼水氧化性調(diào)整情況
a[O]
P×10 - 6 > 70 70～50 50～25 ≤25
爐數(shù)3 31 161 8
% 1. 48 15. 27 79. 31 3. 94
中間包液面控制:開澆> 300 mm ,正常澆鑄>
400 mm ,換大包> 500 mm。
連鑄坯表面及皮下氣孔形成除主要與鋼水氧
含量有關(guān)外,還與結(jié)晶器內(nèi)鋼水流動(dòng)及凝固特征
有關(guān)[2 ] 。生產(chǎn)上通過破壞濃聚相中元素的富集,
促進(jìn)結(jié)晶器鋼液流動(dòng)均能有效降低皮下氣孔。因
此,湘鋼采用擴(kuò)大中間包上水口(<22) ,提高拉速
等措施,以提高鋼液在結(jié)晶器內(nèi)流動(dòng),低碳低硅鋼
的拉速比同等過熱度普碳鋼高出0. 2 ～
0. 3 mPmin ,拉坯制度見表6。
表6 　低碳低硅鋼連鑄拉坯制度mPmin
中間包溫度P℃ > 1 585
1 575
～1 585
1 565
～1 574
1 555
～1 564
< 1 555
拉速Pm·min - 1
150 mm×150 mm
≯1. 6 1. 6～1. 7 1. 7～1. 8 1. 8～1. 9 ≯2. 2
拉速Pm·min - 1
200 mm×200 mm
≯0. 9 1. 0～1. 1 1. 1～1. 2 1. 2～1. 3 ≯1. 5
注:拉坯制度以H08A 鋼為例
湘鋼二煉鋼采用以上連鑄控制,鑄坯的表面
及皮下氣孔有明顯地減少。以5 爐H08A 鋼澆鑄
150 ×150 mm2 (澆鑄溫度1 570 ℃) 生產(chǎn)實(shí)踐為例,
拉坯速度由1. 55 mPmin (同等過熱度普碳鋼拉速)
提高到1. 8 mPmin 時(shí),氣孔坯由2. 32 %下降到
0. 83 %。
4 　質(zhì)量效果
湘鋼二煉鋼轉(zhuǎn)爐- 連鑄生產(chǎn)低碳低硅鋼,通
過工藝改進(jìn),2001 年以來,連鑄爐數(shù)由去年的4
爐P次提高到目前12 爐P次,最高連澆爐數(shù)達(dá)16 爐
P次。
焊條鋼H 系列的成分命中率由40 %提高到
目前的90 %左右,深加工拉拔鋼BL 系列成分命
中率達(dá)99 %以上。鑄坯表面和皮下氣孔缺陷明
顯下降,鋼材質(zhì)量顯著提高。
(下轉(zhuǎn)第30 頁)
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4. 2 　探頭實(shí)際測試應(yīng)用結(jié)果與分析
分別用鐵基非晶合金磁芯探頭和鐵氧體磁芯
探頭,采用圖2 所示原理測試同一低頻干擾電流
信號的輸出電壓V0 ,實(shí)測性能特征見圖6、圖7。
圖6 　鐵基非晶合金磁芯探頭實(shí)測數(shù)據(jù)圖
圖7 　鐵氧體磁芯探頭實(shí)測數(shù)據(jù)圖
由上述實(shí)測數(shù)據(jù)圖表看出,對于同一干擾信
號源,鐵基非晶合金磁芯探頭與鐵氧體磁芯探頭
相比,所測得的輸出信號大。由這一點(diǎn)充分說明
采用鐵基非晶合金作為探頭的磁芯材料可以提高
干擾電流探頭的測試靈敏度,使得電流探頭的測
試范圍擴(kuò)大。對于一個(gè)用鐵氧體磁芯探頭無法測
試出的更加小的干擾信號時(shí),鐵基非晶合金磁芯
探頭可將其測試出來。
5 　結(jié)　語
通過上述的實(shí)驗(yàn)研究表明,采用鐵基非晶合
金這一具有良好軟磁性能的功能材料作為低頻干
擾電流探頭的磁芯材料,可以提高電流探頭在低
頻范圍的測試性能,這一點(diǎn)彌補(bǔ)了目前在電磁兼
容性試驗(yàn)中國內(nèi)所研制的電流探頭測試范圍的局
限性。若對非晶磁芯材料的切割加工做進(jìn)一步的
優(yōu)化處理,有望將這一低頻干擾電流探頭用于實(shí)
際測試中。
在實(shí)驗(yàn)和本文的寫作過程中得到了蔣全興老
師的大力幫助指導(dǎo),在此表示衷心地感謝。
參考文獻(xiàn)
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大學(xué)出版社,1988
2 　陳國鈞,李茂昌,周元龍. 金軟磁材料及其熱處理. 北京:機(jī)械
工業(yè)出版社,1986
3 　王一禾,楊膺善. 非晶態(tài)合金. 北京:冶金工業(yè)出版,1989
4 　中華人民共和國國家軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB152A —97 ,軍用設(shè)備及分系
統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度測量. 1997
5 　田　蒔. 功能材料. 北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1995
(收稿日期:2001 - 05 - 28)
(上接第20 頁)
5 　結(jié)　語
(1) 湘鋼轉(zhuǎn)爐—連鑄生產(chǎn)低碳低硅鋼的工藝
技術(shù)符合生產(chǎn)實(shí)際,具有一定的技術(shù)價(jià)值。有利
于湘鋼打開市場產(chǎn)品銷路。
(2) 通過對鋼水脫氧制度改進(jìn)和爐外精煉調(diào)
整鋼水氧化性,低碳低硅焊條鋼及深加工拉拔用
鋼的連澆爐數(shù)由4 爐P次提高到目前12 爐P次,成
分命中率由40 %提高到90 %。
(3) 鋼中氧含量宜控制在30～70 ×10 - 6 ,能保
證連鑄順行和鑄坯質(zhì)量,降低鑄坯表面和皮下孔,
減少水口堵塞斷流率。
(4) 進(jìn)一步改進(jìn)脫氧制度和精煉站鋼水氧化
性調(diào)整工藝,精煉站鋼水氧含量a[O] = 25～50 ×
10 - 6 ,能更好地保證連鑄順行和減少氣孔坯。
(5) 擴(kuò)大連鑄中間包水口,提高拉速,有利于
改善低碳低硅鋼連鑄坯質(zhì)量。
(6)鐵水預(yù)處理(脫硅、脫磷、脫硫) 技術(shù)、轉(zhuǎn)爐爐
內(nèi)定氧、精煉后鋼水保護(hù)、連鑄新型功能耐火材料的
開發(fā)等是今后低碳低硅鋼生產(chǎn)工藝改進(jìn)的方向。
參考文獻(xiàn)
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出版社,1998
2 　陳雷主編. 連續(xù)鑄鋼. 北京:冶金工業(yè)出版社,1994
(收稿日期:2000 - 05 - 17)
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