am1武鋼低成本潔凈鋼煉鋼生產(chǎn)技術(shù)V02

武鋼股份李具中

2012年7月19日武鋼低成本潔凈鋼煉鋼生產(chǎn)技術(shù)提綱1.

前言2.品種成份優(yōu)化降低冶煉成本的研究與應用3.

鋼包鑄余渣循環(huán)利用研究4.

鐵水脫硫等低成本技術(shù)應用實例5.

結(jié)束語高效率、低成本批量穩(wěn)定地生產(chǎn)潔凈鋼的技術(shù)，對于當前國際鋼鐵工業(yè)而言，是重要的命題之一，是現(xiàn)代煉鋼技術(shù)進步的重要方向。潔凈鋼生產(chǎn)技術(shù)是鋼鐵廠生產(chǎn)潔凈鋼的冶金工程能力的總稱，包括裝備水平和各種專門的工藝技術(shù)是否具有潔凈鋼平臺，已經(jīng)成為當前鋼鐵企業(yè)競爭能力的重要標志。武鋼從90年代初期就著手研究開發(fā)潔凈鋼冶煉技術(shù)，經(jīng)過近二十年的發(fā)展，已形成了硅鋼、管線鋼、汽車板鋼、高性能結(jié)構(gòu)鋼、簾線鋼、高速重軌鋼等高端潔凈鋼的批量生產(chǎn)能力，研究和開發(fā)了批量生產(chǎn)潔凈鋼的生產(chǎn)技術(shù)和管理技術(shù)。隨著公司建設硅鋼基地、汽車板基地和高性能結(jié)構(gòu)鋼基地發(fā)展戰(zhàn)略的進一步深化，新的生產(chǎn)線和技術(shù)改造項目不斷增加并陸續(xù)投入生產(chǎn)，潔凈鋼的裝備水平和生產(chǎn)能力得到大幅度提高。同時，隨著汽車、家電、建筑、高速鐵路、石油等行業(yè)的快速發(fā)展，市場和用戶對潔凈鋼的質(zhì)量要求越來越高，個性化需求越來越多，公司現(xiàn)有的生產(chǎn)模式與質(zhì)量要求大幅度提升的實際情況的適應性矛盾逐漸突出，造成潔凈鋼生產(chǎn)難度加大，生產(chǎn)效率降低，使?jié)崈翡撋a(chǎn)成本增加。1

前言2.品種成份優(yōu)化降低冶煉成本的研究與應用品種鋼成本與成份設計關(guān)系密切，武鋼很多品種鋼加入了貴重合金Mo、Ni、Nb等，生產(chǎn)成本高，為了提高產(chǎn)品的市場競爭力，武鋼股份通過優(yōu)化煉鋼、軋鋼工藝，在滿足用戶的使用性能的基礎(chǔ)上，對軋板鋼、耐候鋼、管線鋼等多系列品種鋼的合金成分進行優(yōu)化。2.1軋板鋼Q345R/C/D合金成分優(yōu)化

措施：Ti→Nb

優(yōu)化軋鋼工藝

Q345R加Nb和加Ti晶粒度接近，為10級和10.5級，組織均為鐵素體+珠光體

措施：Ti→Nb

優(yōu)化軋鋼工藝鋼種時間性能合格率Q345R201099.86%201199.73%Q345C、D201099.82%201199.32%

Q345R/C/D合金替代后性能合格率對比2.2海底管線鋼X65合金成分優(yōu)化（X65-OP）措施：V、Ti、Cr→Mo、Ni

優(yōu)化軋鋼工藝完成了海底管線X65的供貨原品種合格率達到：99.36%對比原X65-SP管線鋼95.65%原品種合格率大幅提升做CTOD（裂紋尖端張開位移試驗），全部合格。2.3

耐候鋼合金成分優(yōu)化武鋼雖然在開發(fā)研制耐候鋼方面取得很大突破，但生產(chǎn)的鋼板成本相對較高，在激烈的市場競爭中不占優(yōu)勢。為了在耐候鋼市場占主導地位，增強競爭力，必須降低生產(chǎn)成本，因此，武鋼對耐候鋼開展降成本研究，降低價格昂貴的合金用量就成為降低成本時首要考慮的途徑。為了滿足客戶的使用性能，武鋼專門立項展開對該耐候鋼降Ni后的耐蝕性研究，為今后開發(fā)低成本、高強度和高耐蝕性新一代耐候鋼提供參考依據(jù)和理論支持。

耐候鋼耐蝕機理鐵道車輛用鋼板通過在普通碳鋼中添加合適的合金元素提高其耐候性。

耐候鋼耐蝕是一個長期的過程，與普通碳鋼比使用時間越長，耐蝕的優(yōu)越性越大。常用的合金元素有Cu,P,Cr,Ni等，同時增加了鋼板的生產(chǎn)成本。

試驗參數(shù)設定：水浴(45±2)℃，干燥(45±2)℃，下浸12min，干燥48min，1h為一個循環(huán)周期。三種不同成份耐候鋼試樣腐蝕動力學行為實驗室加速腐蝕試驗Q235碳鋼比較耐候性比較電化學行為銹層形貌觀察、成分分析溶液:0.01mol/LNaHSO3每天補加0.02mol/LNaHSO3溶液；每天監(jiān)控、調(diào)節(jié)溶液pH值，使其始終保持在4.4-4.8之間。

干濕交替周浸腐蝕試驗銹層形成機理及銹層結(jié)構(gòu)對耐候性的影響

腐蝕機理：大氣腐蝕是一種薄液膜下電化學腐蝕：陽極反應(基體鐵的溶解)：

Fe→Fe2++2e

陰極反應(氧的還原)：

1/2O2+2H++2e→H2OHSO3-(aq)+1/2O2→SO42-+H+

Fe2++SO42-(aq)+xH2O→FeSO4.xH2O

FeSO4.xH2O+O2+(6-4x)H2O→4FeOOH+4H2SO4

FeSO4.xH2O和FeOOH的循環(huán)反應是難溶腐蝕產(chǎn)物很難穩(wěn)定

一方面，F(xiàn)eOOH銹的還原：Fe2++8FeOOH+2e→3Fe3O4+4H2O

另一方面，F(xiàn)e3O4銹的再氧化：

3Fe3O4+3/4O2+9/2H2O→9FeOOH試驗鋼板耐蝕性的理論預測

試樣型號成分（wt%）耐腐蝕指數(shù)ICSiMnPSCrCuNiQ235B0.120.120.370.0110.0050.02---某鋼廠同級別耐候鋼6.886武鋼耐候鋼7.323降Ni試驗鋼7.312應用國標公式理論預測結(jié)果均說明：Ni含量降至下限其耐候性仍能滿足國標要求（耐腐蝕指數(shù)I≥6滿足交貨要求）。該耐候鋼降Ni是可行性周浸腐蝕失重動力學曲線

不同浸漬周期平均腐蝕速率無論是普碳鋼還是耐候鋼，周浸開始腐蝕速率先增大，8天后開始下降

試樣型號相對腐蝕速率（%）1天2天4天8天16天32天同級別耐候鋼70.6463.6863.7165.863.158.73武鋼耐候鋼64.4952.5353.0743.4239.9741.89降Ni試驗鋼93.6672.3663.4646.6142.0642.30三種耐候鋼相對Q235的相對腐蝕速率隨時間的變化

與Q235相對腐蝕速率隨時間的變化

武鋼的耐候鋼板相對腐蝕速率始終都滿足鐵標要求≤65%

；降Ni后的耐候鋼相對腐蝕速率周浸2天后滿足要求。

不同腐蝕周期帶銹試樣照片

不同腐蝕周期除銹試樣照片

Q235碳鋼武鋼某耐候鋼降Ni試驗鋼8Q235碳鋼武鋼某耐候鋼降Ni試驗鋼16Q235碳鋼武鋼某耐候鋼降Ni試驗鋼32不同腐蝕周期銹層截面觀察

合金元素在銹層中分布

Cr、Cu在內(nèi)銹層中存在富集，Ni在銹層中的分布和基體中沒有明顯差別。

武鋼某耐候鋼降Ni試驗鋼降Ni的耐候鋼試驗板大氣腐蝕預測D2=0.0058t20.8012

耐候鋼在北京試驗站（工業(yè)大氣環(huán)境）的16年的大氣暴露失重數(shù)據(jù)回歸冪函數(shù)規(guī)律：

D1=0.027t10.33

當D1=D2

即0.027t10.33=0.0058t20.8012

周浸時間/(d)腐蝕深度/(mm)周浸時間t2(天)12481632大氣暴露t1(天)3.6219.47104.64562.733026.2016274.1t1=0.009913t22.4279

周期浸潤腐蝕實驗試驗周期與大氣暴露試驗時間對應表

耐候鋼至少要暴露腐蝕1年半左右才能形成穩(wěn)定銹層

32天周浸腐蝕大約相當于大氣暴露44年，對應的腐蝕深度為0.09047mm，可以滿足實際工程需要3.

鋼包鑄余渣循環(huán)利用研究對于精煉鋼包鑄余爐渣一般屬于還原性渣，渣中(FeO)低、游離(CaO)高、活性度大，由于鐵水都經(jīng)過了100%的鐵水預處理，鑄余渣中的硫含量都不高，即使是經(jīng)過了LF爐深脫硫處理，經(jīng)統(tǒng)計渣中（S）<0.25%，因此滿足煉鋼精煉堿性原料對(CaO)含量、(CaO)形態(tài)及有害元素控制要求。并且還具備預熔處理的特性。武鋼的鋼包鑄余渣與其他鋼渣混在一起送渣場集中處理，沒能根據(jù)鑄余渣的特點進行細分，二次資源沒有得到很好利用。故，如何充分發(fā)揮精煉鋼包鑄余爐渣的冶金功能，使其在煉鋼過程循環(huán)利用，這不僅降低了生產(chǎn)成本，而且發(fā)揮了資源的最大化利用，是鋼鐵廠低碳經(jīng)濟之路，對提高鋼渣利用的使用價值有重要的意義。

3.1

鑄余渣冷態(tài)利用技術(shù)開發(fā)鑄余渣冷態(tài)利用是將精煉鑄余渣分類收集緩冷處理，經(jīng)破碎磁選分離，將渣中的金屬和尾渣分選后單獨加以綜合利用，尾渣加工成再生鋼廠可利用產(chǎn)品，可以將精煉鑄余渣資源得到最大化利用。使用精煉渣渣樣使用鋼水精煉劑渣樣使用鑄余基精煉劑時的終渣渣況與使用精煉渣的渣況相當，控制精煉終渣氧化性較好，(FeO)+(MnO)=0.86%。成渣平均時間4min，鋼包渣中FeO+MnO平均為0.86%，脫硫率為73.8%，鋼水中Al2O3的含量與現(xiàn)工藝基本相當，基本達到工藝和現(xiàn)場使用要求。3.2

鑄余渣在線熱循環(huán)技術(shù)鑄余渣在線熱循環(huán)工藝，即直接利用連鑄大包鑄余紅渣。由于連鑄熱態(tài)鑄余渣為高堿度還原性紅渣，溫度較高，熔渣流動性較好，疏松度和氣孔率較高，對夾雜物的吸附性較強，加入鋼包后有利于LF爐造白渣精煉操作，降低石灰和精煉渣用量，提高鋼水質(zhì)量，減少鋼中夾雜物。但由于在鑄余渣翻渣過程中，鋼包渣面裸露在空氣中，翻入的渣對鋼包內(nèi)沖擊較大，渣面發(fā)生二次氧化，鋼中Als會有部分損失，使精煉過程的Al耗稍有增加。在線循環(huán)熱態(tài)鑄余渣噸鋼可降低成本15.68元/t·鋼。循環(huán)過程中精煉渣化學組成變化規(guī)律爐號SiO2CaOMgOAl2O3MnOFeOTiO2SP2O5C/A循環(huán)前E115168-D12.1451.058.7823.640.10.3062.30.620.042.16E125205-D16.1650.478.5619.940.120.5582.160.760.032.53E125206-D12.647.3211.7923.810.10.451.640.860.071.99E115167-D14.945.217.0418.050.10.6122.080.700.142.50循環(huán)一次E115169-D12.3351.4910.5220.250.080.362.570.900.072.54循環(huán)二次E125213-D11.5647.8912.423.410.10.3692.220.770.032.05E125213-E12.1346.712.2823.730.090.5582.260.740.041.97表5.1SPA-H鋼循環(huán)過程中終渣及鑄余渣成分注：D表示終渣，E表示鑄余渣，C/A表示CaO/Al2O3循環(huán)過程中精煉渣化學組成變化規(guī)律爐號SiO2CaOMgOAl2O3MnOFeOTiO2SP2O5C/A循環(huán)前E115175-D4.2454.1312.8226.150.160.840.180.5402.07E125214-D2.8156.17.929.640.070.470.381.0201.89循環(huán)一次E125211-D4.2853.827.5431.570.180.790.430.5001.70E125212-D2.9654.169.7430.330.060.520.560.6201.79循環(huán)二次E115171-D4.7751.8913.827.510.060.4300.5201.895115171-E5.0153.111.8525.090.090.6300.702.12E115172-D2.1754.957.1933.180.070.410.50.5801.66E115172-E2.655.036.7632.730.070.450.530.6901.68表5.2DC01鋼循環(huán)過程中終渣及鑄余渣成分SPA-H鋼DC01鋼圖5.1循環(huán)過程中精煉終渣中Al2O3含量的變化SPA-H鋼DC01鋼圖5.2循環(huán)過程中精煉終渣中C/A比的變化鋼種爐號C/A主要礦相組織SPA-H循環(huán)前E1151672.5012CaO·7Al2O33CaO·MgO·2SiO2循環(huán)一次E1151692.543CaO·Al2O3CaTiO3循環(huán)二次E1252132.053CaO·Al2O3CaTiO3DC01循環(huán)前E1151752.073CaO·Al2O3E1252141.893CaO·Al2O3CaTiO3循環(huán)一次E1252111.703CaO·Al2O3CaTiO3E1252121.793CaO·Al2O3CaTiO3循環(huán)二次E1151711.89CaO·6Al2O3CaTiO3E1151721.663CaO·Al2O3CaTiO3表5.3熱循環(huán)過程中精煉終渣的礦相組織循環(huán)過程中精煉渣熔化溫度和熱容量變化爐號熔化溫度/℃熱焓/（J/g）循環(huán)前E1151671237～1272-112.68循環(huán)一次E1151691274～1301-52.10循環(huán)二次E1252131242～1267-74.51表5.4SPA-H鋼循環(huán)過程中精煉終渣熔化溫度及熱焓爐號熔化溫度/℃熱焓/（J/g）循環(huán)前E1151751350～1367-291.94E1252141362～1372-252.38循環(huán)一次E1252111327～1344-225.45E1252121367～1377-279.76循環(huán)二次E1151711330～1353-265.65E1151721338～1373-232.76表5.5DC01鋼循環(huán)過程中精煉終渣熔化溫度及熱焓圖5.6循環(huán)過程中精煉終渣熔化溫度的變化從圖中可知，對DC01鋼而言，由于循環(huán)過程中爐渣的C/A逐漸降低，使得爐渣的熔化溫度也降低，而對SPA-H鋼由于循環(huán)第一次時加入的石灰量很大，導致爐渣的C/A比突然升高，因此熔化溫度也有所升高。循環(huán)過程中精煉渣脫硫能力變化規(guī)律爐號（S）[S]硫分配比（S）/[S]硫容量C’s循環(huán)前E1151680.620.0023100.030E1252050.760.0041900.022E1252060.860.0051720.028E1151670.700.0051400.023循環(huán)一次E1151690.900.0033000.037循環(huán)二次E1252130.770.003256.70.027爐號（S）[S]硫分配比（S）/[S]硫容量C’s循環(huán)前E1151750.540.0041350.079E1252141.020.0033400.083循環(huán)一次E1252110.500.00862.50.054E1252120.620.0023100.070循環(huán)二次E1151710.520.003173.30.060E1151720.580.0022900.067表5.6SPA-H鋼精煉終渣硫容量及硫分配比表5.7DC01鋼精煉終渣硫容量及硫分配比圖5.7SPA-H鋼循環(huán)過程中終渣硫容量變化圖5.8DC01鋼循環(huán)過程中終渣硫容量變化圖5.9SPA-H鋼循環(huán)過程中終渣中CaO含量變化圖5.10DC01鋼循環(huán)過程中終渣中CaO含量變化爐號[S]%脫硫能力出鋼LF后脫硫量脫硫率循環(huán)前E1151750.0250.0040.02184%E1252140.0300.0030.02790%循環(huán)一次E1252110.0210.0080.01361.9%E1252120.0190.0020.01789.5%循環(huán)二次E1151710.0190.0030.01684.2%E1151720.0240.0020.02291.7%表5.8DC01鋼精煉過程中的脫硫率在循環(huán)過程中，補加石灰可以提高爐渣的硫容量，保持爐渣的脫硫能力。循環(huán)過程中鋼水潔凈度的變化爐號T[O]/PPm[N]/PPm循環(huán)前E1151682742E1252054127E1252063734E1151673430循環(huán)一次E1151692123循環(huán)二次E1252131115氧氮含量爐號T[O]/PPm[N]/PPm循環(huán)前E1151758457E1252143632循環(huán)一次E1252113827E1252124728循環(huán)二次E1151715330E1151724132表5.9SPA-H鋼循環(huán)過程中鋼水中氧氮含量變化表5.10DC01鋼循環(huán)過程中鋼水中氧氮含量變化圖5.11SPA-H鋼循環(huán)過程鋼中全氧量變化

圖5.12DC01鋼循環(huán)過程鋼中全氧量變化

圖5.13SPA-H鋼循環(huán)過程鋼中氮含量變化

圖5.14DC01鋼循環(huán)過程鋼中氮含量變化

隨著循環(huán)次數(shù)的增加，鋼水中的氮含量是降低的，這可能是由于隨著循環(huán)次數(shù)的增加，回渣量增大，使得鋼包中的渣層厚度增加，起到了一定的埋弧效果，減少了加熱時電極區(qū)的增氮量。但是由于在精煉過程中必須保持一定的鋼包凈空高度，因此隨著循環(huán)次數(shù)的增加，回收的鋼渣量應該減少。夾雜物含量鋼種循環(huán)次數(shù)爐號夾雜物數(shù)量/（個·mm-2）總含量/（個·mm-2）<20μm20～50μm>50μmSPA-H循環(huán)前E1151673.864.731.179.76E1151685.113.330.919.35E1252055.055.031.1511.23E1252064.464.361.2210.04循環(huán)一次E1151694.162.710.427.29循環(huán)二次E1252133.831.111.376.31DC01循環(huán)前E1151755.737.212.7415.68E1252143.031.670.595.29循環(huán)一次E1252113.290.831.375.49E1252123.302.011.236.54循環(huán)二次E1151713.044.580.347.96E1151723.761.770.405.93表5.11精煉終點時鋼水中的夾雜物數(shù)量分布圖5.15SPA-H鋼循環(huán)過程鋼中夾雜物數(shù)量變化

圖5.16DC01鋼循環(huán)過程鋼中夾雜物數(shù)量變化

在SPA-H鋼的循環(huán)過程中，循環(huán)兩次之后精煉終渣中并沒有發(fā)現(xiàn)有高熔點的CaO·6Al2O3生成，而在DC01鋼的循環(huán)過程中，循環(huán)兩次之后發(fā)現(xiàn)有高熔點的CaO·6Al2O3生成。小結(jié)1）隨著熱循環(huán)次數(shù)的增加，精煉渣中的（Al2O3）含量增加，CaO/Al2O3比值降低；2）隨著循環(huán)次數(shù)的增加，精煉渣的脫硫能力在減弱，但是在每次循環(huán)利用時補加適量的石灰，可以提高渣系的堿度，恢復熔渣的脫硫能力；3）在循環(huán)利用的過程中，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，爐渣CaO/Al2O3在降低，渣中形成的礦相組織就會由低熔點12CaO·7Al2O3、3CaO·Al2O3向高熔點的CaO·6Al2O3改變，這樣爐渣的流動性減弱，脫硫和吸收夾雜能力都要受到影響。因此在每次循環(huán)利用時適當補加石灰，提高爐渣的C/A比，防止渣中高熔點的CaO·6Al2O3類物質(zhì)析出；4）隨著循環(huán)次數(shù)的增加，爐渣的熔化溫度并沒有太大的變化；

5）隨著循環(huán)次數(shù)的增加，回渣量會增大，這樣使得渣層厚度增加，對精煉過程中吹氬攪拌不利，因此為了使精煉過程中鋼包具有足夠的凈空高度，應該控制回收的鋼渣量。4.1低成本鐵水脫硫技術(shù)應用實例武鋼在20余年鐵水脫硫技術(shù)發(fā)展進程中進行了多項技術(shù)改進，脫硫工藝不斷優(yōu)化完善。隨著低硫品種鋼的不斷增加，武鋼鐵水脫硫比2007年已超過90%，2009年更是高達100%，深脫比在88%以上。鐵水全脫硫與深脫硫，已成為潔凈鋼生產(chǎn)的必要手段。（1）氧化鈣替代部分碳化鈣的混合噴吹脫硫試驗為了降低脫硫成本，結(jié)合現(xiàn)有脫硫工藝以及設備狀況，在處理后的鐵水的硫含量、溫度及供應節(jié)奏等能滿足轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)要求的前提下，在原單純使用碳化鈣脫硫劑的脫硫站，進行了氧化鈣替代部分碳化鈣的混合噴吹脫硫試驗。（2）CMD脫硫劑開發(fā)與應用