攀鋼煉鋼脫氧工藝的發(fā)展動態(tài)

攀鋼煉鋼脫氧工藝的發(fā)展動態(tài)

1提效研究開發(fā)新產(chǎn)品脫氧是鋼精設(shè)備中不可或缺的重要環(huán)節(jié)。鋼精劑的品種、質(zhì)量和新產(chǎn)品的開發(fā)與脫氧化合作環(huán)節(jié)有關(guān)。隨著用戶對產(chǎn)品質(zhì)量的苛刻要求,出現(xiàn)了純凈鋼、超純凈鋼等高質(zhì)量的鋼產(chǎn)品,對脫氧工藝提出了更高的要求,促使煉鋼脫氧技術(shù)有大的發(fā)展。隨著板坯連鑄、RH真空設(shè)備,熱軋、冷軋在攀鋼的相繼建成,其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大的變化。這些新產(chǎn)品、新工藝對煉鋼的脫氧工藝提出了新的要求,因此,原有的預(yù)脫氧喂線工藝已不能滿足一些鋼種的工藝要求。而近年來發(fā)展起來的無鋁脫氧,金屬型脫氧劑以及鋼渣脫氧變性等技術(shù),無疑會對新產(chǎn)品的開發(fā)起到積極的促進作用。本文敘述了煉鋼脫氧技術(shù)的發(fā)展動態(tài),分析評價了攀鋼煉鋼脫氧工藝現(xiàn)狀及脫氧劑使用情況,對攀鋼脫氧工藝的發(fā)展提出建議。2重要的鉻處理2.1鋁系復(fù)合脫氧劑煉鋼最早采用硅脫氧,它的出現(xiàn)誕生了鎮(zhèn)靜鋼。硅脫氧的致命弱點在于:硅的脫氧能力較弱,經(jīng)硅脫氧的鋼常出現(xiàn)脫氧不完全的現(xiàn)象,鋼材的皮下氣泡多;硅脫氧后,鋼中夾雜主要為大型硅酸鹽夾雜,對鋼材性能有不利的影響;脫氧產(chǎn)物SiO2為酸性物質(zhì),易使鋼水回磷、回硫。20世紀(jì)30年代,電解鋁技術(shù)及工藝日趨成熟,鋁價降低,產(chǎn)生了煉鋼用鋁脫氧技術(shù),帶來了煉鋼脫氧技術(shù)的革命。美國首先開始使用鋁作終脫氧劑。由于鋁有極強的脫氧能力,用它作脫氧劑,可使鋼水中的氧脫至較低水平。與硅脫氧相比,它不僅脫氧完全,大幅度減少了鋼中SiO2夾雜,而且由于其脫氧產(chǎn)物Al2O3為中性物質(zhì),不降低鋼渣堿度,不易使鋼水回磷、回硫。直到現(xiàn)在,國內(nèi)外所有煉鋼廠仍主要用鋁(或含鋁合金)作為鋼水的終脫氧劑。由于鋁的比重小,鋁的回收率很低,僅為10%~25%,致使煉鋼成本高。為了提高鋁的利用率,各鋼廠相繼發(fā)展了硅鋁鐵、鋁錳鐵、硅鋁鋇等鋁系復(fù)合脫氧劑。鋁系復(fù)合脫氧劑的密度普遍高于純鋁的密度,加入到鋼液中后有較為充足的時間上浮,從而提高了鋁的使用效率,同時脫氧產(chǎn)物形成了低熔點的復(fù)合氧化物,為脫氧產(chǎn)物的去除創(chuàng)造了條件。但是,鋁脫氧的脫氧產(chǎn)物為Al2O3鏈狀夾雜,它對鋼材的性能,特別是冷加工和疲勞性能影響較大。為解決這一問題,出現(xiàn)了能夠?qū)A雜物形態(tài)進行改變和控制的非鋁系復(fù)合脫氧劑。非鋁系脫氧劑主要有:Si-Ca、Si-Ba、Si-Ca-Ba等。鈣的蒸氣壓高、沸點低,在鐵液中的溶解度小,難以在高溫鋼液中發(fā)揮有效作用,因而常常與Si、Ba等元素一起使用。綜上所述,煉鋼脫氧劑在20世紀(jì)80年代已基本定型為Al、Al合金、Si-Ca及少量稀土合金。2.2鋼渣脫氧和改性技術(shù)20世紀(jì)80年代以前,脫氧工藝一般只考慮對鋼水進行脫氧。以后隨著用戶對鋼質(zhì)量的要求越來越高,對鋼渣的脫氧和改性被提到很重要的位置。未經(jīng)處理的鋼包渣(FeO+MnO)含量在8%~15%,且堿度較低。日本、北美等國的研究結(jié)果表明,當(dāng)渣中(FeO+MnO)超過3%時,對鋼的純凈度和性能有不良影響,內(nèi)陸鋼廠的現(xiàn)場試驗結(jié)果也表明,冷軋板的質(zhì)量指數(shù)與鋼包渣中(FeO+MnO)呈負相關(guān)關(guān)系。(FeO+MnO)越高,質(zhì)量指數(shù)越低,而缺陷指數(shù)則越高。因此,進入20世紀(jì)80年代中期,西方一些大鋼廠紛紛采用鋼渣脫氧和改性技術(shù),這樣做的目的除減少對鋼水的污染外,還能有利于吸附夾雜。對鋼渣進行脫氧的脫氧劑主要有:金屬鋁、CaC2。20世紀(jì)80~90年代初以用金屬鋁為主;1992年以后北美及日本一些廠開始使用CaC2,如美國鋼鐵公司、大湖廠、墨西哥AHMSA公司、日本新日鐵等。使用量為Al0.5~0.8kg/t鋼,CaC23~5kg/t鋼。對鋼渣脫氧要結(jié)合改性一起考慮,改性劑的組成一般為:Al+CaO+CaF2,CaC2+CaO+CaF2,CaC2+CaO+CaF2+Al2O3。2.3cac2脫氧劑用CaC2脫氧始于電爐煉鋼工藝。引入轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝是在20世紀(jì)90年代以后,主要是與鋼水的預(yù)脫氧和鋼渣脫氧改性一并考慮,作為一種預(yù)脫氧或輔助脫氧。國外采用CaC2脫氧的廠家有美國鋼鐵公司、大湖廠、伯利恒、墨西哥AHMSA、新日鐵等。國內(nèi)主要是攀鋼和馬鋼。SiC是弱脫氧劑,未見有國外使用SiC脫氧的報道。國內(nèi)大廠主要是攀鋼作為一種預(yù)脫氧劑在使用,其余均為一些中小型鋼廠在使用。SiC作為一種預(yù)脫氧劑,主要替代部分硅鐵、增碳劑,以節(jié)約生產(chǎn)成本。2.4強—脫氧方式傳統(tǒng)的脫氧工藝一般采用先弱后強的脫氧原則。近年來在日本、西歐和北美采用另一種方式:強—弱—強方式。即先用一部分強脫氧劑把鋼水的氧脫到較低水平,然后再合金化和深脫氧。其目的是要穩(wěn)定所需元素的收得率和提高控制成分精度。攀鋼采用Pl預(yù)脫氧工藝實際上與強—弱—強的方式相近。3脫氧機和脫氧劑的使用3.1出鋼鋼包預(yù)脫氧simae及鋁塊超導(dǎo)物出鋼→鋼包Si、Mn脫氧合金化(適當(dāng)加鋁塊或鋁合金)→澆注對鋼材晶粒度或酸溶鋁有要求的鋼種則采取:出鋼→鋼包Si,Mn脫氧合金化→鋁塊及鋁合金(SiAlFe、SiAlBa)終脫氧并合金化→澆注·20世紀(jì)90年代以后,攀鋼喂線技術(shù)投入使用后的脫氧工藝出鋼→鋼包內(nèi)預(yù)脫氧(SiC或Pl),Si、Mn脫氧合金化(喂少量鋁線)→澆注對鋼材晶粒度或酸溶鋁有要求的鋼種則采取:出鋼→鋼包預(yù)脫氧(鋁塊或SiC或Pl或?qū)Ｓ妹撗鮿?,Si、Mn合金化→喂鋁線終脫氧→澆注與其它一些鋼廠的脫氧工藝相比較,攀鋼現(xiàn)行脫氧工藝的主要特點在于預(yù)脫氧環(huán)節(jié)。國內(nèi)外預(yù)脫氧的脫氧劑普遍采用金屬型預(yù)脫氧劑,而攀鋼則采用非金屬型的預(yù)脫氧劑。3.2目前，一些脫氧劑被用于攀鋼3.2.1回收率、脫氧方式Pl脫氧劑屬于非金屬脫氧劑,從1990年起用于轉(zhuǎn)爐鋼水的預(yù)脫氧,首先在連鑄鋼種上應(yīng)用,后來逐步推廣到攀鋼大部分的鋼種上(低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼、普碳鋼、車軸鋼、重軌鋼等),與喂線技術(shù)結(jié)合形成攀鋼特色的預(yù)脫氧喂鋁線的脫氧工藝技術(shù)。攀鋼采用Pl預(yù)脫氧制度確實使鋼液的氧活度降低到了較低水平,也使攀鋼的Si、Mn回收率(與國內(nèi)相同的鋼種相比)分別提高了約5個百分點,Al的回收率也有所提高。Pl脫氧劑一般在出鋼前加入鋼包內(nèi),其脫氧方式有擴散脫氧也有沉淀脫氧。因此,既可以脫出鋼液中的氧,也可以對轉(zhuǎn)爐的下渣進行部分脫氧;同時,由于其脫氧產(chǎn)物是CaO,提高了鋼包渣的堿度,有一定的脫硫能力,同時有利于吸附夾雜、凈化鋼質(zhì)。Pl脫氧劑推廣應(yīng)用近10年來,對提高鋼水質(zhì)量、新產(chǎn)品的開發(fā)起了很大作用。但尚存在一些問題:(1)Pl脫氧劑易受潮發(fā)生粉化,影響脫氧效果;若與水發(fā)生反應(yīng)生成可燃氣體,存在發(fā)生燃燒的危險。因此,Pl脫氧劑必須用密封袋包裝,在目前條件下暫時不能實現(xiàn)機械加料,而由人工投擲,工人勞動強度大。(2)由于Pl脫氧劑比重較小,沒有與鋼水作用的部分脫氧劑會漂浮于鋼液表面,與鋼渣產(chǎn)生較激烈的反應(yīng)(特別是轉(zhuǎn)爐下渣較大時),致使鋼包渣發(fā)泡從罐邊溢出,存在設(shè)備和人身的安全隱患問題。通過調(diào)整Pl的成分及控制轉(zhuǎn)爐下渣可望解決這個問題。(3)Pl脫氧劑脫氧后,由于會出現(xiàn)鋼渣發(fā)泡現(xiàn)象,給RH處理時判斷凈空高度帶來一定的困難。(4)Pl脫氧劑有增碳現(xiàn)象,對某些低碳鋼不適用。3.2.2sic脫氧劑SiC脫氧劑屬于非金屬型的弱脫氧劑,從1996年起使用,一段時期內(nèi)應(yīng)用于連鑄普碳鋼、部分低合金鋼及重軌鋼,使用方法與Pl脫氧劑相似。需人工加入,勞動強度大;SiC脫氧產(chǎn)物是酸性SiO2,降低了鋼渣的堿度,易使鋼水回硫、回磷。SiC脫氧劑對于解決澆注變流具有一定的效果,但在使用過程中出現(xiàn)過多起安全事故,造成人員傷害和設(shè)備損傷。3.2.3錳鋼系統(tǒng)一體化鋼液脫氧處理鋁錳鐵是近年來發(fā)展起來的一種新型金屬型脫氧劑,脫氧方式是沉淀脫氧。用鋁錳鐵對低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼進行脫氧合金化,實現(xiàn)了鋼液脫氧合金一體化;錳的存在,可加速脫氧反應(yīng)、促進脫氧產(chǎn)物從鋼液中迅速排除,達到提高金屬鋁的利用率和凈化鋼液的目的。攀鋼從1998年開始在連鑄低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼上試驗并推廣應(yīng)用,結(jié)果證明:用鋁錳鐵脫氧合金化生產(chǎn)低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼,脫氧效果好,能穩(wěn)定控制鋼中酸溶鋁,簡化脫氧合金化工藝,對提高鋼種煉成率和連鑄坯品質(zhì)具有較好效果。目前,鋁錳鐵主要用于連鑄低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼。3.2.4硅鈣藻的作用近年來各種含鋇硅系合金作為煉鋼脫氧劑得到迅速的發(fā)展,硅鈣鋇合金是其中應(yīng)用較廣泛的一種。硅鈣鋇合金將Ca、Ba同時加入鋼中,由于Ba不易揮發(fā),而且在液態(tài)下Ca、Ba可完全互溶,因此Ba能減弱Ca的氣化,增加Ca在鋼中的溶解度,提高Ca的處理效果,使得殘留下來的夾雜為細小球狀鋁酸鈣,而且多為硫化物包裹,硫化物也由條狀MnS變?yōu)榧毶⑶驙頒aS。鋇與氧和硫有很強的親和力,在鋼液中溶解度很小;鋇是表面活性物質(zhì),形成的含鋇夾雜物從鋼液中排除速度較快,有利于凈化鋼質(zhì)。因此,硅鈣鋇合金具有良好的脫氧和凈化鋼質(zhì)的作用。結(jié)合攀鋼煉鋼工藝以及品種質(zhì)量的要求,在重軌鋼系列、硬線鋼、優(yōu)質(zhì)合金鋼等高附加值產(chǎn)品上若使用硅鈣鋇合金,勢必將提高鋼材的內(nèi)在質(zhì)量。4鋼-鐵分離氧的提出4.1鋼水氧化性攀鋼由于采用提釩半鋼冶煉,化學(xué)熱不足,造渣工藝采用少渣量,吹煉過程中為保證爐渣的快速形成,熔池需保持相當(dāng)高的ΣFeO含量。因此,攀鋼轉(zhuǎn)爐的鋼水氧含量比同類轉(zhuǎn)爐冶煉氧含量高100~200ppm,爐渣的ΣFeO高10%~20%;同時,由于入爐半鋼(鐵水)條件不穩(wěn)定,深吹情況常發(fā)生。高氧化的鋼水會對煉鋼脫氧工藝帶來不利影響,使得脫氧劑的消耗增加,并產(chǎn)生大量的夾雜物,這些夾雜物部分殘留鋼中,部分成為污染源進入鋼包的高氧化性轉(zhuǎn)爐渣,對鋼質(zhì)產(chǎn)生不利的影響。低碳鋼冶煉采用一次拉碳技術(shù),可以降低鋼水的氧化性,降低脫氧劑的消耗。研究表明:拉碳次數(shù)越多,鋼水的氧活度、渣中TFe含量越高。當(dāng)終點[C]含量和溫度相同時,拉碳次數(shù)每增加一次,鋼中氧活度將增加100~200ppm,而渣中TFe含量將增加2%~3%。采用在線定氧技術(shù),測定鋼水氧活度,根據(jù)氧活度確定脫氧劑的加入量,對于轉(zhuǎn)爐深度低吹鋼水的脫氧操作有重要指導(dǎo)意義。4.2pl脫氧劑在鋼鋼結(jié)構(gòu)工藝中的應(yīng)用,在普經(jīng)營預(yù)脫氧喂線技術(shù)是攀鋼在近10年的生產(chǎn)實踐中形成的特色,已取得顯著社會效益和經(jīng)濟效益。隨著攀鋼煉鋼技術(shù)的發(fā)展、新設(shè)備投產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量提高,對于真空處理工藝及超低碳鋼,Pl脫氧劑已滿足不了工藝要求,目前采用鋁錳鐵脫氧工藝。但Pl脫氧劑由于有其價格的優(yōu)勢(只有金屬型脫氧劑的一半),在普碳鋼(Q系列)及部分硅鎮(zhèn)靜鋼(20MnSi、30MnV等)上采用Pl脫氧劑,既可以提高鋼材質(zhì)量,又可以降低生產(chǎn)成本。Pl脫氧劑的發(fā)泡上漲問題可以通過調(diào)整成分加以解決;并通過改進煉鋼工藝,控制轉(zhuǎn)爐下渣量,減少鋼渣與脫氧劑的反應(yīng)。4.3金屬型脫氧劑金屬型復(fù)合脫氧劑的脫氧能力強,反應(yīng)迅速,脫氧形成的復(fù)合夾雜物易于上浮。采用金屬型脫氧劑,能夠簡化脫氧工藝,實現(xiàn)機械加入,減輕工人勞動強度。目前,各國鋼廠把研究應(yīng)用金屬型脫氧劑作為煉鋼的脫氧工藝發(fā)展方向。目前攀鋼原有的部分鋼種脫氧工藝已不能滿足煉鋼工藝及提高產(chǎn)品質(zhì)量的要求。例如,重軌鋼為降低氧化物夾雜級別,要求采用無鋁脫氧工藝;硬線鋼為防止Al2O3夾雜對線材拉拔性能的影響,要求鋼中AlS≤0.006%;RH真空處理對鋼包的鋼渣厚度要求≤100mm等。因此,原有的非金屬型預(yù)脫氧喂線的脫氧工藝已不能滿足要求。需要發(fā)展適應(yīng)鋼種、新工藝要求的脫氧工藝。4.4鋁合金鋼攀鋼的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜,從成材手段分為熱軋板、冷軋板、型鋼、線材等,鋼種有普通碳素結(jié)構(gòu)鋼、低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼、低合金鋼、車軸鋼、重軌鋼等。煉鋼的精煉手段有吹氬、喂線、LF爐、RH真空處理設(shè)備。各類鋼材的使用特點、成材方式及性能的要求不同,對脫氧的工藝要求也不同。因此,應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的性能要求,煉鋼的工藝特點,綜合考慮生產(chǎn)成本,分類制定合理、經(jīng)濟的脫氧工藝,見表1。4.5鋼渣理化性能為了滿足用戶對鋼種質(zhì)量的更高要求,應(yīng)考慮對鋼渣進行脫氧和改性。鋼包渣的脫氧、變性是脫氧工藝的重要方面,鋼渣中的(FeO+MnO)含量對鋼液的成分控制有很大的影響;改善鋼渣的理化性能對于吸收夾雜、凈化鋼質(zhì)有好的效果,也是冶煉低硫鋼的條件。攀鋼目前正在進行鋼渣改質(zhì)(變性)試驗研究,已在連鑄低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼應(yīng)用了幾種改質(zhì)劑,取得一定的試驗效果。對于管線鋼、IF等純凈鋼的冶煉,鋼包渣的脫氧、變性更顯得非常必要,因此應(yīng)研究能夠減少對鋼水的污染,還能吸附夾雜的鋼渣變性技術(shù)。5pl脫氧劑的應(yīng)用展望(1)從煉鋼脫氧技術(shù)發(fā)展來