洁净钢生产工艺技术

洁净钢生产工艺调研　朱志红　（重钢集团钢铁股份公司钢研所）　摘要主要论述了洁净钢与其性能之间的关系，同时较为详细的介绍了国内外生产洁净钢控制钢中杂质　元素［ｃ、Ｓ、Ｐ、Ｎ、Ｈ、Ｏ］的技术，为重钢生产洁净钢提供有益的借鉴。　关键词洁净钢炼钢连铸工艺　１前言　在当前全球钢铁生产能力过剩，钢材市场竞争　激烈，我国处于面向调整和优化钢铁工业结构的关　键时期，洁净钢生产是全面提高我国钢铁产品质量　档次，并和高效连铸、近终形连铸连轧机等先进技　术结合，实现向钢铁强国迈进的必由之路和重要标　志之一。谁能率先掌握洁净钢的生产技术，并结合　这一技术开发出市场需要的高附加值产品，谁就能　取得可观的经济效益，在市场竞争中取得有利地位。　科学技术的发展，各行各业对钢材产品的质量和洁　净度提出了严格的要求，洁净钢生产技术已被提到　新的日程上来，因此重钢要在日趋激烈的钢材市场　竞争中立于不败之地，必须尽快掌握洁净钢的生产　技术，及早具备规模生产洁净钢的能力。　２洁净钢的概念　关于纯净钢和洁净钢的概念，目前国内外尚无　统一的定义，但一般都认为洁净钢是指对钢中非金　属夹杂物（主要是氧化物和硫化物）进行严格控制　的钢种，这主要包括：钢中总氧含量低、非金属夹　杂物少、尺寸小、分布均匀以及合适的夹杂物形态。　而纯净钢是指除对钢中非金属夹杂物进行严格控制　外，钢中的杂质元素含量也较少，钢中的杂质元素　一般是指五大有害元素［Ｓ、Ｐ、Ｈ、Ｎ、Ｏ］，１９６２年，　ｋｉｅｓｓｌｉｎｇ把钢种微量元素（ｐｂ、Ａｓ、ｓｂ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｓｎ）　也包括在杂质元素之列，这主要是因为炼钢的过程　中上述微量元素难以去除，随着废钢的不断返回利　用，这些微量元素在钢中不断富集，因而其有害作　用日益突出。　应该指出的是，不同钢种对钢的洁净度要求不　同，这主要因钢的使用条件和级别而定。　３国内外洁净钢生产工艺技术研究　３．１深脱磷工艺技术研究　脱磷的热力学条件是低温、高碱度、高的氧化　性，目前磷的去除主要也是在铁水处理、转炉或电　炉冶炼、二次精炼三个阶段进行，三个阶段脱磷的　特点如表２所示。铁水脱磷必须先脱硅，在高炉出　铁流沟及铁水包投放脱硅剂即可将铁水ｓ　ｉ脱到　０．２％左右。英国钢铁公司Ｌｌａｎｗｅｎ厂和Ｔｅｃｅｓｓｉｄｅ厂　建议生产低磷钢最好使用［ｓｉ］为０．３％的铁水，两　厂采用碱性转炉吹炼，用石灰石代替白云石，使用　硅含量很低的铁水，并保持良好的搅拌，可使［Ｐ］　由铁水中（７２０～８７０）×１０　下降到（８０—９０）ｘ　１０　。　钢中［Ｐ］的去除一般有三种方法：一是铁水预　处理脱磷，这在日本已被广泛使用，脱磷后铁水中　磷含量可达到１００×１０　～１８０×１０　；二是转炉或电　炉精炼脱磷，脱磷是与炼钢初期氧化脱碳过程同时　进行的，吹炼终点［Ｐ］可达到１００ｘ　１０　左右。三是　有些厂家开始使用转炉两次脱磷工艺，可以使［Ｐ］　含量达到３０×１０　的水平。新日铁名古屋脱［Ｐ］至　１０×１０　，我国宝钢使用转炉两次脱磷，使钢中［Ｐ］　达到２０×１０　。　３．２低硫钢生产工艺技术研究　３．２．１硫在钢中的危害　硫在钢中以硫化物（ＭｎＳ、ＦｅＳ、ＣａＳ等）形式存在，　对力学性能的影响是：（１）使钢材横向、厚度方向强度、　塑性、韧性显著低于轧制方向（纵向），特别是钢板低　温冲击性能；（２）显著降低钢材抗氢致裂纹能力，因　此用于海洋工程、铁道桥梁、高层建筑、大型储氢　罐，钢板【ｓ】≤５０×１０　。硫还影响钢材抗腐蚀性能，　用于输送含Ｈ：ｓ等酸性介质油气管线钢，　ｆＳ】降至　（５～１０）×１０　。此外硫对钢材热加工性能、可焊性均　产生不利影响。　３．２．２超低硫钢生产工艺流程　３．２．２．１新日铁大分厂深冲钢板转炉生产流程　

第十四届全国钢质量与非金属夹杂物控制学术会议２０１０年５月・广西桂林

包钢一炼钢洁净钢生产技术开发

智建国，陈爱梅，刘平

（包钢（集团）公司技术中心，包头０１４０１０）

摘要：通过包钢一炼钢系统的转炉冶炼．ＬＦ精炼．ＶＤ真窄处理．连铸工艺路线下生产重轨钢的氢、氧、氮控制研

究，得出在稳定控制钢中氢、氧含量的基础上，主要是对钢中氮含量的控制。提出了采用低氮增碳剂和ＬＦ精炼

过程用埋弧渣的技术措施并进行实践，结果重轨钢中【Ｎ】含量同比降低１０ｐｐｍ、【Ｈ】＋【ｏ】＋［Ｎｌ＿＜６０ｐｐｍ达９０％以上，同时对钢中其它夹杂物没有不良影响。

关键词。洁净钢：生产技术；炼钢；重轨钢

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所谓洁净钢通常包括两方面的含义，一方面是指钢中杂质元素含量较低，如钢中Ｈ、Ｏ、Ｎ、

Ｐ、Ｓ含量，有的钢种甚至包括Ｃ的含量，另一方面是指钢中非金属夹杂物数量少、尺寸小、分布均匀，且以合适的形态存在ＩＩＪ。经过多方面的设备改造和工艺、技术的开发，包钢一炼钢系统生产钢的洁净度有了很大提高，

采用复吹转炉．ＬＦ精炼．ＶＤ真牢处理．连铸工艺生产的Ｕ７１Ｍｎ重轨钢的洁净度为：钢中【Ｈ】＋【Ｏ】＋［Ｎ】

平均６５．９ｐｐｍ，钢中氧化物夹杂总量平均２５．０６ｐｐｍ，分量中Ａ１２０３含量平均７．４ｐｐｍ，钢中非金属夹杂物按ＡＳＴＭ标准评级，硫化物２．５级，氧化物和硅酸盐１．５级，球状氧化物ｌ级。为了满足

和稳定高速铁路用钢轨的质量要求，提出钢中【ＨＩ＋［ＯＩ＋［Ｎ］５６０ｐｐｍ的目标。

２目标分析及技术开发方向

通过采用顶底复吹转炉冶炼、出钢挡渣、Ｓｉ—Ｃａ－Ｂａ合金终脱氧、精炼造白渣、全程底吹氩搅

拌、ＶＤ真空处理、全程保护浇注、大容量中间包和中间包挡墙等技术，Ｕ７１Ｍｎ重轨钢中氧含量

平均１４．７ｐｐｍ，氢含量平均１．５ｐｐｍ，也就是说只要稳定过程操作，钢中氢、氧含量可稳定控制在

２．０ｐｐｍ和１５ｐｐｍ之内，那么为实现钢中【Ｈ】＋［Ｏ】＋［Ｎ】小于等于６０ｐｐｍ的目标，钢中氮含晕应控制

科按专论　济钢洁净钢生产工艺实践　李保才　济南钢铁股份有限公司生产部　山东济南２５０１　０１　Ｉ擒耍】立足高强钢炼钢生产实践，按照ＫＲ一转炉一ＬＦ－－ｇＨ－－ＣＣＭ的生　产工艺路线，搭建洁净钢生产工艺平台，取得了良好的有害元素与央杂物控　制效果，实现了低合金高强钢单线稳定、批量生产，并保证了产品的质量和　性能要求。　【关键词】高强钢；洁净度；质量；性能　前言　随着社会经济的发展，工程机械和煤机行业用高强钢向着高参数　化、轻量化、大型化的方向发展，因此提高高强钢产品的强度和质量是　钢铁企业发展的趋势，也是提高市场竞争力的必要手段。济钢２１０ｔ转炉　作业区充分利用现有装备的有利条件，在低合金高强钢的生产过程中　通过工艺优化和技术改进获得了丰富的生产经验，并掌握了高强钢生　产的关键技术，完善了设备的冶金功能，逐步实现了一系列低合金高强　度钢批量生产的能力。　１．生产工艺　济钢炼钢厂２１０ｔ转炉作业区于２００９年ｌ２月２６日建成投产，现有ＫＲ　铁水脱硫、２１０ｔ转炉、ＬＦ精炼炉、ＲＨ精炼炉各ｌ座、ＤＡＮＩＥＬＩ板坯连铸　机１台，铸坯厚度２５０ｒａｍ、３００ｍｍ，以２５０ｍｍ的厚度为主，生产钢种包　括船板钢、高强度钢、容器钢、管线钢以及其他一些特殊用钢，年产量　１５０万ｔ左右。目前该区域已经实现Ｔ１００％钢水精炼处理工艺，其中ＲＨ　处理比率平均达Ｎ５８％左右。根据低合金高强度钢的轧制以及用户使　用要求，实际生产中制定了相应的工艺路线，按照ＫＲ一转炉一ＬＦ—ＲＨ—　ＣＣＭ的生产工艺路线进行生产。　２，生产应用与改进　由于低合金高强钢要求有较高的强度和韧性，因此要求钢水的洁　净度高，夹杂物含量低，铸坯的表面质量和内部质量良好　因此需要对　钢水中的Ｐ、Ｓ、Ｎ、Ｏ、Ｈ等有害元素及夹杂物进行合理控制，从而达到　产品性能和用户的要求。高强钢的化学成分见表１　ｌ　表１高强钢的化学成％　Ｃ　Ｉ　Ｓｉ　ｌ　Ｍｎ　Ｉ　Ｐ　１　Ｓ　ｌ　Ａｌｔ　ｌＴｉ＋Ｎｂ＋Ｖ　Ｉ　ｆ　１’ｉ　ｌ≤㈣ｓｌ≤０埘ｏ１　ｌ≤　ｓ　通过实际生产的应用和数据分析结果，对高强钢的生产工艺参数　进行了相应的改进和优化，提升了高强炼钢工序生产系统的能力，实现　了低缺陷高质量的要求，达到了单线生产批量化、稳定运行的目的。相　关应用改进如下：　１）脱硫工艺的优化。从生产高强钢的实际情况和数据分析结果　表明，要将钢水中的ｓ含量降到更低（１０　Ｘ　１０　以下），需要降低精炼　初始硫含量。同时，钢水到ＬＦ炉快速造渣延长脱硫时间，将渣中全氧　含量迅速降低到１．０％以下，并采用合适的氩气搅拌，保证钢一渣充分　接触，脱硫期间将钢渣碱度控制在３－５之间，脱硫期间温度控制在１　５８０～１６００℃为宜。　２）减少增氮工艺的优化。根据有关企业的生产实际情况表明，余　氧出钢可以大大降低出钢过程的增氮量，因此可以尝试在出钢过程中　对钢水不完全镇静，适当减少铝的加入量，保持出钢过程中钢水的氧含　量，减少钢水增氮，从而稳定、控制钢水初始Ｎ含量。同时，ＬＦ精炼过程　中通过调节风机的开度，确保钢水处理过程中实现微正压，避免与空气　接触增氮。　３）ＲＨ－１－艺的优化。按照冶金热力学关系，１００Ｐａ以下氢气分压平衡　的钢水氢含量约为（０．５－０．７８）Ｘｌ０一，但ＲＨ脱氢过程速率的不均衡使　得脱氢在接近其热力学平衡点时出现停滞，钢水氢脱至１×１０　以下需大　大延长处理时间。同时，ＲＨ在真空处理２０ｍｉｎ以后脱氧效果减弱，并出　现Ａｌ烧损。另外根据有关实验研究表明：ＲＨ处理过程中夹杂物的去除　行为主要发生在前１２ｍｉｎ，ＲＨ处理１２ｍｉｎ．￣将绝大部分的夹杂物去除，　且２～８ｍｉｎｘ是去夹杂最快的时间段，１６ｍｉｎ后熔池中几乎没有簇状物，　在２Ｏ～２４ｍｉｎ区间内，与其他区间相比，夹杂物的去除率已很小，这表　明ＲＨ处理２４ｍｉｎ后，能去除的夹杂物几乎已全部去除，从去除夹杂物　的角度考虑，继续进行ＲＨ处理的意义不大，该结果与实际取样基本吻　合。因此，将ＲＨ真空处理时间调整为１８－２０ｍｉｎ，既可以满足钢水脱气　要求又可以和生产节奏匹配，实现合理的优化。　４）吹氩时间的优化和调整。根据有关研究表明，喂线后合理的软　吹氩工艺有利于钢中夹杂物的上浮，根据ＬＦ路喂线软吹氩时间与夹杂　物指数关系可见，合适的软吹氩时间应控制在１０－１５ｍｉｎ）。当吹氩时　间较长时，钢中的夹杂物指数（夹杂物指数＝Ｂ类＋Ｄ类）反而升高，这　主要与吹氩较强导致钢液二次氧化有关。因此，将精炼吹氩调整为１５　ｍｉｎ，保证夹杂物上浮的同时避免二次氧化。　５）精炼渣系的选择。对于高强钢生产精炼渣的选择来说，既要满　足脱硫又要保证后期夹杂物的吸附。因此需要考虑精炼渣的组成和熔　点，根据实际生产结果看钢渣碱度控制在３～５，∑（ＭｎＯ＋Ｆｅ）≤１．０％，　Ａｌ２Ｏ　＞ｔ２５％，即可满足高强钢生产的要求。　３，结语　１）高强钢的生产需要关注生产原料条件，尽可能的降低各种原料　中的有害元素含量，并充分发挥炼钢各工序设备的冶金功能，实现系　统的稳定以及系统成本的最低化，获得效益的同时达到优良的产品质　量。　２）增氮的控制是贯穿于炼钢生产的各个环节的，因此需要各工序　在操作上精心控制，并采取不同措施减少或消除增氮的因素。　３）对于钢水中夹杂物。一方面采用控制为主，即减少夹杂物的产生　量；另一方面对于已经产生的夹杂物尽可能的除去或变性，减少对钢材　质量的影响。通过优化夹杂物控制和去除的手段，精炼结束后Ｂ＋Ｄ类　夹杂物含量可以控制在１．５以］－ａ　４）从生产情况看，Ｐ＋ｓ＋Ｎ＋０＋Ｈ的总和在（１０４－２５９）×１０～，影响　较大的是钢水中的Ｐ含量，最低为６７×１０一，最高为１４４×１０＿。。，其次是Ｎ　含量。如果将Ｐ含量稳定控制在５０×１０　以内，ＮＰ＋Ｓ＋Ｎ＋０＋Ｈ的总和　可以控制在１００ｘ１０～。因此，下一步需要重点考虑钢水Ｐ、Ｎ含量的稳定　控制。　

RH-LF和LF-VD工艺生产管线钢洁净度的比较

一、 电弧炉炼钢的时代特点

1、变为初炼炉

进入20 世纪80年代后，随着炉外精炼技术、工艺、装备的快速发展，原冶炼工艺中

在电弧炉内完成的合金钢、特殊钢的脱氧、合金化、除气、去夹杂的电炉“重头戏”移到炉外

精炼炉去进行了。 电弧炉及转炉皆变为只须向炉外精炼炉提供含碳、硫、磷、温度、合金化

合格或基本合格的钢水就算完成任务的炼钢初炼炉。 改变和结束了原电弧炉的熔时长（三个

多小时）、老三期操作（熔化期、氧化期、还原期）以及产量低、渣量大、炉容小、成本高的

状况。

2、炉容大型化

随着电炉—炉外精炼—连铸—直接轧材工艺的发展，这种短流程（相对于焦化、烧结

—高炉—转炉—炉外精炼炉—连铸—)轧材工艺而言的轧机产量要求电炉与之相匹配，例如长

材年产50-80 万t、板材100-200 万t 、热轧卷年产200万t以上,因此单一匹配电炉的炉容

量和生产率,生产速率必须与轧机相衔接.

目前, 较多采用公称炉容量80-120万t 左右的电弧炉，从趋势看炉容量仍在提高。变

压器向超高功率发展（1000KVA/t)。

3 、 电炉转炉化

氧气顶吹转炉依靠铁水为原料，吹氧冶炼故冶炼周期短（20min左右） ，产量高，即

获得了比电炉高的多的生产率和生产速率( 科技工作者在20 世纪50年代在电弧炉上吹氧

（炉门和炉顶）兑入约30%~50%的铁水（EOF 炉），把转炉的工艺优势移植过来，电炉的冶

炼周期大大缩短，目前均在45min 左右( 故电炉顶吹氧、热装铁水、电炉双炉壳很快得到推

广。

4、 电弧炉钢产量大幅增长

在上述三项电炉自身工艺变化的同时，随着社会发电技术，能力的增长（核电站、水

力发电等）及社会废钢量的增加， 直接还原铁DRI、HBI、Fe3C 技术工艺的发展,都为电弧

炉快速发展提供了条件. 因此,世界各国电弧炉钢产量由1950 年占世界总产钢量的6.5%增至

1990 年的27.5% , 2003 年的36%.