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宝钢：洁净钢技术助力高强度IF钢生产发布时间:10-10-20阅读次数:79由于钢种性能要求的不同，为满足纯净度要求所须控制的因素也不同。对于IF钢，为获得成品钢材的高延展性、优良的表面性能和深冲性能，要求钢中碳、氮、氧含量尽可能低；为生产高强度、高韧性、优良的低温性能、高抗氢断裂能力的高质量管线钢，则要求钢中低硫、低磷，氮、氧、氢含量尽可能低，保持一定的Ca/S比。宝钢集团从20世纪90年代中期着手研究开发洁净钢生产技术，一方面开发纯净钢相关单项技术，寻找控制钢中磷、硫、氧、氮、碳、氢和非金属夹杂物含量的主要环节和影响因素；另一方面，主要针对纯净度要求很高的钢种（如IF钢、管线钢等），开展提高纯净度的研究，开发批量生产纯净钢的生产和管理技术。炼钢装备为洁净钢生产提供保障一炼钢1985年投产，设计年产量648.5万吨，目前产能可达850万吨；根据产品开发的需要，逐步新增、改造了一些工艺设备装置，是宝钢目前产量最高、品种最多的炼钢生产线，主要品种有汽车板用钢、管线钢、船板钢、塑模钢、耐候钢、钢帘线钢和高压锅炉管钢等。二炼钢1998年4月投产，为宝钢三期建设项目，设计年产量288万吨；2006年通过挖潜改造，新增1座转炉、1台RH炉、1座LF炉、1台连铸机，目前产能已达680万吨，主要品种有电工钢、镀锡板、汽车用钢、高强度钢等。洁净钢生产技术有效降低杂质含量单元素控制。铁水脱硫是一种较为经济、有效的脱硫方法，工业生产中应用广泛。目前，由于废钢质量波动大，废钢中的硫含量不稳定，往往造成转炉冶炼过程中回硫严重，因此，对铁水脱硫处理而言，减少入炉铁水硫含量是关键。宝钢铁水脱硫采用混铁车和铁水包喷吹脱硫法，经过多年的实践，这两种方法均可使最低硫含量达到0.001%，为批量生产低硫钢创造了条件。为了提高铁水脱硫效率，宝钢设置了混铁车前、后扒渣工位，减少了铁水包内的渣量，抑制了回硫现象的发生。目前转炉产线使用的铁水脱硫比例达到了100%，处理后铁水硫含量平均值为0.004%。转炉的脱硫能力有限，特别在铁水原始硫含量很低的情况下，由于入炉的石灰、废钢等原料硫含量较高，往往发生转炉过程回硫现象。因此，要稳定生产硫含量小于0.003%的钢种时，除了控制铁水硫含量之外，还须对钢水进行脱硫处理。宝钢目前采用的钢水深脱硫工艺主要有两种：一是RH脱硫方式，开发了高效CaO-CaF2系脱硫剂，通过RH合金溜槽将脱硫剂加入真空室；脱硫处理的炉次须控制转炉下渣量，并对钢包顶渣进行改质处理，使其具有高碱度和低FeO含量。二是LF炉深脱硫方式，开发了钙铝系合成渣剂，优化了渣脱氧制度和钢包底吹氩模式；对于深脱硫钢，为强化渣钢界面的脱硫反应，采用强搅拌方式。钢中磷含量过高，在凝固时会产生严重的偏析而导致产品脆裂。对于高级管线钢，特别是抗HIC（氢致裂纹）管线钢须将磷降至0.010%以下，而对于在极寒冷地区使用的管线钢，为防止冷脆，甚至要将钢中磷含量控制在0.005%以下。宝钢为满足不同钢种需要相继开发了5种不同脱磷工艺：一是铁水“三脱”+转炉小渣量（渣量指数为0.3），转炉终点平均磷含量为0.012%；二是铁水脱硫＋转炉大渣量（渣量指数为1.0），转炉终点平均磷含量为0.010%；三是铁水“三脱”＋转炉大渣量（渣量指数为1.0），转炉终点平均磷含量为0.0066%；四是转炉预处理脱磷＋脱碳转炉中渣量（渣量指数为0.6），转炉终点平均磷含量达到0.0058%；五是转炉预处理脱磷＋脱碳转炉大渣量（渣量指数为1.0），转炉终点平均磷含量达到0.0035%。由此可见，后三种工艺均为生产超低磷钢的有效工艺，尤其第五种工艺生产的高级管线钢成品磷含量为0.0063%，CPK值（制程能力指数）达到1.33，过程控制稳定。钢中氧含量过高，则角状夹杂物和宏观夹杂物增加，易于发生脆性断裂，而且非金属夹杂物含量过多也会影响钢的表面质量。宝钢针对IF钢开展了一系列旨在降低全氧含量、减少夹杂物、防止卷渣的研究，在生产中采用的措施包括：采用挡渣出钢，要求使钢包渣层厚度≤70mm；进行钢包渣改质，出钢时向钢包表面加入改质剂，降低渣的氧化性；控制RH炉中[O]浓度和纯脱气时间；采用中间包纯净化技术；为防止结晶器保护渣卷入，采用不易卷入的高黏度保护渣；连铸操作方面，保持适量的Ar气吹入量，维持结晶器液面稳定。钢中氮含量对冷轧板深冲性能影响极大，为使冷轧板保持良好的加工性能，钢中氮含量应尽可能降低；钢中氮含量过高将导致时效硬化、硬度增大，延展性变差。一般来说，因为RH脱氮能力有限，特别在低氮范围（氮在5×10-5以下），脱氮反应几乎中止。因此，降低转炉吹炼终点氮含量和避免钢液增氮是获得低氮钢水的主要措施。宝钢转炉低氮冶炼从控制入炉原料和优化吹炼工艺两个方面入手，开发了转炉低氮吹炼模式，其措施包括控制铁水氮含量和入炉铁水比，优化转炉造渣和吹炼制度等。在采用转炉低氮吹炼模式后，停吹氮可控制在15×10-6以下。为防止钢水增氮，宝钢除采用中间包覆盖剂覆盖钢水外，在钢包和中间包之间采用长水口，并在钢包水口和长水口连接处采用氩气和纤维体密封。采用上述措施后可使浇铸过程中的增氮量控制在1.5×10-6以内。通过上述措施，目前，宝钢大批量生产的IF钢成品氮含量为15.1×10-6，CPK值达到1.41。对于IF钢中碳的控制，从2006年开始，宝钢大批量生产的IF钢碳含量平均值低于15×10-6；2009年以后，IF钢碳含量平均值均在13×10-6以下；目前IF钢碳含量平均值为12.7×10-6，其中极低碳IF钢平均碳含量达到8.8×10-6，基本保持稳定。残余元素控制。钢中杂质元素一般指S、P、N、H、O，钢中微量元素（Pb、As、Sb、Bi、Cu、Sn等）也包括在杂质元素之列，炼钢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。宝钢通过废钢的管理和铁水的合理使用，使钢中的残余元素含量得到了有效控制，目前宝钢厚板钢种残余元素As、Sn、Sb平均含量分别为19.2×10-6、11.3×10-6、11.6×10-6；As和Sb的标准差在3×10-6以内，控制稳定，Sn的标准差为8.4×10-6，相对波动较大，这与目前家电和食品类废钢返回生产利用逐渐增多有关。