淮钢80tBOF-90tLF-RH-CC生产线开发特钢实践.

2007中国钢铁年会论文集

淮钢80tBOF-90tLF-RH-CC生产线开发特钢实践王忠英王前仝太钦王春波丁松万祥庭

（江苏淮钢有限公司，淮安223002）

摘要介绍了淮钢80tBOF-90tLF-RH-CC生产线采用低铝洁净钢精炼技术、含钡洁净钢及生产技术专利、连铸全程保护浇铸技术及二冷制度优化开发特钢的措施及取得的效果。

关键词转炉冶炼特钢

Practice of Quality Steel Development with

80tBOF-90tLF-RH-CC Route in Huaisteel

Wang Zhongying Wang Qian Tong Taiqing Wang Chunbo Ding Song Wan Xiangting

(Jiangsu Huaisteel Co., Ltd., huaian,223002)

Abstract Technological measures and results are introduced in 80tBOF-90tLF-RH-CC route with low alumina content refining technology, clean steel containing Ba and production technology, complete protective casting technology and secondary cooling technology optimization in Huaisteel.

Key words converter melting, special steel

江苏淮钢于2004年4月投产一条80t转炉-90tLF-六机六流方坯连铸机生产线，从2004年5月份开始进行品种开发和品种结构调整，到2005年3月份已实现100％的优特钢生产。2006年11月份，100tRH炉调试生产，淮钢开发特钢具有独特的技术、装备优势，在此对该生产线的主要装备、工艺特点及产品质量情况做一简介。

1 工艺流程及主要装备参数

该炼钢厂流程为900t混铁炉→80t转炉冶炼→90tLF精炼→100tRH真空处理→喂线进行夹杂变性→小方坯连铸。主要装备技术参数如表1所示。

表1淮钢长流程炼钢生产线主要装备及技术参数

Tab. 1 Main equipment and technical specification of complex steel making route

主要装备项目名称技术参数

公称容量80t

平均出钢量90t

LD顶底复吹转炉

熔池深度1293mm

熔池直径4080mm

有效工作容积79.7m3王忠英，1967年生，男(汉族)，甘肃兰州人，博士后，教授级高工，江苏淮钢副总经理，从事优特钢品种开发及工艺研究工作。电话：0517-*******。

淮钢80tBOF-90tLF-RH-CC生产线开发特钢实践

续表1 主要装备项目名称技术参数

公称容量90t

平均处理钢水量90t

变压器额定容量18MV A

LF钢包精炼炉

升温速度3～4℃/min

处理周期30～40min

年处理钢水量120万t

公称容量100t

插入管内径450mm

循环流量95t/min

真空室外径φ 2400mm

RH真空处理装置

真空室内径φ 1600mm

真空泵抽气能力600kg/h(67Pa，20℃干空气)

真空泵工作真空度67Pa

极限真空度20Pa

冷态抽气时间<3.5min(从1大气压抽至67Pa)

连铸机流数6流

弧半径R =10.28m/19m

铸坯断面150×150mm2、200×200mm2 CCM小方坯连铸机

拉速范围0.3～4m/min

连浇炉数15炉/中包

浇铸周期32～36min

2 主要工艺特点

特钢的主要特点是：(1)高洁净度，根据钢种不同，通过对原材料控制、冶炼工艺优化和采用保护浇铸措施，使钢中残余元素、气体含量及夹杂物组成及分布符合特定的要求;(2)均匀化学成分及组织，通过连铸工艺和加工热处理工艺的优化减轻由于凝固造成的宏观成分偏析和微观组织偏析;(3)细小晶粒度，通过全流程的控制保证形成细小均匀的晶粒。对于炼钢工序而言，主要任务是生产洁净度高、表面和内部质量良好的连铸坯。由于电炉炼钢所用废钢中残余元素越来越高，限制了一些对残余元素要求很严的高质量钢生产，而转炉冶炼具有铁水纯净度和质量稳定性均优于废钢，钢水氮、氢含量低，生产效率高、消耗低等优点，使采用转炉流程生产特钢技术的开发日益引人关注。针对淮钢炼钢流程情况，对各主要工序控制如下。

2.1 转炉冶炼控制要点

对转炉要求是控制出钢碳、磷含量和温度至规定范围，并防止出钢过程下氧化渣。

出钢碳的控制是在综合考虑钢种碳含量、加入合金增碳量的基础上尽可能地提高出钢碳含量，以降低终点钢液自由氧含量，提高合金和脱氧剂收得率及钢液洁净度，为此采用高拉补吹操作工艺，以提高出钢碳含量。

钢中磷含量取决于转炉终点磷含量和转炉下渣回磷量两个方面，为保证成品磷≤0.018％，控制出钢磷含量P≤0.012％，转炉下渣回磷量≤0.006％。实际操作是根据铁水中磷含量和硅含量高低确定采用双渣操作或单渣操作，一般磷≥0.12％和硅≥1.0％时采用双渣操作，其余采用单渣操作。根据脱磷热力学要求炉渣高碱度、高氧化性、大渣量和低反应温度的条件，脱磷的核心是在较低的温度下造出流动性良好的高碱性氧化渣，鉴于脱磷过程是在钢渣界面的FeO与钢中的磷反应,在采用双渣操作时,将吹炼初期温度低、FeO含量

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高和磷含量高的初渣倒出，同时由于该渣中SiO 2含量也较高，倒出后可有利于造高碱度的二次渣，有利于进一步脱磷，使脱磷率达95％。在采用单渣操作时，吹炼初期控制较高枪位，保证炉渣中较高的FeO 含量，使其含量达到18％～25％，以促使磷的氧化和石灰熔化，尽快形成流动性良好的高氧化性和高碱度渣；吹炼中期逐渐降低枪位，促进碳氧反应，控制合适温度，确保炉渣不返干；后期适当提高枪位，补充一定的石灰量，以保证炉渣高碱度和进一步降低钢中磷含量，使终渣碱度控制在2.8～3.5。

由于转炉终点渣中磷含量和FeO 含量较高，如出钢过程不能有效挡渣减少进入钢包的氧化渣量，氧化渣中的磷随着钢水和炉渣脱氧，FeO 含量和炉渣碱度也降低，渣中的磷回到钢中。因此，采用双挡渣工艺以减少氧化渣量。

转炉出钢温度的控制是根据钢种、加入合金和渣料情况、出钢口、包况、生产节奏等酌情调整，一般要求出钢温度≥1620℃，确保到LF 的温度和合金熔化，避免产生成分不均现象。

转炉操作的核心是依靠枪位调整，控制熔池脱碳速度和炉渣氧化程度，并通过加入辅助原料控制造渣工艺，去除硫、磷等杂质。

2.2 LF —RH 双联精炼工序控制要点

炉外精炼已是优钢生产的必备手段，表2是几种炉外精炼设备的冶金功能比较。

表2 各种炉外精炼设备的冶金功能比较

Tab. 2 Comparison of different refining equipment metallurgical function

精 炼 功 能

精炼 工艺 精炼设备 搅拌 升温 合金化 脱气 脱碳 渣洗 喷粉 夹杂物处理

生产 调节 CAS-OB + + + X X △ X ? + CAS △ + △ X X △ X △ △ LF ? + + X X + X + ? 非真 空精 炼

AOD + + ? △ ? ? X ? △ RH + ? + + + △ + ? + VD ? X + + △ ? X ? ? 真空 精炼

VOD

?

?

+

+

+

?

+

?

?

注:“+”表示功能强，“?”表示功能一般, “△”表示功能较弱,“X”表示不具备此功能。

目前，LF 是应用最广的精炼设备之一，其特点为：精炼功能强，适宜生产超低硫、超低氧钢；具有电弧加热与温度控制功能，热效率高，升温幅度大，温度控制精度高；具备搅拌和合金微调与窄成分控制功能，易于实现窄成分控制，提高产品的稳定性；采用渣钢精炼工艺，精炼成本低；设备简单，投资较少。

LF 炉采用白渣精炼，实现钢水脱硫、脱氧，生产超低硫钢和低氧钢是其精炼核心。白渣精炼工艺要点是：

（1）挡渣出钢，控制下渣量≤5kg/t 。

（2）钢包渣改质，控制精炼渣碱度R ≥2.5，渣中w (TFe+MnO)≤1.0％。

（3）白渣精炼，根据冶炼钢种的特点分别采用Al 2O 3-CaO-SiO 2系和Al 2O 3-CaO-CaF 2精炼渣，控制精炼渣碱度R ≥4，渣中w (TFe+MnO)≤1.0％，以保证脱硫和脱氧效果。

（4）控制LF 炉内的气氛为弱还原性，以避免炉渣再氧化。

（5）软吹弱搅拌，避免钢液面裸露，并保证熔池内具有较高的传质速度。

为提高钢液洁净度，尤其是控制Al 2O 3夹杂比例及对其进行变性处理，实现低过热度浇铸，开发和应用了低铝洁净钢技术、含钡洁净钢及生产技术专利[1]。该技术利用钡具有比铝强的脱氧能力，比钙、镁大的密度，高的沸点，低的蒸汽压特点，将其加入钢中与Al 2O 3或SiO 2等夹杂形成复合夹杂，调节夹杂物密度﹑熔点，改善钢液对夹杂物的粘附性﹑浸润性及金属接触表面能，从而使夹杂物易于排出；同时，钡是表面活性元素(钡与铁液间的界面张力为1626MJ/m 2，比铝高约1倍)，易偏聚于晶界及相界，能改变钢中碳化物及

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非金属夹杂的属性、形貌、数量、尺寸及分布，强化晶界，从而提高钢的强韧性。采用上述技术获得以下效果：

（1）通过钡微合金化，细化晶粒，强化晶界，显著提高钢的強韧性。

（2）非真空处理情况下，使钢中氧含量进一步降低，弹簧钢氧含量≤12×10-6，齿轮钢氧含量≤20×10-6，达到与真空处理钢相同的氧含量效果，但与相同条件的真空处理钢相比，可节省了真空处理费用。

（3）通过钡的深度脱氧和夹杂物变性，可显著提高钢洁净度，优化夹杂分布，使Al2O3为基的脆性氧化物夹杂变性为细小、均匀的塑性球形夹杂，使氧化物夹杂中Al2O3的比例小于40％，钢中夹杂物污染程度显著降低。

（4）使轴承钢和弹簧钢等钢种的疲劳寿命比相同氧含量的铝处理钢提高20％以上，如采用本技术生产的氧含量为8ppm的轴承钢的疲劳寿命比相同氧含量的只经铝处理的同一钢种提高63.5％[2]。

（5）降低钢中Al2O3夹杂和铝量，有利于消除连铸水口结瘤。

淮钢RH—MFB真空处理装置具有以下功能：（1）脱氢（本处理）；（2）自然脱碳、强制脱碳；（3）真空脱氧（轻处理）；（4）合金化，精确调整钢水成分；（5）提高钢水洁净度；（6）调温（化学加热）。经RH处理后，钢中[H]≤1.5ppm，弹簧钢[O] ≤10ppm，齿轮钢[O] ≤16ppm，轴承钢[O] ≤8ppm。

2.3 连铸工序控制要点

2.3.1保护浇铸

钢包→中间包→结晶器采用全程保护浇注技术，钢包→中包采用长水口，在钢包下水口与长水口之间采用吹氩和密封垫保护，中包加覆盖剂和保温剂；中间包→结晶器采用浸入式水口，并对中包下水口与浸入式水口之间加密封垫；针对不同钢种特点，采用不同结晶器保护渣。

2.3.2低过热度浇铸和配套技术

由于低过热度浇铸除使铸坯中心消除过热后完全凝固，缩短柱状晶区长度、发展等轴晶区，使坯芯成分均匀，避免中心偏析、疏松和裂纹等低倍缺陷的发展外，还具有提高生产率的作用，因此低过热度浇铸已越来越引起人们的关注。实现低过热度浇铸的关键是：（1）控制钢中夹杂物，防止低过热度浇铸过程的水口结瘤；（2）准确控制连铸过程中包钢水温度稳定。

为控制钢中夹杂物的组成，普遍采用钙处理技术，但当钢中硫含量较高时，易形成CaS夹杂导致水口结瘤，并且钙处理形成的点状夹杂对某些钢是十分有害的。而采用低铝洁净钢技术可实现提高洁净度和优化夹杂物的双重目的。目前通过炉外精炼可将钢液温度控制在±5℃范围内，再加上低铝洁净钢控制夹杂物技术的采用，为低过热度浇铸创造了条件，一般控制过热度在20～30℃。

2.3.3 电磁搅拌及二冷制度优化

由于结晶器搅拌器（M-EMS）具有消除过热，促进等轴晶凝固的特点，为此根据不同钢种凝固和连铸工艺特点，选用不同的频率和搅拌电流。

对二冷配水有强冷和弱冷两种观点[3]，一种是采用比水量为0.3～0.7L/kg弱冷抑制柱状晶生长，并配合低拉速以形成高等轴晶率的铸坯；二是采用高压水强冷（比水量可达2～3L/kg）促进柱状晶生长以减轻铸坯中心缺陷。针对淮钢铸坯断面和拉速情况，对45号钢采用强冷高拉速工艺以形成全柱状晶结构，对其它钢种采用弱冷工艺。所有工艺均考虑钢坯在其液相线温度以下有一塑性骤减区，在此温度范围内，即使铸坯受到很小应力也会导致裂纹的产生，并沿晶界（柱状晶）扩展，因此，正确控制二冷段的冷却强度和喷淋水的均匀性，保护铸坯出二冷室到拉矫机前的表面温度在950℃以上，可以有效防止铸坯内部裂纹的产生。

3 品种开发已取得的主要成效和存在的问题

3.1 品种开发已取得的主要效果

2006年全年生产优特钢106万t，主要特钢品种产量如表3所示。

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表3 2006年淮钢转炉生产的主要特钢产品及质量特点

Tab. 3 Main product and quality character produced with converter route

品种主要钢种产量/万t 质量特点轴承钢GCr15 6

合结钢20Cr、40Cr（H）、45Cr、20CrMo（H）、35CrMo、SCM440、

20CrMnTiH、40MnBH

31.2

弹簧钢60Si2Mn、60SiMnA、60Si2CrA、60Si2CrV A、SAE5160H、38Si7、

65Si7、50CrV4、SUP9、SUP9A、SUP7

9.5

锚链钢CM490、CM690 4.6

冷镦及硬线SAE1006A、SAE1008A、SAE1010A、SAE1018A、SAE1022A、

10B21、35ACr、40ACr、SWRH82B

6.9

油井管坯钢X42、37Mn5、30Mn2、28Mn2、25Mn2、33Mn2V、36Mn2V等16 高压锅炉用管坯钢20G、20MnG、25MnG、SA210C、T11、T22、12Cr1MoVG、15CrMoG 7.1 （1）轴承钢氧含量≤8×10?6；

（2）弹簧钢氧含量≤10×10?6；

（3）中碳钢氧含量≤15×10?6；

（4）低碳钢氧含量≤20×10?6；

（5）冷镦钢硅氧含量≤0.08％,铝≥0.02％；

（6）氧化物夹杂中Al2O3比例≤40％

3.2 目前存在的主要问题及解决途径

目前，虽然在现有转炉流程上开发了一些品种，并在钢的洁净度和夹杂物控制方面取得了一些成绩，但是由于该流程还存在以下不足，限制了一些高质量特钢产品的开发。

（1）现有转炉虽可采用挡渣球及挡渣锥防止大量氧化渣进入钢包，但与电炉偏心底出钢技术相比，其挡渣效果仍不理想，限制了钢液洁净度的进一步提高。

（2）连铸过程由于钢包无下渣检测及控制技术，在浇铸过程极易发生钢包渣进入中包的现象，影响到钢的质量。

（3）浇铸过程液面自动控制系统未能投入正常使用，影响到稳态浇铸，极易产生卷渣及夹渣缺陷。

针对上述情况，下一步工作主要集中在：

（1）采用“无渣出钢转炉”专利技术，降低进入钢包中的氧化渣含量，提高钢水洁净度。

（2）装备和完善钢包下渣检测系统和连铸液面自动控制技术，防止钢包渣进入中间包及实现稳态浇铸。

4 结语

利用转炉冶炼具有原材料条件好，铁水纯净度和质量稳定性均优于废钢﹔钢水气体含量低，N≤20×10-6，H≤2×10-6﹔生产效率高、消耗低等优点，并采用低铝洁净钢精炼和含钡洁净钢及生产技术专利等关键技术和连铸工艺优化开发了部分特钢产品，并使钢的洁净度和夹杂物得到优化。为使该流程得到进一步优化，还需开发和应用无渣出钢转炉技术、钢包下渣检测及控制技术和连铸液面自动控制技术。

参考文献

1国家专利,一种含钡洁净钢及生产方法，专利号：ZL03153144X

2于桂玲,王忠英.轴承钢脱氧工艺优化. 炼钢，2001,17(1):27

3 王忠英.轴承钢大方坯连铸工艺研究. 钢铁研究总院博士后报告，2001

淮钢80tBOF-90tLF-RH-CC生产线开发特钢实践.

作者：王忠英， 王前， 仝太钦， 王春波， 丁松， 万祥庭

作者单位：江苏淮钢有限公司，淮安223002

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