SPA-H钢低氧出钢的生产技术实践.pdf

收稿日期:基金项目:国家重点研发计划资助项目()作者简介:李超()硕士/高级工程师.钢低氧出钢的生产技术实践李 超 于海岐 刘 博 崔福祥 金百刚 苏小利(鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司炼钢部)摘 要 针对生产 钢冶炼中低氧控制出钢技术开展研究 分析了相关热力学理论及低氧出钢必要性 确定了 钢合理低氧范围应为()为实现低氧控制开展了技术改进 合理控制转炉终渣成分 合理排产 实行灵活的溅渣护炉措施 改进冶炼制度 采用“一批料”模式或留少量料模式 改进氧枪工作参数 降低平均枪位 优化枪位控制 保证低枪位拉碳时间 终点温度按照 控制 碳按照 控制采用碳氧修正模型、转炉质谱仪等辅助手段 改进后 平均终点氧含量降低 氧含量 控制在选定合理范围 磷、硫、碳及锰含量控制水平均有提升关键词 低氧 磷含量 硫含量 碳含量 锰含量文献标识码:文章编号:()(.)().“”.耐候钢是广泛应用于生产生活中的钢品种之一 该钢种生产中需要加入镍、铬等元素 在其表面形成防侵蚀的保护层 以适应复杂的使用环境 钢属于耐大气腐蚀高耐候结构冶 金 能 源 钢 主要用于制造集装箱 目前约占集装箱用钢的 由于需在恶劣条件下使用 要求耐腐蚀同时 还要求具有较高的机械性能 国内外学者围绕 钢生产开展大量工作 如产品开发、冶炼工艺优化、轧制技术改进和防腐蚀机理研究等 但未见针对该品种的转炉终点氧含量是如何合理控制的介绍 年投资建设鞍钢股份鲅鱼圈分公司炼钢部(以下简称“鲅鱼圈炼钢”)钢产品 余种 品种涵盖高级别管线、核电、桥梁、建筑和船舶等各行业关键钢铁产品 其中 钢是开发最早的产品之一 按照以往统计 鲅鱼圈炼钢 钢月平均产量 万 左右 是部门产量占比较大的重点钢种之一 多年来 鲅鱼圈炼钢在 钢生产中的熔剂替代技术保磷、渣洗脱硫技术方面开展了一系列研究工作 达到了较好的保磷脱硫效果 最近 研究人员针对钢种成分、路径等工艺条件 结合低氧控制相关理论 确定了低氧控制的合理范围 通过针对性的工艺改善取得了较好的实践效果 基本情况 钢中、等元素含量与文章讨论的低氧控制问题无关 其余主要成分标准为:钢设计工艺路径分两种:路线:倒罐折铁铁水预处理(根据铁水硫含量决定)转炉 连铸机 路线:倒罐折铁转炉 连铸机 生产中具体排产路径根据现场钢种、精炼位情况等现场条件进行生产组织 无特殊要求 低氧的必要性 钢要求磷含量适当高、硫含量较低、一定碳含量与锰含量 因此 此部分主要理论分析了氧化性与这几种成分含量的关系 同时论述了相较其他钢种低氧化出钢 钢低氧化性出钢更多优越性 碳、磷、硫及锰理论分析 ()()()()()()()()()()()反应()()分别为硫、磷、锰及碳在转炉内的主要反应 根据热力学基本原理 化学反应更容易向反应物减少一侧进行()()中 及()中 表示 个反应的氧化性 可见低氧化性条件下 分别有利于反应()向右侧进行 而反应()、()和()向左侧进行 通过降低氧化性可以获得 钢冶炼的脱硫、保磷、高残锰及留高碳的较好热力学条件 优越性分析在生产低碳超低碳时 由反应()可知低氧可能会导致碳超标 在生产一些低磷超低磷钢种时 由反应()可知 低氧化性可能会导致磷超标 对于某些低锰钢种 由反应()可知 低氧可能会导致锰含量不合格 具体可能引起的问题为:碳含量要求 的低碳钢不适宜低氧出钢 锰含量要求 的低锰类钢不适宜低氧出钢 磷含量要求 低磷、超低磷钢 低氧化性出钢有磷超标风险基于 钢成分特点 从理论分析可知 该钢种低氧控制有更多优越性:低氧后可留适当碳到成分要求范围 节省增碳剂成本 低氧残锰含量高 降低锰合金的使用成本 氧含量控制恰当 较好保磷 可节约部分配加磷铁的合金消耗 低氧后利于脱硫 较好控制硫含量 实现铁水预处理不脱硫或少脱硫目的 降低预处理工序成本 另外 低氧化性控制是钢种洁净化的基础 低氧化性出钢不仅有利于降低夹杂物数量提高钢产品内部质量 而且可以减少转炉炉衬耐材侵蚀 降低炉衬维护成本和能源成本 低氧控制范围及实践根据 钢成分标准可知 氧含量不允许无限制的降低 硫含量无下限要求 鲅鱼圈铁水锰含量均 )喷溅不容易控制的炉次 采用首次加入总量 留少量造渣料的模式 供氧制度改进原则:氧枪供氧强度 /()平均供氧量 /以上 工作压力 以上 平均枪位降低 降低开吹枪位 脱碳期不进行高枪位运行 降低拉碳枪位副枪过程测试提枪 测试结束直接进入拉碳阶段 拉碳时间保持在 以上 具体枪位及造渣制度见图 终点控制原则:为防止高枪位带来终点氧化铁含量提高 要保证低枪位拉碳持续足够长时间 确保终点前熔渣状态及钢水成分稳定 为避免高温提高钢水氧含量 转炉终点温度按照下限温度 控制 根据钢种碳含量要求 终点碳按照 目标控制 出于保磷目的 钢造渣料相比普通钢种要少 因此依托过程测试碳温结果判断温度及碳含量时 需要注意两个关键点 熔池升温较普通钢种快 /左右 碳消耗速度较普通钢种更快 达到目标碳范围一般提前 辅助手段通过自主开发的 转炉实时碳氧修正模型 辅助判断终点提枪时机 该模型能够对脱碳速率与温度进行预测 并根据数据库中有效参考炉次的碳氧积、升温速率、脱碳速率、氧枪枪型等关键参数模型参数 实现自动修正功能 对辅助操作者判断冶炼终点有较大参考价值 另外 转炉质谱仪的烟气检测系统可以实时取得的 与 含量 帮助提高操作者对终点判断准确性 冶 金 能 源 实践效果 转炉冶炼 钢的低氧技术改进前氧含量控制范围()平均氧含量 改进后氧含量控制范围为()平均氧含量 终点氧含量范围及平均值都有不同程度降低 其中 左右氧含量在理想氧含量范围()整体控制水平有明显改善改进后硫含量为 转炉一 次 合 格 率 磷 含 量 为 转炉一次合格率达到 炉次低于成品含量下限 少量补磷铁即可 残锰含量为 较 改 进 前 平 均 增 加 碳含量为 转炉一次合格率达到 炉次低于成品含量下限 补加增碳剂即可 结论()通过转炉硫、磷、锰及碳的热力学分析 降低氧化性可实现 钢冶炼的脱硫、保磷、高残锰及留碳目的 低氧控制后可节省碳、磷、锰的合金化成本 降低脱硫预处理工序成本 提高钢的内部质量 降低转炉炉衬维护与能源成本()基于碳含量要求的氧含量合理范围()在目标温度控制与 的碳氧积条件下 理想氧含量范围应为()基于磷含量要求的氧含量合理范围为()结合合格碳含量对应的区间 钢最终选取理想氧含量范围应为()()为实现低氧控制 保证底吹效果 保证转炉终渣合适炉渣成分 合理排产 实行针对性的溅渣护炉措施 采用“一批料”模式或留少量料模式 改进氧枪工作参数 降低平均枪位 优化枪位控制 终点保证低枪位拉碳时间终点温度按下限温度 控制 碳按 控制 但需要注意熔池升温脱碳速度快问题 另外 采用时时碳氧修正模型、转炉质谱仪辅助提高终点判断准确性()改进后氧含量控制范围为()平均氧含量 平均终点氧降低 氧含量 控制在选定的()范围 磷、硫、碳及锰含量控制水平均有不同程度提升参考文献 松岛岩 靳裕康 低合金耐蚀钢 开发、发展及研究.北京:冶金工业出版社 杨建春 关于耐候钢开发的探讨.马钢学报 ():钢铁新闻网.集装箱用钢需求由数量向质量转变/.雍岐龙 郑鲁 微合金化钢中 在铁素体中的沉淀和沉淀强化.金属学报 ():徐曼 孙新军 低碳含钒钢组织变化及 (、)析出规律.钢铁钒钛 ():.刘丽宏 齐慧滨 卢燕平 等.耐大气腐蚀钢的研究概况.腐蚀科学与防护技术 ():刘志勇 白玉红 庞瑞勇 等.耐候钢中宽钢带的开发实践.轧钢():.东明 郭晓宏等.鞍钢 耐大气腐蚀热轧带钢的开发.鞍钢技术 ():.徐明 周宏伟.集装箱用 耐大气腐蚀钢的开发研制 .辽宁科技学院学 报():.李湘凡 孙华 郜书忠.高强度耐候钢 的试制.特殊钢 ():张金生 集团 集装箱用耐候钢板的研发.武汉科技大学 丁元法 范柜深.低合金钢在海洋环境中的腐蚀规律.钢铁 ():.刘丽宏 齐慧滨 卢燕平等.耐大气腐蚀钢的研究概况.腐蚀科学与防护技术 ():.张全成 吴建生.耐候钢的研究与发展现状.材料导报 ():.杨建春.关于耐候钢开发的探讨.马钢职工大学学报 ():.(下转第 页)冶 金 能 源 石灰石质量达到了二级品水平 燃料成本降低了 元/引入自动烧炉工艺和测温装置 实现了各燃料介质的流量和一次风、二次风的精确配比 使燃料充分燃烧 提高了窑内温度控制精度 缓解了结圈的问题 产能提高了 /实现回转窑的清洁燃烧 烟气中 降低了/改造前后参数对比见表 表 改造前后参数对比参数改造前 改造后燃烧模式/种煅烧后 含量/煅烧后活性度/(转炉煤气 天然气模式)/()煤粉用量(转炉煤气 煤粉模式)/()煤气用量/()石灰产量/()煤粉成本(转炉煤气 煤粉模式)/(元)结语为了解决污染物排放、设备状态、生产成本和石灰质量问题 该公司进行了管路和燃烧器改造、增设测温、自动调节流量和预热设备等改造 有效解决了回转窑高燃耗、频繁结圈和产品质量问题 并对污染物排放实施了有效控制 达到了国家和地方的排放标准参考文献 陈汉宏 宋桂萍 活性石灰回转窑结圈原因分析及处理方法 耐火与石灰 ():中华人民共和国工业和信息化部./冶金石灰.万 雪编辑(上接第 页)刘志勇 陈邦文 陈吉清 等.武钢铁路车辆及集装箱用耐候钢的现状及发展.钢铁研究():.李超 马宁 尹宏军 等 转炉渣洗脱硫工艺在 钢种的应用研究.鞍钢技术():刘文飞 李超 马宁 等.经济性冶炼含磷耐候钢的工艺开发.鞍钢技术 ():黄希祜.钢铁冶金原理.北京:冶金工业出版社.陈家祥.钢铁冶金学.北京:冶金工业出版社.王雅贞 李承祚 转炉炼钢问答.北京:冶金工业出版社 严国安 邢梅峦 巩飞 等 降低钢中氧含量生产工艺实践.第十二届全国炼钢学术会议:邓勇 霍俊 潘晓亮 等 转炉强底吹实现超低氧含量控制的工艺实践.江西冶金 ():万 雪编辑冶 金 能 源