馬曉芬，周四明，吳顯輝，周金海

( 上海盛寶冶金科技有限公司，上海 200942)

摘  要: 結(jié)合某鋼廠低碳低硅SPHC 鋼種生產(chǎn)基本情況，分析了SPHC 鋼生產(chǎn)工藝流程的特點(diǎn)以及過程中存在的主要問題。通過對(duì)其現(xiàn)有生產(chǎn)工藝的優(yōu)化，脫硫率從35． 7 % 提高到45 5 %，且鑄坯中夾雜物小于1． 0級(jí)的比例達(dá)80 %，在保證轉(zhuǎn)爐冶煉 SPHC 鋼質(zhì)量的同時(shí)，冶煉成本可降低約3.14元/t。

關(guān)鍵詞: SPHC 鋼; 脫氧效率; 脫硫效率; 成本

在鋼鐵行業(yè)普遍存在虧本較為嚴(yán)重的情況下，如何在保證鋼材質(zhì)量的基礎(chǔ)上降低生產(chǎn)成本，是各個(gè)鋼廠一致的工作目標(biāo)。本文分析了國內(nèi)某大型鋼廠低碳低硅 SPHC 鋼生產(chǎn)工藝，通過優(yōu)化精煉工藝，提高其脫氧、脫硫效率，在保證鋼材質(zhì)量的前提下降低生產(chǎn)成本。

1 生產(chǎn)工藝流程及裝備條件

目前，國內(nèi)各大鋼廠 SPHC 鋼的生產(chǎn)工藝主要有以下幾種［1］: 1) LD→RH→CC; 2) LD→CAS( ANS)→CC; 3) LD→LF→CC。國內(nèi)某鋼廠生產(chǎn)低碳低硅 SPHC 鋼，為提高生產(chǎn)效率，節(jié)約生產(chǎn)成本，在保證鋼材質(zhì)量的前提下，其生產(chǎn)精煉工藝采用 CAS 代替 LF 為: LD

→CAS→CC。其低碳低硅 SPHC 鋼主要成分要求如表 1。該廠主要裝備有公稱容量 210 t 轉(zhuǎn)爐 2 座，平均出鋼量210 t; 多功能 CAS 站 2 座; 板坯連鑄機(jī) 3 臺(tái)，LF2 座，RH 1 座.

2 工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)

2． 1 出鋼要求

1) 溫度控制: LD→CAS→CC 工藝流程，缺少LF 精煉升溫環(huán)節(jié)，為保證出鋼過程所加的石灰充分熔化以及減少脫硫過程中鋼水的溫降，出鋼溫度必須相應(yīng)調(diào)高 10 ～ 20 ℃，設(shè)計(jì)要求為1 660 ～1 690 ℃ 。

2) 出鋼碳要求: 終點(diǎn)鋼水 w ( C ) 控制在0． 04 % ～ 0． 06 % ，終點(diǎn)碳含量不宜控制太低，否則鋼中氧含量過高，鋼中夾雜物增多，并且還會(huì)造成鋼水增氮等，影響鋼水質(zhì)量［2］。

2． 2 脫氧工藝優(yōu)化

1) SPHC 鋼脫氧工藝分析。低碳低硅 SPHC鋼的脫氧普遍采用鋁脫氧，存在鋼液可澆性差的問題，連鑄時(shí)容易出現(xiàn)堵塞水口現(xiàn)象，影響正常澆鑄。經(jīng)過電鏡觀察和能譜分析，主要原因是鋼中產(chǎn)生大量的 A12O3夾雜，并混有 Mg O·Al2O3尖晶石以及 CaO-Al2O3為主的化合物。Al2O3是高熔點(diǎn)程中不斷被水口捕獲，附著于水口內(nèi)壁上，造成連鑄水口結(jié)瘤。因此改善鋼水可澆性主要是解Al2O3夾雜物問題，要從三個(gè)方面控制，一是使 Al2O3充分上浮二是對(duì)夾雜物充分變性，使高熔點(diǎn)固態(tài)夾雜物變成低熔點(diǎn)易上浮的夾雜物，三是避免鋼水產(chǎn)生二次氧化，造成二次氧化污染［3］。

2) 新脫氧工藝設(shè)計(jì)。原工藝采用單一鋁塊脫氧，生成氧化鋁及鈣鋁酸鹽類夾雜物熔點(diǎn)高、不易上浮，且鋁塊加入量過大，連鑄中間包水口容易堵塞，造成澆鑄困難; 加入量過小，鑄坯容易產(chǎn)生皮下氣泡，影響產(chǎn)品質(zhì)量，增加軋制難度。根據(jù)夾雜物上浮排除理論，夾雜物隨著軟吹氬或鋼水鎮(zhèn)靜的時(shí)間延長，越易從鋼水中排除［4］，故低碳低硅 SPHC 鋼脫氧工藝的優(yōu)化主要思路是克服鋼水采用單一鋁脫氧時(shí)脫氧產(chǎn)物不易上浮的缺點(diǎn)，進(jìn)而顯著改善鋼水流動(dòng)性，避免結(jié)晶器水口結(jié)瘤，提高連澆爐數(shù)。新工藝設(shè)計(jì)采用新型鋁鈣復(fù)合脫氧劑代替鋁塊脫氧，鋁鈣復(fù)合脫氧劑主要含鋁、鈣以及 C12A7，C12A7是鈣和鋁形成氧化物中熔點(diǎn)最低的，能夠快速熔化，在煉鋼溫度下呈液態(tài)球狀上浮，進(jìn)而對(duì)鋼水起到復(fù)合脫氧作用［5］。同時(shí)，形成的低熔點(diǎn)鋁酸鈣渣系具有較強(qiáng)的吸附夾雜能力，對(duì)鋼水起到很好的渣洗作用，將鋼水中的夾雜物帶到渣中，減少鋼中夾雜物總量。

鋁鈣復(fù)合脫氧劑在轉(zhuǎn)爐出鋼 1/4 時(shí)加入，與鋼水混沖脫氧，其用量較鋁塊用量增加90 %，出鋼后再加入 50 ～100 kg 電石進(jìn)行渣脫氧。

2． 3 優(yōu)化造渣工藝

對(duì)于“LD→CAS→CC”工藝出現(xiàn)倒?fàn)t硫含量高的爐次，如果采用倒?fàn)t后爐內(nèi)脫硫，由于轉(zhuǎn)爐冶煉屬于氧化性氣氛，脫硫效率有限，并且由于爐內(nèi)脫硫必須提高溫度、增加堿度，勢必會(huì)造成鋼水和爐渣氧化性增加、吹損增加，影響合金回收率和鋼鐵料消耗等技術(shù)指標(biāo)。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)爐倒?fàn)t時(shí)，采取渣洗的方法來保證成品硫含量合格。在出鋼過程中向鋼包加入渣洗材料，使渣料迅速熔化，與鋼水充分接觸，強(qiáng)化鋼水和爐渣脫氧，使鋼包頂渣滿足脫硫的熱力學(xué)條件，利用出鋼過程良好的動(dòng)力學(xué)條件是鋼渣充分反應(yīng)，使［S］與( CaO) 反應(yīng)生成( CaS) 脫硫［6］。脫硫方程式:

［FeS］+ ( CaO) = ( FeO) + ( CaS) ( 1) 

 LgKs= － 920 / T － 0． 578 4 ( 2)

研究表明，脫硫反應(yīng)是一個(gè)受控于傳質(zhì)過程的反應(yīng)，脫硫速度可表示為:

d［S］/ d t = ( A / V)·k［( % S) － ( % S) / LS］ ( 3)

式( 3) 中: A/V 為單位體積的反應(yīng)面積; k 為傳質(zhì)系數(shù)。

渣-鋼接觸面積增大，［S］與( O2 －) 接觸機(jī)會(huì)增多，則脫硫反應(yīng)速度加快; 提高爐渣堿度等于增加了渣中 O2 －的濃度，故可提高脫硫速度［7］。

故新工藝設(shè)計(jì)出鋼過程隨鋼流需加入石灰600 ～ 700 kg / 爐、螢石 100 kg / 爐用于造渣，在CAS 站可形成高堿度、還原性強(qiáng)、硫容量高的精煉渣系，進(jìn)一步脫硫。

2． 4 CAS 站工藝優(yōu)化

由于良好的氬氣攪拌有利于鋼-渣之間的化學(xué)反應(yīng)，可以加速鋼-渣之間的物質(zhì)傳遞，有利于鋼液的脫氧、脫氣反應(yīng)的進(jìn)行，去除非金屬夾雜物，加速鋼液溫度與成分均勻［8］。因此，要保證脫硫效率，必須提高出鋼過程和脫硫過程的攪拌強(qiáng)度，以保證頂渣熔化良好并促進(jìn)鋼-渣界面的反應(yīng)。新工藝設(shè)計(jì)在轉(zhuǎn)爐出鋼加入鋁鈣復(fù)合脫氧劑進(jìn)行脫氧操作，控制 CAS 到站鋼水中 w( O) ＜100× 10－ 6，由于鋁鈣復(fù)合脫氧劑比鋁塊脫氧有一定的滯后，因CAS進(jìn)站定氧前需保證足夠的大底吹時(shí)間，促進(jìn)夾雜物上浮。故新工藝設(shè)計(jì)出鋼后強(qiáng)吹時(shí)間控制在 6 ～9 min。

2． 5 過程取樣及試樣分析

分別在轉(zhuǎn)爐吹煉完畢后用副槍測氧，CAS 到站、CAS 出站測溫定氧儀分析氧含量; CAS 站進(jìn)出站渣樣取樣分析，并對(duì)鑄坯夾雜物進(jìn)行金相分析。

3 試驗(yàn)效果

在某鋼廠低碳低硅系列( 主要鋼種為 SPHC、SPHC74) ，采用“LD→CAS→CC”生產(chǎn)工藝，出鋼過程使用鋁鈣復(fù)合脫氧劑代替鋁塊脫氧，共試驗(yàn)30 爐。

3． 1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

采用新工藝對(duì)原有工藝進(jìn)行優(yōu)化，新工藝與原工藝效果對(duì)比見表 2、表 3。

表 2 表明，通過對(duì)出鋼過程脫氧工藝優(yōu)化后，到 CAS 站的鋼水中活性氧含量低于原工藝且穩(wěn)定，新工藝 CAS 到站 w( O) 較原工藝可降低約2． 32 × 10－ 6，平均在 10 × 10－ 6以下，達(dá)到出鋼要求，且脫氧效果略優(yōu)于原工藝，有利于適度使用脫氧能力強(qiáng)的鋁線進(jìn)行終脫氧，實(shí)際每爐鋼可減少CAS 鋁線喂入量 76 m 左右，即可減少喂鋁量 28kg。由于鋁線量不大，鋼水中的 w( O) 控制在( 2～ 4) × 10－ 6，因此產(chǎn)生少量的Al2O3夾雜不會(huì)對(duì)鋼水的可澆性造成較大的影響。

表2 及表3 表明，新工藝 CAS 到站 w( Al S) 比原工藝高出0． 008 %，平均成品 w( S) 為0． 011%，滿足鋼種要求。新工藝平均脫硫率較原工藝高9． 3 % 。

3． 1． 1 脫氧效果分析與對(duì)比

從表 4 脫氧對(duì)比數(shù)據(jù)可知，原工藝使用鋁塊脫氧，新工藝使用鋁鈣復(fù)合脫氧劑，鋁塊中鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)是鋁鈣復(fù)合脫氧劑的1． 96倍，實(shí)際鋁鈣復(fù)合脫氧劑加入量較鋁塊增加82 %，成本上有一定的優(yōu)勢。

3． 1． 2 渣樣數(shù)據(jù)分析

新工藝 CAS 站出站渣樣基本為墨綠色玻璃渣，無氣孔或少氣孔，致密度良好。從表 5 數(shù)據(jù)可知，新工藝鋼包渣達(dá)到了良好的渣洗效果，CAS 站出站渣樣堿度平均為12． 33，比原工藝平均提高0． 74，且渣洗后渣中 w( MnO + T． Fe) ＜ 1． 0 % ，說明渣洗料具有較高的堿度和較強(qiáng)的還原性，有利于脫硫反應(yīng)進(jìn)行，能有效提高鋼水潔凈度，可以起到很好的頂渣改質(zhì)作用。

3． 1． 3 脫硫效果對(duì)比

轉(zhuǎn)爐出鋼后鋼包內(nèi)鋼水氧化性取決于鋼水溶解氧含量，而鋼水溶解氧含量取決于鋼水酸溶鋁含量。出鋼過程中加入鋼包的鋁一部分被轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)鋼水中的氧氧化，另一部分被渣中的FeO 氧化。出鋼后鋼包中鋼水的殘余鋁含量因轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)氧含量和出鋼下渣量的不同而波動(dòng)，因而對(duì)渣洗脫硫率產(chǎn)生影響。有研究表明渣洗脫硫率隨鋼水酸溶鋁含量升高而增加。因此，要保證較好的脫硫效果，鋼中酸溶鋁的控制是關(guān)鍵［9］。兩種工藝平均出鋼硫含量和平均成品硫含量對(duì)比如圖 1 所示。新工藝CAS 到站 w( AlS) 比原工藝高出0．008 %，有利于脫硫反應(yīng)進(jìn)一步進(jìn)行，且采用新工藝 CAS 站出站渣堿度高，渣中硫容量高，脫硫效果好，平均成品 w( S) 為0．011 %，滿足鋼種要求。新工藝脫硫率可從原工藝平均35．7 %提高到45．5 %，如圖1 所示。

3． 2 鋼中大型夾雜物情況

在進(jìn)行的“LD→CAS→CC”工藝優(yōu)化試驗(yàn)中，鋼水流動(dòng)性良好，所有澆爐次均未發(fā)生水口結(jié)瘤現(xiàn)象。對(duì)鑄坯夾雜物金相分析結(jié)果表明兩種工藝中80 % 夾雜物尺寸都小于 10 μm。原工藝和新工藝兩種工藝條件下，鑄坯中夾雜物尺寸小于 10μm 的比例分別為83 % 、88 % ，新工藝鑄坯中夾雜物滿足小于1． 0級(jí)的比例達(dá)80 %，達(dá)到 SPHC鋼種需求，且夾雜物尺寸較原工藝小，新工藝改善夾雜性優(yōu)于原工藝。

4 成本分析

新工藝與原工藝脫氧成本如表 6 所示，工藝優(yōu)化后，每噸鋼脫氧成本可下降3． 14元，具有一定的成本優(yōu)勢。

2012 年 4 － 5 月在某鋼廠試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)束后從6 月起，該工藝正式用于某鋼廠低碳低硅 SPHC鋼批量生產(chǎn)，已生產(chǎn)近 300 爐次，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，且生產(chǎn)周期縮短，提高了生產(chǎn)效率，生產(chǎn)成本有一定程度降低。

5 結(jié) 論

1) 優(yōu)化后的生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)的低碳低硅SPHC 鋼主要化學(xué)成分滿足要求。

2) 新工藝應(yīng)用于低碳低硅 SPHC 鋼冶煉，采用鋁鈣復(fù)合脫氧劑脫氧，脫氧效果穩(wěn)定，過程中鋼水流動(dòng)性良好，且綜合成本有一定幅度的降低，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

3) 新工藝用于低碳低硅 SPHC 鋼冶煉，起到了良好的渣洗效果，CAS 脫硫效率顯著高，降低鋼水硫含量，有效提高鋼水潔凈度，達(dá)到了良好的冶金效果。

4) 采用優(yōu)化后的生產(chǎn)工藝生產(chǎn)低碳低硅SPHC 鋼，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，且生產(chǎn)周期縮短，提高了生產(chǎn)效率，生產(chǎn)成本有一定程度降低。

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