低合金钢精炼工艺优化

郭 辉，郝 强，王彦杰

( 河北钢铁集团 邯钢公司 三炼钢厂，河北 邯郸 056015)

摘  要: 随着用户对低合金钢性能、纯净度要求越来越高，给钢水冶炼提出了更高要求。邯钢三炼钢厂利用现有设备，结合生产经验，采用炉外精炼和关键工艺控制过程，对脱硫、酸溶铝含量控制、窄成分控制、出站温度和夹杂物控制工艺进行了优化，成功开发了高级别低合金钢类钢种，增强了邯钢产品的市场竞争力。

关键词: 低合金钢; 精炼; 工艺; 优化

1 前言

钢铁企业必须以市场需求为依托，积极主动地调结构转方式，满足用户对钢材品种和质量不断提高的新要求，才能稳步实现由大到强的新跨越。随着铌、钒等微合金加入钢中使低合金钢用途更为广泛，目前已经广泛应用于造船、汽车、压力容器、桥梁、铁路、天然气石油管道等领域，低合金钢品质的提升给企业带来更大的市场空间。邯钢三炼钢厂充分发挥自身完善的装备优势，根据市场需求，不断优化精炼工艺，大力生产和开发高附加值的低合金钢种，增强了邯钢产品的市场竞争力。

2 工艺装备

邯钢三炼钢厂现有 1 座 1 300 t 混铁炉、1 座单吹颗粒镁铁水脱硫站、4 座100 t 顶底复吹转炉、4 座LF 钢包精炼炉、1 座 RH 精炼炉、1 台 8 机 8 流小方坯连铸机、2 台板坯连铸机和 2 台薄板坯连铸机，完善的装备为低合金品种钢的开发及品质提升提供了可靠保障。

3 炉外精炼的优势

( 1) 通过精确控制钢水的化学成分，实现低合金钢的窄成分控制。

( 2) 稳定钢水浇铸的过热度，实现连铸机恒拉速浇铸。

( 3) LF 深脱硫工艺能够满足超低硫钢的生产。

( 4) RH 精炼炉的配套使用，能有效地控制夹杂物的数量、形态和分布，提高钢水的纯净度。

( 5) 灵活的生产组织，实现连铸机多炉连浇。

4 精炼工艺优化

随着用户对低合金钢性能、纯净度要求越来越高，同时也给钢水冶炼提出了更高要求，对钢中有害元素 S、P、N、H、O 夹杂物的控制更为严格，钢水在浇铸过程中要实现低过热度和恒拉速，前后炉次之间的化学成分要连续稳定。建立高效、经济的冶炼平台，充分发挥精炼优势就显得尤为重要。

4． 1 工艺路线优化

根据用户对产品质量和性能的不同需求制定不同的工艺路线，做到高效、经济、合理，主要工艺路线有以下三种。

( 1) 转炉→LF→板坯连铸机\小方坯连铸机\薄板坯连铸机

( 2) 转炉→LF→RH→板坯连铸机\小方坯连铸机\薄板坯连铸机

( 3) 脱硫→转炉→LF→RH→板坯连铸机\小方坯连铸机\薄板坯连铸机

4． 2 脱硫工艺优化

硫在钢中常以 MnS 的形式存在于晶界上或者在异相界面上偏析聚集，是表面活性元素，对钢最大的危害就是引起钢的热脆，降低钢的韧性，恶化钢的Z 向性能，并对氢致裂纹有较大影响，所以 LF 精炼快速深脱硫极其重要。众所周知，高温、高碱度、强还原性、强搅拌有利于脱硫，其反应主要发生在炉渣和钢水界面之间，通过钢渣反应使硫由钢水向炉渣发生扩散转移，强化脱硫主要从降低钢水氧化性、造还原渣前移、合理控制 Als、合适钢包净空、良好的透气性和加强吹氩控制等方面进行综合改进。

4． 2． 1 降低钢水氧化性

转炉出钢采用挡渣帽和挡渣锥双挡渣操作，出钢时间大于 3． 5 min，避免出钢夹渣，控制钢渣中的∑FeO 含量，有效降低钢水初始氧化性，为 LF 快速脱硫创造有利条件。

4． 2． 2 造还原渣前移

转炉出钢过程中加入调渣剂和石灰，利用出钢过程中高温钢水强大的冲击动能，可提前形成高碱度、低熔点的顶渣，为进入 LF 后快速形成白渣创造条件。

4． 2． 3 合理控制酸溶铝

( 1) 转炉出钢前将铝锭加入钢包或者在出钢过程中加入钢砂铝，根据转炉终点 C 含量调整铝制品的加入量，保证进 LF 炉 Als 为 50 ～ 200 ppm，脱氧与脱硫是相互联系的，脱氧良好的炉渣能够提高脱硫能力。

( 2) 钢水进 LF 精炼后根据初始 S 含量、渣况、Als 含量喂入适当的铝线脱氧造白渣。生产实践表明，当 Als ＜100 ppm、O ＞20 ppm 时，不利于脱硫反应的进行。为了保证脱硫反应的正常进行和成品对Als 的要求，精炼的前中期将 Als 控制在 300 ～ 400ppm。

4． 2． 4 合适的钢包净空和钢包透气性

脱硫需要的动力学条件就是强搅拌，加强渣子与钢水的接触，然而钢包透气性和净空直接影响着搅拌的强弱。所以，必须将钢包底吹砖处理干净，钢包净空控制在 300 ～600 mm。

4． 2． 5 加强吹氩控制

吹氩搅拌可以加强钢 － 渣反应界面，加速脱硫反应进行。从动力学角度分析，钢包精炼炉中脱硫反应的限制环节是钢液本体向钢 － 渣界面的传质过程。因此，加强氩气搅拌有利于提高脱硫反应速度。

4． 3 窄成分控制优化

用户对钢材成分的要求不仅在标准要求范围，而是提出了更为苛刻的要求，前后炉次成分要连续稳定，做到窄成分控制。

4． 3． 1 转炉出钢合金化控制

低合金钢在转炉出钢时需要配加大量合金，为保证合金能完全均匀熔入钢水中，出钢过程中底吹氩时间要大于出钢量的 60%，炉后取样前需小气量搅拌 1 min 以上，为 LF 进站精确调整成分提供可靠依据。

4． 3． 2 减少“回锰”、“回硅”现象

进 LF 后不能急于调整硅、锰含量，否则在白渣精炼工艺条件下将会被还原进入钢水中，出现精炼过程中的“回锰”、“回硅”现象。回锰、回硅量主要取决于钢包渣中的 MnO 和 SiO2含量，以及精炼渣的还原性，易发生在 LF 处理前期和造白渣结束时。因此在 LF 进行合金微调时，必须根据 LF 处理工艺、转炉终点氧化性等预判回锰量，用钙硅线进行钙处理的也必须将钙硅线增加的 Si 考虑进去，实现前后炉次之间的窄成分控制。

4． 4 出站温度优化

精炼出站温度直接影响着钢水浇铸的过热度和拉速，所以能否实现连铸稳定的低过热度和恒拉速浇铸关键在于精炼的出站温度控制。

( 1) 定期校验精炼和连铸测温仪表，减小误差。

( 2) 加强过程管理和控制，严格控制钙处理前测温次数和温度偏差范围，减少钙处理后出现高低温的几率。

( 3) 根据精炼时间和钢包状况调整出站温度。

( 4) 合理把握出站时间，控制钢水待浇时间，减小钢水温降。

4． 5 夹杂物控制优化

钢水中的夹杂物直接影响钢水的可浇性，并且也影响钢材的性能和质量，所以必须有效地控制夹杂物的种类、数量、形态和分布。 

4． 5． 1 夹杂物上浮

LF 精炼前期喂入铝线，在中前期精炼过程中主要进行中、强度搅拌，促进夹杂物碰撞、聚集、长大。在精炼后期则小氩气流量弱搅拌，保证大于 5 min的软吹时间，充分促进剩余的夹杂物上浮。

4． 5． 2 夹杂物改质

LF 喂钙线处理主要用于对 Al2O3夹杂进行变形处理，使之形成球形 12CaO·7Al2O3夹杂。通过实践，将必保 Ca/Als≥0． 1 改进为将 Ca/Als 控制在0． 08 ～ 0． 12，以较低的成本保证了钢水的可浇性。

4． 5． 3 RH 夹杂物及气体的控制

高级别的低合金钢为了有效地控制夹杂物和气体含量需要采用 LF + RH 双联工艺。在生产之前先安排 2 炉低硫钢水进行洗槽，减少 RH 真空槽壁冷钢对钢水的污染; 合金、碳和温度在 LF 炉都已调整合适，RH 要求铝一次配加成功或者不调整，保证纯脱气时间≥6 min，严禁吹氧升温污染钢水。

4． 5． 4 钢中气体的控制

( 1) LF 精炼通过加发泡剂增强埋弧效果、微正压操作、减少送电起弧次数、控制吹氩强度、减少钢水与空气接触等手段，控制钢水吸氮过程。

( 2) RH 采用本处理模式，在高真空下通过脱氢、脱氮、脱氧，进一步提高了钢水质量。

5 工艺优化效果

( 1) 通过以上工艺优化，成功开发了薄板坯产线的无取向硅钢、汽车结构钢，中厚板产线的 E 级船板、管线钢、高强钢，线棒材生产线的钢筋钢等高级别低合金钢。

( 2) 产品质量得到明显改善，裂纹、偏析等缺陷明显减少，探伤合格率稳定在 98% 以上，减少了改判量，保证了合同兑现率。

( 3) 工艺优化及窄成分控制等措施，有效降低了生产成本。