洁净钢生产控制措施概述
王建宇，张益民，韩红兵摘 要：本文通过以淮钢转炉为基础介绍了洁净钢工艺控制从铁水脱硫、转炉复吹、LF 和 R...
王建宇，张益民，韩红兵
关键词：洁净钢；精炼；连铸；非金属夹杂物
1 前 言
随着对钢材质洁净度要求的提高，夹杂物控制技术已成为现代洁净钢冶炼的主要内容之一，越来越多的钢铁企业不断更新和发展炼钢工艺，生产洁净钢和超洁净钢，以提高钢的质量、改善钢的性能。
2 洁净钢生产控制 措施
2.1 铁水脱硫
硫对绝大多数钢种都是非常有害的，降低钢中的硫含量，有利于提高钢的机械、工艺等性能，以满足市场的需要。目前洁净钢普遍要求钢中 S≤0.005%，铁水脱硫是主要的控制手段。铁水脱硫的优点在于：
（1）铁水中碳、硅元素含量高，氧含量低，有利于脱硫。
（2）脱硫剂利用率高，脱硫效率高，脱硫速度快。
（3）提高炼钢的生产能力，节约工序能耗，降低成本。
目前铁水脱硫有两种 [1] ：一种是喷吹法，喷吹颗粒镁脱硫，脱硫效率快，但脱硫渣不易扒净，往往在铁水加入转炉后产生大量回硫，效果较差。另外一种 KR 搅拌脱硫法，是以后铁水脱硫的主要趋势。该方法是将一个浇铸有耐火材料外衬的十字搅拌器，插入到铁水罐中进行旋转搅拌，使铁水产生漩涡，将投入到铁水液面的脱硫剂卷入并与铁水充分混合发生脱硫反应，具有脱硫效率高、扒渣彻底、成本低等特点，可稳定将铁水 S 控制在 0.003%以下，转炉出钢 S 控制在 0.015%以下。
2.2 复吹转炉 炉 工艺要点
2.2.1 钢 提高出钢 C ，降低出钢[O]
转炉终点 C 含量直接关系出钢[O]，决定着脱氧所产生的夹杂物数量，与钢水纯净度息息相关。顶吹与复吹工艺的终点 C-O 关系如图 1 所示，出钢 C 由 0.04%提高至 0.10%，钢水自由[O]可下降至 1/4，极大降低脱氧产物量，利于提高钢水纯净度。
2.2.2 终点温度、 下渣 、 到站成分
温度是炼钢的灵魂，控制好终点温度是洁净钢工艺的前提，如果终点温度达不到要求，势必加大后道工序的冶炼难度，影响钢水的洁净度。根据淮钢的工艺规定，普通碳素结构钢、合结钢等终点温度不得低于 1630℃，低 P 钢等难度系数较大的钢种终点温度不得低于 1615℃。
转炉出钢下渣直接影响精炼炉渣稳定性，带来额外氧源，不利于钢水纯净度控制。采用挡渣锥、滑板挡渣并注意抬炉时机，是控制出钢下渣的关键。目前高纯净度洁净钢生产，要求转炉出钢下渣导致的回 P 量≤0.003%，对精炼渣况影响较小。
转炉出钢到精炼的成分控制的好坏直接影响到钢水质量水平，到站成分控制的好，精炼炉合金调整的数量少，冶炼难度小，精炼白渣时间得到保证，钢水中的夹杂物有充足的上浮时间，洁净度得到保证。
2.3 LF 炉外精炼
2.3.1 造渣工艺
尽快形成 w(FeO+MnO)≤1%的强还原性渣，并使钢水在还原性气氛中有足够的精炼时间是保证钢液脱硫和生产“洁净钢”的关键，故 LF 造渣要快、白、稳。为缩短白渣形成时间，在出钢过程中加入精炼渣，利用钢流冲击搅拌，加速精炼渣熔化，进站前顶渣已经变黄甚至变白。钢水进入加热位后，控制好加热前渣量, 化渣结束后再根据渣状进行脱氧，提高埋弧效果，由于延长了白渣保持时间，脱硫率提高很明显，钢中硫可以控制在≤0.006%，最低硫含量甚至可以达到 0.002％水平。此渣系在夹杂物去除方面效果显著 [2] ，如表 2 所示。
2.4 RH 真空精炼
在真空状态下，流经真空槽钢水中的氩气、氢气、一氧化碳等气体在钢液循环过程中被抽走。同时，进入真空槽内的钢水还进行一系列的冶金反应，比如碳氧反应等；如此循环脱气精炼使钢液得到净化。经过 RH 处理的钢水优点明显，如钢水为强还原性炉渣所覆盖，钢-渣界面“静止”，钢水循环流动，促进夹杂物碰撞、聚合、上浮、去除效果较好等，如图 2 所示。
根据钢液中 Al（s）、Ca 含量向钢水中喂入硅钙线或纯钙线，进行夹杂物变性处理，控制钢液中 Ca/Al 比，以生成 CaO*Al2O3、12CaO*7 Al2O3，提高钢水可浇性，软吹氩气流量控制以不裸露钢液面为准，保证软吹时间≥15min。软吹工艺优化后，钢中夹杂物数量、尺寸明显降低。
钢中夹杂物上浮明显。精炼后钢水纯净度增加，夹杂物球化效果较好，这对于提高钢水性能有显著成效。
2.6 连铸控制
2.6.1 保护浇注
连铸过程钢水二次氧化易引起钢水夹杂物尺寸大幅增加，突出表现为钢水增氮。连铸二次氧化的途径在于长水口、浸入式水口、中包液面吸气，对这三个过程采取主要采取使用密封型长水口、中间包氩封、控制中间包液面覆盖剂等，可将中包过程增氮控制在 3ppm 以内。例如，淮钢经过将上述措施推广后，连铸增氮量 3ppm 以下的比例由原来的不足 10%增加到 80%以上，二次氧化程度大为减轻。
2.6.2 连铸稳定控制
连铸过程存在诸多非稳态 [4] ，包括大包开浇和结束浇铸、交换钢水包、结晶器调宽、更换浸入式水口、水口粘结、堵塞等情况，在非稳定态浇铸时期，拉速显著变化，钢水流动状态受到扰乱，液面波动增加，保护渣、覆盖剂颗粒易卷入钢液，部分被坯壳捕捉，成为大型非金属夹杂物。以连铸为中心组织生产，实现连铸稳定控制，是避免钢中大型夹杂物产生的有效途径。
3 结 论
（1）做好铁水脱硫是保证成品 S 含量控制，提高钢水纯净度的有效手段。
（2）提高转炉终点 C 含量有助于减少脱氧产物量，利于提高钢水纯净度。
（3）通过采用预熔渣造渣工艺，形成特色炉渣成分，显著提高夹杂物去除、成品 S 控制能力。
（4）采用 RH 真空精炼，可极大降低钢中 T[O]，提高钢水纯净度。
（5）做好连铸保护浇注，控制连铸稳定性，可有效避免钢水连铸大型夹杂物产生，防止钢水二次污染。
参考文献
[1] 赵沛，成国光，沈甦．炉外精炼及铁水预处理实用技术手册[M]．北京：冶金工业出版社．2004.6
[2] 黄希祜.钢铁冶金原理[M].北京：冶金工业出版社，2008:155-158
[3] 王新华．钢铁冶金-炼钢学 [M]．北京：高等教育出版社， 1999：113-123
[4] 王雅贞，张岩，刘术国．新编连续铸钢工艺及设备[M]．北京：冶金工业出版社．1999
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