改进汽车钢板的冶炼工艺

zhd1998cn

为了降低新利佩茨克钢铁公司汽车钢板用低碳钢的成本，其优先方向是选择降低脱氧剂和合金，首先是降低铝的消耗量。这是由于配料中铁水和废钢的比例主要不是取决于工艺要求，而是市场行情。同时作为强脱氧剂本身，铝耗量反映了从转炉冶炼到获得成品板坯的全部影响因素的综合结果。
    转炉吹炼后，钢中氧质量分数的波动范围较大(0.06％～0.12%)，且取决于炉次配料，吹炼和造渣制度以及其它参数。为降低并稳定脱氧前钢和渣的氧化度，对配料和吹炼要求严格。然而，主要方向是制定使铝烧损最小的脱氧剂工艺。
    1993年转炉出钢时预先用原生铝脱氧(0.3～0.4kg/t)，而对钢水精炼装置喂铝线(2.37kg/t)以及中碳锰铁和金属锰(相应为1.29kg/t和0.6kg/t)。同时，由于不可能测出喂线后铝收得率和质量分数，几乎所有炉次都不得不借助调整及在不稳定的温度下操作。
    1993年，应用炉外精炼分批加铝的工艺，按该工艺在3min吹氩混匀后测钢温，对未搅拌熔体喂第一批铝丝(1.3kg/t)。此后，再测钢液温度并用氩气搅拌2min。然后喂第二批铝丝，耗量按喂第一批(脱氧剂)时的升温值确定。中断喂线和中间搅拌导致铝质量分数下降，因此，可依靠覆盖渣和大气与氧反应降低铝烧损。由于脱氧反应控制得更准确，铝的调整次数减少一半，并使它的含量从0.06%降到0.056%。
    1996年解决了转炉炉料从360t减少到350t，由于客观原因进入钢包的转炉渣量增多，从而增加了铝耗量0.15kg/t（图1）。
    1997年在炉外精炼中采用高碳锰铁预脱氧的工艺。在此条件下由于锰铁中存在的碳与钢液的氧反应形成一氧化碳，导致钢包钢液沸腾，然而没有发生喷溅。该工艺极大地降低了昂贵的中碳锰铁耗量(图2，这在1998年工艺期间尤其明显)。
    同年6月，由于缺乏锰矿改为加入低锰生铁。这使整个公司生产成本降低，但使转炉吹炼工艺复杂化。吹炼后，钢和渣氧化度提高，渣中全铁的质量分数从16.7%上升到19.3%。这使铝的烧损增加，基本上抵消了应用高碳锰铁预脱氧工艺条件下节约铝而获得的效益。
    1999年恢复炉次配料到360t,由于从钢包到钢水精炼装置熔体溅出，不用高碳锰铁预先脱氧的工艺，而采用转炉出钢过程硅锰预先脱氧工艺。替换可氧化的元素(用硅替换碳)能增加降低加铝前的氧化度。为了硅氧化物在渣中稳定化合并防止在铝终脱氧时还原，从出钢开始即加硅锰合金到未脱氧的钢液中。同时，为了渣中硅的氧化物化合添加石灰石。在钢包钢水精炼装置中加入脱氧和获得规定质量分数的全部铝，纯铝耗量下降0.28kg/t。
    2000年采用了稳定浇铸包覆盖渣氧化度工艺。转炉渣进入通常会增加铝烧损，但在采用降低铝烧损的全部措施后，在钢水脱氧条件下，渣的氧化度起重要作用。根据铝的平衡，约50%的铝消耗于渣的脱氧。
    当钢出炉后，对钢包添加石灰和铝颗粒的混合物时，渣的氧化度下降根据进入浇铸包的渣量用计算法确定混合物的必需量。添加石灰和铝颗粒的重量比约为10∶1。混合物均匀地分布在钢液表面时，被覆盖渣吸收；渣中的铝几乎马上就溶解而铁从氧化物中还原。在混合物耗量3～4kg/t条件下，喂铝线前渣中全铁质量分数下降6％～9%。应该指出，这种稳定覆盖渣的方案不需要增加技术措施，因为采用的是普遍适用于脱氧和合金化的材料。
    采用这种工艺后，2001年的经济效益最明显，铝线耗量比1999年下降0.19kg/t。尽管保持了纯铝耗量，在该条件下依靠铝颗粒和铝线的价格差使成本下降。
    2002年转炉熔体出钢时，采用硅铁预先脱氧的改进工艺。硅铁预先加入的结果使喂线前钢液氧化度平均下降达0.0226%。在某些炉次，氧的质量分数下降到0.013%，但并未提高钢水中的硅含量，但是由于缺乏测量转炉钢水氧化度系统和按实验测量结果配硅铁量的原因，对整组炉次不一定能保证这种效果。图3为加入钢水中硅的重量消耗量。在转炉2车间，硅耗量0.75kg/t(根据不同材料)条件下，硅的质量分数一定不超过要求值0.03%。
    此外，在钢水精炼装置中安装了测量钢液温度和氧化度的系统Celox (Heraeus Electro-Nite公司)。进入钢包精炼装置的钢水尽管使用了预先脱氧的工艺，但还是出现了相当多的溶解残余氧(0.013％～0.035%)。在生产条件下，不可能完全消除其含量的不稳定性。从1994年至今，在低的初始氧化度条件下基于热效应采用铝线脱氧工艺，不能保证铝的必需加入量。采用Celox系统，钢水精炼装置中的处理时间平均缩短为2.7min，能减少补充铝含量的次数40%。2002年铝耗量减少0.3kg/t钢。2003年，冶炼低碳钢降低铝耗量0.09kg/t。
    因此，改进汽车板低碳钢的脱氧工艺，能降低纯铝耗量0.74kg/t(从1993年的2.75kg/t降到2003年的2.01kg/t)。此外，也能最大限度地使用锰铁合金，使成本下降(见图2)。
    必须指出，降低铝耗量的工艺方法解决的课题不仅降低钢材成本，而且提高质量，因为抑制非金属夹杂物的形成，使其数量最少。此外，在1995年采用钢水连铸保护防止二次氧化，规定在中间包钢液面下注射流股并对浇铸包保护套和滑动水口连接处吹氩气。
    钢水脱氧和合金化的工艺方法能降低炉外精炼后钢水中的和成品钢材的铝质量分数的偏差(见图4)。此外，由于这些措施配合可稳定地保护钢流防止二次氧化，从精炼的钢水到板坯，铝质量分数下降，并在2003年成品钢中平均为0.043%。由图5看出，近年钢污染度下降5/7。2002年按OCB制度随后在罩式炉中退火冷轧，钢板产量达到高级拉伸(OCB+BOCB+BOCB+T)的97.8%，并且BOCB-T产量为32.1%。
    尽管获得了良好的结果，但仍需进一步改进生产，尤其是脱氧工艺。这样在生产过程中，除硅铁和硅锰外，在钢水中添加再生铝。结果证明，不仅能降低铝线消耗量，而且能降低纯铝消耗(见图1)。
    采用钢水氧化度测量系统并配加硅铁，在改进转炉扒渣系统、采用浇铸包底吹的条件下，可以进一步降低成本并提高质量。此外，改善保护钢流，防止二次氧化，不仅能够改善钢水质量，而且能保证铝的质量分数接近0.02％～0.04%，而不是目前的0.03％～0.05%。（先越蓉）