重钢AFT702和CDQ203钢种经济洁净化工艺基础及应用研究

摘要

随着中国钢产量的迅猛增长和宏观经济环境的变化,钢铁行业的竞争更加激烈,经济洁净钢生产技术对当今钢铁行业提高产品质量和降低生产成本具有重要意义,一直以来受到广泛关注。然而因为精炼设备功能未得到充分发挥,各精炼手段优化组合不尽合理,已成为制约现代化流程的钢铁企业建设经济洁净钢生产平台的瓶颈。本文选取重钢生产的AFT702和 CDQ203为代表性钢种,经过对该钢种转炉-精炼条件下钢水洁净度进行调查及分析,因钢水中高熔点夹杂数量较多而时常出现水口结瘤的问题,极易引起浇铸中断,在轧制时还会导致钢材表面损伤,不能满足连铸-连轧紧凑式布局和热送热装要求。因此众多钢厂不得不采用钙处理对夹杂物进行改性,虽然从一定程度减轻了水口结瘤问题,但在生产中由于钙收得率非常低。因此生产成本也相应增加。对于年产上千万吨的钢铁企业而言,减少或取消钙处理能够极大地降低生产运营成本。
　　本文以确定目标钢种最经济的精炼工艺制度并确保良好的洁净度为目的,不因夹杂导致水口结瘤制约连浇炉数的提高,更不能因夹杂危害钢材力学性能。所以如何合理地对钢中夹杂物进行变性处理和处理的方式是研究内容的关键所在。首先通过调查目标钢种的精炼工艺现状,明确合理的洁净度控制水平。然后对钢中典型夹杂物处于低熔点区时钢液和精炼渣成分控制进行理论计算,在此基础上,试验研究不同精炼渣以及复合包芯线处理对碳结钢和低合金钢洁净度的影响,得到了适应不同钢种的精炼渣组成和复合包芯线控制范围。最终结合重钢的生产实际进行了工业应用。研究的主要结果为:
　　利用热力学软件 FactSage计算发现,对于钢种 AFT702,要将弱脱氧钢中MnO-SiO2-Al2O3夹杂物成分控制在熔点不超过1520℃的液相区域内,则钢液中[Al]控制在0.0010％~0.0015％,[O]含量控制在10~25ppm。要将强脱氧钢中CaO-SiO2-Al2O3夹杂物成分控制在液相区域内,则钢液中[Al]控制在0.013％以下,[O]含量控制在2ppm。当夹杂物熔点低于1520℃,可以避免浇铸过程堵水口而且热轧时能够稍许变形,因此能够大大提高钢材的塑性和韧性。对于钢种CDQ203,要将CaO-MgO-Al2O3夹杂物成分控制在MgO<10％、Al2O3:45％~60％、CaO:40％~55％液相区域内,当平衡[Al]含量为0.03％时,钢液的a[Ca]为1~10ppm,a[Mg]为0.01~0.3ppm;当平衡[Al]含量为0.06％时,钢液的a[Ca]为1~30ppm,a[Mg]为0.05~0.9ppm。为使CaO-Al2O3-CaS系夹杂物能够控制在低于1600℃液态区域内,当钢液中的a[Ca]分别为5,15,30ppm时,平衡[Al]含量应分别控制在0.0010~0.050％,0.0050~0.250％和0.010~0.50％。
　　理论分析基础上,在实验室通过16炉渣系A(CaO/Al2O3:1.0~1.8,SiO2:11~20％)和6炉渣系B(CaO/SiO2:1.0~1.2,Al2O3:25~35％)与AFT702碳结钢液的高温平衡实验,研究了不同炉渣组成对钢液洁净度的影响关系。实验结果表明炉渣 A比炉渣B有更强的脱氧、脱硫的作用。与炉渣 A反应钢中的钙镁铝硅酸盐夹杂物总体尺寸小于与炉渣B反应钢中的钙锰铝硅酸盐夹杂物。为生成更多小于3μm的球状钙镁铝硅酸盐类夹杂,降低钢中T[O]含量,应选用炉渣A的组成为CaO/Al2O3比在1.2~1.8之间,渣中SiO2含量在11％或20％附近。
　　其次,通过6炉渣系C(碱度为9,CaO/Al2O3:1.0,SiO2:5％)和6炉渣系D(碱度为6,CaO/Al2O3:1.5,SiO2:9％)与 CDQ203合金钢液([Al]:0.020％~0.070％)的高温平衡实验,研究了炉渣对钢液成分和夹杂物组成的影响关系。实验结果表明两种渣的脱硫能力接近,钢中平均硫含量均为0.002％,但是炉渣D的脱氧能力略强于炉渣C。与炉渣D平衡的钢中低于5μm夹杂物数量多于炉渣C,夹杂物更细小。而且在炉渣D条件下更有利于生成钙镁铝硅酸盐夹杂物。为生成更多小于5μm的球状液态 CaO-MgO-Al2O3-SiO2类夹杂,保证钢中较低 T[O]含量,应选用炉渣 D的组成为CaO/Al2O3比在1.5左右,渣中SiO2含量在9％附近。
　　为了分析钙铝酸盐复合包芯线处理对钢液洁净度的影响,还研究了初始钙铝酸盐含量为90％、80％、70％(利用率为10％、20％)的复合包芯线与低合金钢液反应60min时钢中夹杂物的变化过程;得出当芯粉中钙铝酸盐含量为80％~90％(利用率为10％)或含量为90％(利用率为20％)时,则钢中典型夹杂物为低熔点球状CaO-MnO-SiO2-Al2O3,当钙铝酸盐含量为70％(利用率为10％)或含量为70％~80％(利用率为20％)时,则钢中更容易生成CaO-MgO-Al2O3或CaO-Al2O3, Al2O3逐渐减少。
　　在上述研究基础上,在重钢一炼钢厂进行了AFT702、CDQ203的生产试验,工业试验主要对转炉出钢脱氧、渣洗和精炼渣工艺进行了优化,有效降低了钢中氧化夹杂和有害元素含量,达到了―出钢复合脱氧+渣洗→CAS/LF→CCM‖工艺路线下取消钙处理实现钢水多炉连浇的目的。论文研究结果具有重要的现实意义,不仅实现了碳结钢和低合金钢的经济洁净化生产,还对其它以品种钢为主的钢铁企业具有示范作用。