260_t转炉生产SPA-H钢保磷技术研究与实践_李超.pdf

李超，硕士，高级工程师，2011年7月毕业于东北大学钢铁冶金专业。E-mail：xx_.260 t 转炉生产 SPA-H 钢保磷技术研究与实践李超1，于海岐1，黄岩1，许营2，尚德义1，李文博1，冉茂铎1（1.鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司，辽宁 营口115007；2.鞍钢集团钢铁研究院，辽宁 鞍山114009）摘要：针对SPA-H钢种磷含量要求高的特点进行了保磷理论分析，并开展试验，确定影响钢水磷含量各主要参数最佳平均值为：终点钢水温度1 681，渣重量7.38 t，氧含量0.038 2%，终渣碱度1.68。实践表明，SPA-H钢磷含量合格率100%，平均为0.077 3%，完全满足生产要求。关键词：转炉；SPA-H钢种；磷含量；钢水温度；氧含量；碱度；渣量中图分类号：TF777文献标识码：A文章编号：1006-4613（2023）01-0055-04DOI：10.3969/j.issn.1006-4613.2023.01.0012Study on Phosphorus-preserving Technology forMaking Molten Steel SPA-H by 260 t Converter and Its PracticeLI Chao1，YU Haiqi1，HUANG Yan1，XU Ying2，SHANG Deyi1，LI Wenbo1，RAN Maoduo1（1.Bayuquan Branch of Angang Steel Co.，Ltd.，Yingkou 115007，Liaoning，China；2.Ansteel Iron&Steel Research Institutes，Anshan 114009，Liaoning，China）Abstract：According to the characteristic of high content of phosphorus asked for makingmolten steel SPA-H,the theoretical analysis on the phosphorus-preserving technology was carriedout and then experimental investigations were done.Based on the investigations the optimumaverage values concerning the main parameters effecting the content of phosphorus in molten steelwere determined,namely the temperature of molten steel at the end point was 1 681,the slagvolume was 7.38 tons,the content of oxygen was 0.038 2%and the alkalinity of final slag was1.68.So the practice results showed that the qualified rate of phosphorus content was 100%,forthe average phosphorus content was 0.077 3%,which could compeletly meet the requirementsasked by molten steel SPA-H.Key words：converter;SPA-H steel grade;phosphorus content;molten steel temperature;oxygen content;alkalinity;slag volume耐候钢被广泛应用于集装箱板、桥梁等，其使用环境对钢的耐腐蚀性、屈服强度等均有较高要求，国内酒钢、马钢、莱钢、鞍钢等钢铁企业通过研究冶炼钢水成分控制、轧制工艺等，使纯净度、屈服强度、抗拉强度、延伸率等指标均得到改善1-7。SPA-H钢是耐候钢的一种，磷是大多数钢种中常见的有害元素，容易造成“冷脆”质量问题8，但SPA-H钢要求一定的磷含量来提高其耐腐蚀性能9，所以转炉冶炼SPA-H钢时的保磷技术是生产此类钢的关键技术之一。国内对此进行了一系列相关技术研究，如马钢采用合理控制热力学条件、少渣冶炼等措施冶炼高磷类钢种,取得较好生产效果10；梅钢采用提高供氧强度冶炼，缩短熔炼时间，保磷效果得到提高11；鞍钢采用不加白灰的经济性少渣冶炼方法实现了SPA-H磷含量达0.050%以上12；武汉科技大学张思维通过控制碱度、优化废钢结构等工艺方法将终点磷含量控制在0.042%以上13。鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司炼钢部（以下简称“鲅鱼圈炼钢部”）针对鞍 钢 技 术2023 年第 1 期ANGANG TECHNOLOGY总第 439 期55-SPA-H高磷类钢种进行了转炉保磷技术理论分析，并将相关结论应用于生产，取得较好效果14，本文对此做一介绍。1工艺概况鲅鱼圈炼钢部有3套喷吹型铁水预处理设备，3座260 t转炉，5套LF、ANS-OB等精炼设备，3台连铸机（2台1450 mm薄板铸机、1台2300 mm厚板铸机）。SPA-H钢工艺路径为：铁水预处理脱硫转炉脱碳保磷ANS-OB调整成分与钢水净化1 450 mm铸机浇注、切割出坯。为了满足SPA-H钢较好的耐腐蚀性能，要求钢中具有一定的Cu、P、Cr含量15。结合钢种过热度、炉机对应、浇注参数及精炼工况等情况设计了SPA-H钢转炉终点温度。SPA-H钢水成分及终点温度控制要求见表1。表1 SPA-H钢水成分及终点温度控制要求Table 1 Compositions in SPA-H Molten Steel andRequirements of Molten Steel Temperature at End PointSPA-H钢的保磷工艺控制关键是转炉工序，转炉常规冶炼中大多以脱磷为目的，脱磷技术成熟稳定，而保磷技术缺乏系统研究。影响磷含量的因素很多，合理准确控制各元素成分和温度，达到终点标准要求难度较大。与保磷技术相关的生产参数见表2。主要生产指标有：平均渣量510 t，碱度0.53.5，终点氧含量0.02%0.10%。采用高碳铬铁、硅锰合金、硅铁合金等脱氧合金化，平均终点增碳0.01%0.03%。表2相关的生产参数Table 2 Related Production Parameters2保磷理论分析转炉冶炼中的脱磷反应主要在渣-钢界面进行，反应方程式见式（1），磷分配比见式（2）。2P5（FeO）3（CaO）（3CaOP2O5）5Fe（1）LPxP2O5/Pka3（CaO）a5（FeO）（2）式中，LP为磷分配系数；xP2O5为熔渣的磷含量；P为钢液中磷含量；k为平衡常数；a（CaO）为CaO活度；a（FeO）为FeO活度。脱磷反应为放热反应，根据热力学原理，影响脱磷的主要因素为FeO含量、CaO含量及温度，因此高温控制、低FeO含量和CaO含量均有利于保磷16-17。同时根据式（1）可知，渣中P2O5含量高有利于反应向左侧进行，因此在冶炼中适当减少总造渣量，提高P2O5百分比也能起到保磷作用。3保磷技术研究根据理论分析结果，围绕四个因素进行试验，即温度、FeO含量、CaO含量及渣量。利用冶炼终点钢水氧含量评价FeO含量；考虑SiO2对CaO消耗的影响，使用二元碱度R=CaO/SiO216评价CaO含量；取冶炼终点副枪测试温度值；渣量为造渣材料求和重量。试验中铁水条件（平均值）为：Si含量0.4%，P含量0.115%，C含量4.5%，铁水温度1 300。3.1温度对磷含量的影响温度是影响保磷的重要热力学因素，理论上高温控制利于保磷，但温度过高有可能影响安全生产。试验中，控制转炉终渣碱度为1.50.1，投入总造渣重量（70.2）t，冶炼终点氧含量（0.0400.001）%。考虑浇注温度、高温转炉耐材侵蚀等问题，认为将终点温度控制在1 6501 710 更有利于指导生产。进行了35炉试验，钢水温度对磷含量的影响如图1所示。由图1看出，钢水中磷含量随着温度的升高逐渐增加，1 670 以下增加较平缓，1 670 以上增加快速。图1钢水温度对磷含量的影响Fig.1 Effect of Molten SteelTemperature on Phosphorus Content结合表1中SPA-H钢种的温度、磷含量要求，温度控制在1 675 以上能够满足磷含量C/%P/%Cu/%Cr/%S/%温度/0.0550.1400.0700.0900.0200.0400.0250.0450.0201 6751 690炉容比/（m3t-1）氧枪孔数/个马赫数供氧强度/（m3min-1t-1）平均碳氧积0.91752.053.440.002 0鞍钢技术 2023 年第 1 期李超等:260 t 转炉生产 SPA-H 钢保磷技术研究与实践总第 439 期56-0.070%0.090%的要求范围。但考虑1 670 只能达到磷含量成分要求下限左右，因此生产中应适当控制温度在1 680 以上来保证磷成分合格。3.2碱度对磷含量的影响理论分析认为，低碱度渣利于保磷，但过低碱度会产生磷超标的质量问题，因此需研究确定合理的碱度范围使磷含量控制在标准范围。试验了55炉钢水，终点温度控制为（1 6803），使用总造渣重量（70.2）t，终点氧含量为（0.0400.001）%，控制转炉终渣碱度为0.53.0，对终点钢中磷含量进行化验分析，得出碱度对钢水磷含量的影响见图2。由图2看出，钢水中磷含量随着碱度的升高逐渐降低，符合保磷理论分析结论。图2碱度对钢水磷含量的影响Fig.2 Effect of Alkalinity on PhosphorusContent in Molten Steel根据数据统计并结合表1所示的磷含量要求，在生产中控制碱度范围在1.22.0。3.3渣量对磷含量的影响渣量的大小影响冶炼保磷效果，少渣冶炼利于保磷，过大渣量保磷效果差，但过少渣量存在磷含量超标的风险。试验45炉钢水，终点温度控制为（1 6803），转炉终渣碱度控制为1.50.1，终点氧含量为（0.0400.001）%，对终点钢中磷含量进行化验分析，得出渣量对钢水磷含量的影响见图3所示。由图3看出，钢水中磷含量随着渣量的增大逐渐降低，符合理论分析结论。根据数据结果对应SPA-H要求磷含量范围，同时考虑磷含量高会造成质量事故，所以总渣量应控制在6.38.3 t。3.4氧含量对磷含量的影响低氧含量利于保磷。但是根据碳氧积换算，过低氧化性存在两个问题，一是过低氧存在碳含量图3渣量对钢水磷含量的影响Fig.3 Effect of Slag Volume onPhosphorus Content in Molten Steel超标的可能，二是过低氧化性也存在磷含量超标的可能，因此需研究确定合理的氧值范围将碳和磷含量控制在标准范围内。试验65炉，终点温度控制为（1 6803），使用总造渣重量（70.2）t，转炉终渣碱度控制在1.50.1，终点氧含量控制为0.020%0.068%。对试验终点钢水中磷含量进行化验分析，得出钢水中氧含量对磷含量的影响见图4。由图4看出，钢水中磷含量随着氧含量的升高逐渐降低，在氧值达到0.05%后，磷含量降低趋势减缓。图4钢水中氧含量对磷含量的影响Fig.4 Effect of Oxygen Content onPhosphorus Content in Molten Steel结合表1中磷与碳含量的要求，可得到合适的氧含量为0.030%0.045%。实际平均碳氧积为0.002 0左右，根据碳氧积的换算规则16可得到对应碳含量为0.044%0.066%，合金增碳为0.01%0.03%，碳含量也可一次合格。由于氧值过低可能造成磷超标问