重庆钢铁普通中厚板冶炼工艺优化实践
2021-01-07 09:13:24
高效、低成本生产洁净钢是钢铁企业永恒的追求。重庆钢铁股份有限公司（以下简称重庆钢铁）是国内重要的中厚板生产企业，产品主要销往川渝云贵等西部地区，市场占有率高。2019年，随着原材料价格上扬，钢材市场价格一路震荡，企业利润缩水明显。资料显示，氢对中厚板的内部裂纹影响很大，钢中氢含量高时，厚板的超声波探伤不合格率显著增加。德国Dilligen钢厂生产优质中厚板，氢含量要求控制在2.5×10-6以下;日本的钢铁公司生产管线用高强度厚板，氢含量要求低于1.5×10-6。重庆钢铁处于亚热带季风性湿润气候区，紧邻长江建厂，空气相对湿度大(70%~80%)，炼钢用原辅材料水分含量高，未经真空脱气处理的钢水w(H)=(4.0~5.5)×10-6。基于此，重庆钢铁中厚板钢种的炼钢生产工艺流程主要采用KR→210tBOF→LF→RH→CC（简称LF→RH工艺）。资料显示，国内外高水平转炉钢厂炉外精炼采用LF工艺的呈现减少趋势，如浦项钢铁公司浦项制铁所第二炼钢厂，只有在生产w(S)<0.002%的厚板钢种时才采用LF精炼方法，宝钢、马钢四钢轧厂等也只在生产w(S)<0.003%钢种时采用LF，而大量低硫、超低硫钢种则采用成本较低的钢包吹氩加顶渣或直接采用RH（必要时加PB）精炼工艺。首钢内控w(S)≥0.008%且要求进行RH真空处理的常规中厚板品种采用冶炼成本较低的铁水脱硫→转炉冶炼→RH精炼→板坯连铸工艺生产，效果较好。对重庆钢铁LF→RH工艺冶炼中厚板现状进行分析后发现，两个生产量最大的普通中厚板钢种均存在质量过剩和生产成本较高的问题。为此，在梳理公司中厚板钢种冶炼现状的基础上，试验推行普通中厚板KR→BOF→RH→CC冶炼工艺，取得了良好的生产实践效果。
1生产现状
1.1 工艺及产量
2019年1~6月，重庆钢铁炼钢厂累计生产中厚板钢种106.93万吨，采用LF→RH工艺累计生产58.60万吨，占总生产量的54.80%。在采用LF→RH工艺的钢种中，按生产量排序，炼钢牌号排在前4位的依次是ADQ228、BFT003、BDQ202和CDQ223。ADQ228和BFT003两个普通中厚板钢种生产量达到26.84万吨，占LF→RH工艺生产量的45.80%，具体见表1。
表1采用LF→RH工艺生产的钢种情况（万吨）
1.2 钢种特性
按照重庆钢铁“一钢多级”钢-轧牌号对应规则，ADQ228轧制厚度为12~35mm的Q355普通低合金钢板，BFT003轧制厚度为30~60mm的Q235普通碳素钢板，BDQ202轧制厚度为35~63mm的Q355优质低合金钢板，CDQ223轧制厚度≤40mm的Q345特优低合金钢板。
1.3 产品质量
1.3.1 硫含量
钢中硫对钢坯和钢板质量控制的影响较大，绝大多数中厚板钢种对硫含量控制有着非常严格的要求。重庆钢铁中厚板冶炼采用LF→RH工艺，ADQ228、BFT003、BDQ202和CDQ223的硫含量控制水平如图1所示。采用统计学理论，对四个钢种的硫含量过程控制能力指数（Cp）进行分析，ADQ228和BFT003的Cp分别为2.00和1.89，Cp≥1.67，处于A+等级，存在能力过剩，具有降本潜力；BDQ202和CDQ223的Cp分别为1.52和1.37，1.33≤Cp＜1.67，处于A等级，控制状态良好，维持现状。
图1四个钢种的硫含量控制水平
1.3.2 全氧和气体含量
ADQ228、BFT003、BDQ202和CDQ223各取4炉中间包钢水样，检测钢中的w(O)和w(N)。分析w(O)和w(N)的气体样为截取“球拍样”致密圆柱部分，加工成直径为5mm圆柱试样，供LECOTC400氧/氮分析仪测定。采用Hydrissystem定氢系统在连铸中间包测定钢水中的氢含量，各检测1炉。四个钢种的全氧和气体含量控制水平如图2所示。
图2四个钢种的全氧和气体含量控制水平
2生产试验
2.1 试验方案
单RH工艺与LF→RH工艺最大的区别就是取消了LF精炼工序。根据LF精炼功能，需重新优化配置炼钢装备工艺功能，将LF的温度补偿、白渣精炼、强搅拌等冶金措施分解至KR预处理、转炉冶炼、炉后吹氩、RH真空精炼等多个环节来实现。
2019年5月，开始BFT003和ADQ228的KR→BOF→RH→CC工艺工业试验。因ADQ228合金含量较高且含有Ti成分，试验先在BFT003开展，随后再在ADQ228进行，分别试验生产了61炉和44炉。钢水硫含量的控制环节主要有：KR铁水脱硫采用深脱硫模式，入转炉铁水w(S)≤0.005%；在转炉出钢过程中，根据终点氧含量加铝丸预脱氧，加精炼石灰和稠渣剂预造渣，全程吹氩气搅拌渣洗脱硫；转炉出钢结束，钢包加铝粒进行顶渣脱氧改质；在CAS精炼过程中，大流量吹氩搅拌3min。进RH钢水目标w(S)≤0.015%。温度及生产节奏控制环节主要有：转炉终点温度按T终≥1640℃，出钢过程温降∆T出=40℃；CAS过程温降∆TCAS=10℃，时间为8min；RH本处理模式，过程温降∆TRH=40℃，周期25min，钢水循环时间为12～15min，纯循环时间≥5min；中间包钢水平均过热度∆T过=23℃。
其他工艺控制要求：ADQ228钢种的钢水到CAS喂高牌号钛铁线，RH喂硅钙线钙处理。浇注工艺要求不变。
2.2 工艺效果分析
试验后，对照试验方案和试验数据，从转炉终点控制、RH过程温降和脱气时间、钢水硫含量控制、全氧和气体含量等几个方面对BFT003和ADQ228单RH工艺进行了分析评估。
2.2.1 转炉终点控制
取消LF精炼环节，冶炼过程的钢水温降损失主要由转炉冶炼环节进行补偿，其次为RH进行OB升温。在当前较低铁水消耗情况下，提高转炉终点温度对冶炼操作和钢水质量均会产生较大影响。不同生产工艺下BFT003和ADQ228转炉终点钢水温度和氧含量情况如图3所示。
图3不同生产工艺下两种钢种的转炉终点钢水温度和氧含量
从图3可以看出，两个钢种在同期铁水消耗平均值为860~870kg/t的条件下，转炉终点钢水平均温度分别为1641.08℃和1652.34℃，与同期的LF→RH工艺相比，转炉终点钢水平均温度分别提高了30.86℃和42.58℃，氧含量分别提高了120.36×10-6和229.85×10-6。总体来看，试验工艺和两个钢种转炉冶炼工艺有冲击，但可承受。
2.2.2RH过程温降和脱气时间
RH真空本处理时间在12min以上，脱氢率在50%左右，处理后的钢水w(H)≤2.5×10-6。RH真空处理时间越短，生产效率越高，生产成本越低。试验炉次RH过程温降和真空脱气时间控制情况分别如图4、图5所示。
图4试验炉次RH过程温降
图5试验炉次RH真空脱气时间
从图4、5可以看出，试验炉次RH采用本处理模式，真空处理过程的温度损失在20~57℃之间，平均温降为35.08℃，与同期LF→RH工艺的30.29℃相比增加了4.79℃，主要原因为两种工艺状态下钢包蓄热效果存在差异。RH过程OB率为14.95%。RH真空脱气时间在12~44min之间，平均为21.01min/炉，与同期LF→RH工艺的27.29min缩短6.28min，与试验方案设计的12~15min仍有较大差距。
2.2.3 硫含量控制
试验炉次钢种冶炼过程w(S)控制情况如图6所示。
图6试验炉次钢种冶炼过程w(S)控制情况
从图6可以看出，入炉铁水硫含量在0.001%~0.011%之间，平均w(S)≤0.005%，KR脱硫工艺的稳定性有待加强。两个钢种的平均转炉终点w(S)分别为0.016%和0.015%，转炉平均回硫量为0.011%。转炉回硫量较高，一方面是因为860~870kg/t的铁水消耗较低，废钢比例较高，质量较差；另一方面是因为使用了含硫量达到0.050%~0.090%的冶金石灰。CAS出站w(S)分别为0.011%和0.010%，转炉出钢渣洗脱硫率分别达到了31.25%和33.33%，渣洗效果较好。BFT003和ADQ228钢种中间包钢水的平均w(S)分别为0.010%和0.009%，Cp分别为1.35和1.40，1.33≤Cp＜1.67，处于A等级，控制状态良好。
2.2.4 全氧和气体含量
试验各取4炉次中间包钢水气体样，检测w(O)和w(N)。用Hydrissystem定氢系统在连铸中间包测定钢水w(H)。试验炉次的钢水全氧和气体含量控制水平如图7所示。
图7试验炉次钢种w(O)、w(N)和w(H)控制水平
从图7可以看出，与图2的LF→RH工艺结果相比，试验炉次的平均w(O)基本相当，w(N)略低，w(H)增高了0.43×10-6。
2.3 冶炼成本分析
单RH工艺与同期LF→RH工艺相比，KR脱硫和转炉冶炼成本均有所增加，RH真空精炼成本视为相当；RK脱硫增加成本5.35元/吨，转炉冶炼增加成本18.25元/吨，LF成本减少了57.71元/吨，合计降低冶炼成本34.11元/吨。
3推广应用
2019年5月，重庆钢铁开始BFT003和ADQ228单RH工艺工业试验。7月，普通中厚板钢种单RH工艺扩大生产应用，2020年累计生产3.16万吨。单RH工艺生产的钢坯经过4100mm中厚板轧机轧制，钢板理化指标满足技术标准要求，未发生质量异议。
4结论
（1）针对重庆钢铁生产量最高的两个普通中厚板钢种存在的问题，试验开发了普通中厚板KR→BOF→RH→CC低成本生产工艺，实现了批量大生产。
（2）单RH工艺与LF→RH工艺相比，转炉终点钢水温度提高了30.86℃和42.58℃，氧含量提高了120.36×10-6和229.85×10-6。
（3）单RH真空处理过程温降为35.08℃，与LF→RH工艺相比增加了0.79℃；RH真空脱气时间21.01min/炉，比LF→RH工艺缩短了6.28min。
（4）单RH生产的两个普通中厚板钢种，中间包钢水w(S)分别为0.010%和0.009%，全氧、氮和氢含量波动不大。
（5）单RH与LF→RH工艺相比，冶炼成本降低了34.11元/吨。
来源：河南冶金
