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低碳低硅鋼的冶煉實踐研究

文檔作者：賀道中文檔來源：株洲職業技術學院		點擊數：	更新時間： 2021年01月27日
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2001 年12 月
December 　2001
鋼　鐵　研　究
Research on Iron &amp;amp;Steel
第6 期(總第123 期)
No. 6 　(Sum123)
低碳低硅鋼的冶煉實踐研究
賀道中
(株洲職業技術學院)
摘　要　介紹了湘鋼二煉鋼采用轉爐—連鑄生產低碳低硅鋼的實踐。重點探討了
低碳低硅鋼的鋼水氧化性控制。提出了今后的改進方向。
關鍵詞　轉爐—連鑄　低碳低硅鋼　冶煉工藝　鋼水氧化性
STUDY ON SMELTING PRACTICE OF LOW
CARBON AND LOW SILICON STEEL
He Daozhong
(Zhuzhou Vocational Institute)
Synopsis 　The smelting practice of low carbon and low silicon steel via the converter - con2
tinuous casting route is discussed with emphasis on the control of oxidation of the molten steel. In
the meanwhile the orientation of the further improvements is pointed out.
Keywords 　converter - continuous casting 　low carbon and low silicon steel 　smelting pro2
cess 　molten steel oxidation
聯系人:賀道中,講師,湖南株州(412000) 株洲職業技術學院
1 　前　言
隨著我國國民經濟的發展,建筑結構、機械設
備、橋梁、汽車、船舶等都用焊接結構代替鉚釘連
接,它可以節約鋼材,提高勞動生產率,并能減輕
結構本身重量。目前,國內外鋼材市場對低碳低
硅鋼如焊條鋼H 系列,深加工拉拔用材BL 系列
的鋼的需求量日益增大。根據市場需要,湘鋼二
煉鋼廠自1998 年12 月開始開發轉爐—連鑄冶煉
低碳低硅系列鋼技術,并于2000 年6 月開始規模
生產,同年生產低碳低硅鋼超過10 萬t 。低碳低
硅鋼的冶煉技術不斷取得進步,特別是鋼水氧化
性及成分控制等關鍵技術的研究。2001 年以來,
低碳低硅鋼的月產量保持在1. 3 萬t 左右,產品
質量不斷提高。為湘鋼打開市場產品銷路,實現
做精做強的目標打下了良好的基礎。
2 　生產條件
2. 1 　設備條件
湘鋼低碳低硅鋼的冶煉采用2 座公稱容量
50 t 的頂吹轉爐(平均出鋼量80 t) 、1 座900 t 混鐵
爐、2 個精煉站(底吹氬和喂絲) 、兩臺8 機8 流羅
可普連鑄機(1 號、3 號) 、常澆坯斷面150 mm ×
150 mm、200 mm ×200 mm。
2. 2 　工藝條件
鐵水成分( w P%) :Si 0. 20～0. 60、Mn 0. 30～
0. 60 、P ≤0. 20、S ≤0. 035。鐵水入爐溫度>
1 250 ℃,鐵水帶渣量< 0. 5 %。鐵水含硫量必須
控制≤0. 035 % ,且盡可能少帶高爐渣,目的是減
輕脫硫對終點控制(終點鋼水的氧化性) 的影響。
轉爐冶煉周期(32 ±2) min ,吹氧時間12. 5～
14. 5 min ,四孔拉瓦爾氧槍供氧。為保證脫碳效
果及終點控制, Po2 必須充足,規定雙爐作業總
管壓力≥1. 4 MPa , 單爐冶煉總管壓力≥
1. 2MPa 。
鋼鐵料裝入制度:總裝入量86 ±2 t ,鐵水71
～76 t ,廢鋼10～15 t 。廢鋼一般由50 %重型廢鋼
和50 %輕型廢鋼組成,加入量要確保過程及終點
溫度。
·18 ·
© 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
3 　生產實踐
3. 1 　成分控制
為了保證鋼材有良好的焊接性能和拉拔性
能,低碳低硅鋼冶煉成分要求嚴格[1 ] 。湘鋼確定
的內控成分要求C、Si 、S、P 都控制在較低的范圍
內,且化學成分要穩定,其它殘余元素含量越低越
好。如H08A 焊條鋼,其化學成分見表1。
表1 　H08A 化學成分( w) %
成分C Si Mn P S
范圍< 0. 09 < 0. 03 0. 30～0. 60 ≤0. 020 ≤0. 020
內控≤0. 08 < 0. 03 0. 40～0. 50 ≤0. 020 ≤0. 020
目標0. 06～0. 08 < 0. 03 0. 45 ≤0. 015 ≤0. 018
冶煉終點鋼水中成分( w P%) 控制目標: C
0. 05～0. 06 、P ≤0. 010、S ≤0. 015 ,R 3. 0～3. 3。
3. 2 　冶煉控制
按低碳低硅鋼成分要求,冶煉終點碳必須控
制< 0. 07 % ,此時鋼水含氧量高,且鋼水氧含量
可在10 - 3～10 - 5范圍內波動。鋼水氧化性波動較
大,因此脫氧控制難度很大。常規連鑄鎮靜鋼用
硅脫氧,而低碳低硅鋼只能用鋁脫氧,而鋁脫氧對
連鑄鋼水的流動性及可澆性影響很大。如脫氧不
良(鋼中Als < 0. 015 %) ,鑄坯會產生皮下氣孔和
表面缺陷;如脫氧過渡(鋼中Als > 0. 06 %) ,又會
增大鋼水粘度,流動性變差,且生成的Al2O3 高熔
點夾雜物易在中間包水口內壁富集結瘤,堵塞水
口,影響順利澆鑄,并使鑄坯中夾雜物增多[2 ] 。因
此,鋼水氧化性控制是轉爐—連鑄生產低碳低硅
鋼的關鍵。
3. 2. 1 　轉爐冶煉過程鋼水氧化性的控制
理論研究和生產實踐表明:鋼中含氧量與終
點碳含量、溫度、后吹次數及終點渣況有關。終點
碳越低溫度越高,后吹次數越多,鋼中氧量就越
高。湘鋼二煉鋼在低碳低硅鋼生產中,力爭一次
拉碳成功,技術上要求高拉補吹后點吹次數≯2
次,確保碳—溫度協調出鋼。一般終點碳控制在
0. 05 %～ 0. 07 % , 出鋼溫度控制在1 690 ～
1 715 ℃。
冶煉中要確保吹煉后期壓槍操作,要求距終點
3 min 及后吹時氧槍必須下降至距液面≯1. 2 m,并
適當增加供氧強度。要求圓流出鋼,擋渣出鋼(使
用擋渣帽和擋渣球) ,減少下渣量,要求鋼包內渣層
厚度< 100 mm ,從而減少轉爐渣向鋼水傳氧。
3. 2. 2 　脫氧控制
湘鋼二煉鋼低碳低硅鋼生產原來脫氧制度采
用的脫氧劑以鋁錳鐵、硅鈣鋇和電石為主。在精
煉站喂硅鈣鋇線100 m。生產的鑄坯雖然皮下氣
孔較少,但水口堵塞造成的斷流事故多,成分命中
率低。
為了提高連鑄澆成率,確保鑄坯質量,現行脫
氧制度減少了鋁錳鐵加入量,并選用低硅硅鋁鋇
鐵作為脫氧劑。按改進后的脫氧制度,脫氧合金
化的鐵合金種類、成分及加入量見表2。
表2 　鐵合金種類、成分、加入量
種　類Al - Mn - Fe 中碳MnFe Si - Ca - Ba Si - Al - Ba
成分P%
Mn Al C Mn C Si Ca Ba Si Al Fe
32 23 1. 4 78 1. 5 50 18 14 58 12 24
參考量
(kgPt 鋼水)
3～4 3. 21 0. 38 0. 38
參考加入
量Pkg(按
80 t 鋼水)
240～320 250 30
合金加入量必須根據鋼水量和氧化性情況適
當調整。
合金加入的順序為:硅鈣鋇、中碳錳鐵和50 %
鋁錳鐵預先加入鋼包內,其余50 %鋁錳鐵在出鋼至
1P4～1P3 時順序加入鋼包。硅鈣鋇、硅鋁鋇在出鋼過
程中加入,以保證脫氧效果及合金收得率。
采用上述脫氧制度生產的鑄坯皮下氣孔率下
降,成分命中率達到90 % ,平均連澆爐數由原來4
爐P次提高到12 爐P次。
3. 2. 3 　精煉站鋼水定氧及氧化性調整
低碳低硅鋼鋼水主要采用吹氬和喂絲的爐外
精煉方法。吹氬操作采用全程底吹氬,精煉站在
站底吹氬≥4 min 或頂吹氬≥5 min (開澆第一罐的
吹氬時間> 8 min) , PAr 為0. 20～0. 40 MPa ,加完
廢鋼后吹氬時間≥3 min ,取雙樣,保溫劑加入5～
8 袋。嚴禁暴吹、吊吹,對于到站溫度高,估計吹
氬時間> 8 min 的爐次必須加廢鋼吹氬。
脫氧后在精煉站要對進站鋼水定氧。2001
年1 月生產低碳低硅鋼203 爐(H 系列43 爐、BL
系列116 爐) ,進站鋼水定氧情況見表3。
·19 ·
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表3 　203 爐進精煉站鋼水定氧情況
a[O]
P×10 - 6 > 150 150～50 50～25 25
爐數37 139 26 1
比例P% 18. 23 68. 47 12. 81 0. 49
在精煉站對鋼水進行氧化性調整,控制精煉
鋼水氧活度對低碳低硅鋼連鑄順利進行及保證鑄
坯質量意義重大。湘鋼二煉鋼在進站定氧基礎上
進行人工取模樣,觀察模樣凝固及上漲情況,判斷
鋼包內鋼水的氧化性,并在鋼包內喂鋁線或鋁鈣
線,控制參數為每1 m 鋁線或鋁鈣線降低鋼水
a[O] (1. 0～1. 5) ×10 - 6 。同時根據進站鋼水硅
量,適當喂硅鈣鋇線,調整鋼水流動性,并利用硅
優先于碳氧化,減少一氧化碳氣泡生成,進一步降
低連鑄坯皮下氣孔缺陷。調整參數為每喂100 m
硅鈣鋇線增硅約0. 01 %。
為了保證精煉站吹氬及氧化性調整效果,鋼
水在精煉站停留時間要求≥10 min。表4 為2000
年6 月48 爐次精煉站氧化性調整后的質量情況。
表4 　48 爐精煉站鋼水氧化性調整后連鑄生產情況
a[O]
P×10 - 6 < 30 30～70 70～100
氣孔坯Pt P 28 135
連鑄斷流回爐量Pt 171 21 12
由表4 可知,精煉后鋼水中氧含量的高低直
接影響澆鑄順行與鑄坯質量。適合低碳低硅鋼連
鑄的鋼水a[O] = (30～70) ×10 - 6 。出站鋼水溫度
要求1 610 ～ 1 645 ℃( 開澆第一包1 645 ～
1 655 ℃) 。2001 年以來,鋼水氧化性調整要求更
為嚴格、準確,規定新的鋼水氧含量控制目標a[O]
= 25～50。表5 為湘鋼2001 年1 月203 爐低碳低
硅鋼鋼水氧化性控制情況。
3. 3 　連鑄控制
低碳低硅鋼鋼水溫度高,氧化性強。因此,第
一:要求全程保護澆注,嚴禁鋼包、中間包及結晶
器內鋼水裸露,生產中鋼包采用長水口保護套管,
中間包至結晶器采用浸入式水口,結晶器使用低
碳低硅鋼專用保護渣以防止鋼水的二次氧化與吸
氣。第二:要求使用高質量的連鑄功能耐火材料,
尤其是塞棒、水口必須具有抗高溫侵蝕的性能。
生產中湘鋼二煉鋼長水口是Al2O3 - C 質或Al2O3
- SiO2 - C 質,伸入式水口是Al2O3 - ZrO2 - C 質,
整體塞棒采用Al2O3 - C 質。
表5 　203 爐鋼水氧化性調整情況
a[O]
P×10 - 6 > 70 70～50 50～25 ≤25
爐數3 31 161 8
% 1. 48 15. 27 79. 31 3. 94
中間包液面控制:開澆> 300 mm ,正常澆鑄>
400 mm ,換大包> 500 mm。
連鑄坯表面及皮下氣孔形成除主要與鋼水氧
含量有關外,還與結晶器內鋼水流動及凝固特征
有關[2 ] 。生產上通過破壞濃聚相中元素的富集,
促進結晶器鋼液流動均能有效降低皮下氣孔。因
此,湘鋼采用擴大中間包上水口(<22) ,提高拉速
等措施,以提高鋼液在結晶器內流動,低碳低硅鋼
的拉速比同等過熱度普碳鋼高出0. 2 ～
0. 3 mPmin ,拉坯制度見表6。
表6 　低碳低硅鋼連鑄拉坯制度mPmin
中間包溫度P℃ > 1 585
1 575
～1 585
1 565
～1 574
1 555
～1 564
< 1 555
拉速Pm·min - 1
150 mm×150 mm
≯1. 6 1. 6～1. 7 1. 7～1. 8 1. 8～1. 9 ≯2. 2
拉速Pm·min - 1
200 mm×200 mm
≯0. 9 1. 0～1. 1 1. 1～1. 2 1. 2～1. 3 ≯1. 5
注:拉坯制度以H08A 鋼為例
湘鋼二煉鋼采用以上連鑄控制,鑄坯的表面
及皮下氣孔有明顯地減少。以5 爐H08A 鋼澆鑄
150 ×150 mm2 (澆鑄溫度1 570 ℃) 生產實踐為例,
拉坯速度由1. 55 mPmin (同等過熱度普碳鋼拉速)
提高到1. 8 mPmin 時,氣孔坯由2. 32 %下降到
0. 83 %。
4 　質量效果
湘鋼二煉鋼轉爐- 連鑄生產低碳低硅鋼,通
過工藝改進,2001 年以來,連鑄爐數由去年的4
爐P次提高到目前12 爐P次,最高連澆爐數達16 爐
P次。
焊條鋼H 系列的成分命中率由40 %提高到
目前的90 %左右,深加工拉拔鋼BL 系列成分命
中率達99 %以上。鑄坯表面和皮下氣孔缺陷明
顯下降,鋼材質量顯著提高。
(下轉第30 頁)
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4. 2 　探頭實際測試應用結果與分析
分別用鐵基非晶合金磁芯探頭和鐵氧體磁芯
探頭,采用圖2 所示原理測試同一低頻干擾電流
信號的輸出電壓V0 ,實測性能特征見圖6、圖7。
圖6 　鐵基非晶合金磁芯探頭實測數據圖
圖7 　鐵氧體磁芯探頭實測數據圖
由上述實測數據圖表看出,對于同一干擾信
號源,鐵基非晶合金磁芯探頭與鐵氧體磁芯探頭
相比,所測得的輸出信號大。由這一點充分說明
采用鐵基非晶合金作為探頭的磁芯材料可以提高
干擾電流探頭的測試靈敏度,使得電流探頭的測
試范圍擴大。對于一個用鐵氧體磁芯探頭無法測
試出的更加小的干擾信號時,鐵基非晶合金磁芯
探頭可將其測試出來。
5 　結　語
通過上述的實驗研究表明,采用鐵基非晶合
金這一具有良好軟磁性能的功能材料作為低頻干
擾電流探頭的磁芯材料,可以提高電流探頭在低
頻范圍的測試性能,這一點彌補了目前在電磁兼
容性試驗中國內所研制的電流探頭測試范圍的局
限性。若對非晶磁芯材料的切割加工做進一步的
優化處理,有望將這一低頻干擾電流探頭用于實
際測試中。
在實驗和本文的寫作過程中得到了蔣全興老
師的大力幫助指導,在此表示衷心地感謝。
參考文獻
1 　曲長云,蔣全興,呂仁清. 電磁發射和敏感度測量. 南京:東南
大學出版社,1988
2 　陳國鈞,李茂昌,周元龍. 金軟磁材料及其熱處理. 北京:機械
工業出版社,1986
3 　王一禾,楊膺善. 非晶態合金. 北京:冶金工業出版,1989
4 　中華人民共和國國家軍用標準GJB152A —97 ,軍用設備及分系
統電磁發射和敏感度測量. 1997
5 　田　蒔. 功能材料. 北京:北京航空航天大學出版社,1995
(收稿日期:2001 - 05 - 28)
(上接第20 頁)
5 　結　語
(1) 湘鋼轉爐—連鑄生產低碳低硅鋼的工藝
技術符合生產實際,具有一定的技術價值。有利
于湘鋼打開市場產品銷路。
(2) 通過對鋼水脫氧制度改進和爐外精煉調
整鋼水氧化性,低碳低硅焊條鋼及深加工拉拔用
鋼的連澆爐數由4 爐P次提高到目前12 爐P次,成
分命中率由40 %提高到90 %。
(3) 鋼中氧含量宜控制在30～70 ×10 - 6 ,能保
證連鑄順行和鑄坯質量,降低鑄坯表面和皮下孔,
減少水口堵塞斷流率。
(4) 進一步改進脫氧制度和精煉站鋼水氧化
性調整工藝,精煉站鋼水氧含量a[O] = 25～50 ×
10 - 6 ,能更好地保證連鑄順行和減少氣孔坯。
(5) 擴大連鑄中間包水口,提高拉速,有利于
改善低碳低硅鋼連鑄坯質量。
(6)鐵水預處理(脫硅、脫磷、脫硫) 技術、轉爐爐
內定氧、精煉后鋼水保護、連鑄新型功能耐火材料的
開發等是今后低碳低硅鋼生產工藝改進的方向。
參考文獻
1 　戴云閣,李文秀,龍騰春主編. 現代轉爐煉鋼. 沈陽:東北大學
出版社,1998
2 　陳雷主編. 連續鑄鋼. 北京:冶金工業出版社,1994
(收稿日期:2000 - 05 - 17)
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