宝钢汽车板炼钢生产技术的进步

职建军，郑贻裕，郑建忠，蒋晓放

摘要：叙述了宝钢汽车板炼钢生产工艺技术，通过对转炉冶炼工艺、RH装备技术、连铸工艺及保护渣的改进，IF钢碳、氮、氧控制水平取得了较大的进步，2005年IF 钢产量达到200万t，IF钢生产技术的进步为中国汽车工业的发展奠定了基础。

关键词：IF钢；汽车板；炼钢

1 引言

汽车工业的飞速发展，对钢铁产品提出了越来越高的要求，从而推动钢铁企业加速开发新工艺、新技术，以满足高品质的汽车用钢材需求。特别是近年来中国汽车工业的迅猛发展，对汽车钢板的需求量日益增大，对钢板质量的要求越来越高，宝钢从20世纪90年代初期就开始试生产汽车板，并将汽车板定位于宝钢的战略产品，在炼钢工艺方面，通过开发纯净钢、IF 钢生产工艺技术，为汽车板的稳定生产奠定了良好的基础。图1为近年来宝钢高等级汽车板的产量与中国汽车产量的趋势图，可以看出，宝钢汽车板为中国汽车行业的快速发展起到了强有力的支撑作用〔1〕。

图1 宝钢高等级汽车板产量与中国汽车产量趋势

2 汽车板炼钢生产工艺

以IF钢为代表的汽车板在汽车工业中得到广泛应用，IF钢的典型性能特点是无时效和良好的深冲性能，其成分和生产工艺特点是超低C和N（40×10-4%以下）和大的冷轧压下率等，对于IF钢，要获得成品钢材的高延展性、高r值以及优良的表面性能，要求钢中碳、氮、氧含量尽可能低，经过多年来的技术攻关，宝钢的IF钢C

和N的控制水平已经达到了国际先进水平（20×10-4%以下），冲压性能从CQ到SEDDQ 均可批量生产。不但可以生产IF软钢，而且还可以生产强度达440MPa的高强度IF。IF钢系列的钢板主要应用于汽车的内外板和一些深冲性能要求较高的零件。IF钢炼钢生产工艺流程如下：铁水预处理--转炉--炉外精炼--板坯连铸--精整。

2.1 铁水预处理

一般来说，硫和磷在钢中作为有害元素在炼钢过程中应尽可能去除，特别是一些可焊性要求高的高强度钢板对硫磷要求更加严格，宝钢主要通过在铁水预处理工序对铁水进行脱硫、脱磷和脱硅处理等手段来降低铁水中的磷、硫含量，为转炉冶炼创造了良好的前提条件。经过多年开发，宝钢铁水在脱硅、脱磷、脱硫三脱处理后，铁水中的硅、磷、硫含量分别可以达到0.15%、0.025%和0.003%以下。

2.2 转炉

转炉冶炼是生产汽车板的关键工序之一，其对钢中磷、氮的控制直接影响了成品钢中这两种杂质元素的水平。IF钢在转炉脱碳至0.04%左右，此外，还要合理控制钢水的氧含量在700×10-4%左右，为精炼过程钢水脱碳和夹杂物控制创造良好的条件。开发了低磷、低氮转炉冶炼技术，根据热力学和动力学分析，结合宝钢实际情况，对转炉吹炼工艺进行了不断优化，通过采用三脱铁水、提高转炉吹炼的入炉铁水比、实现大渣量操作、复合吹炼等技术，对磷、氮的控制取得了较大的进步，IF钢中氮的平均水平由1998年的23×10-4%以上降到2004年的19×10-4%以下（如图2），钢中磷可以控制在0.010%以下，另外通过对转炉出钢后的钢包渣进行改质处理，提高渣的碱度、降低渣的氧化性，为钢中T[O]的合理控制创造条件〔2〕。

图2 近年来IF钢成品氮含量的变化趋势

转炉停吹温度1640～1690℃，出钢后钢包温度1600～1630℃，图3是整个生产流程中钢水温度的变化趋势，图中BOF代表转炉停吹时温度，LD代表出钢后钢包内钢水温度，RH代表处理前钢水温度，ST代表连铸回转台钢包钢水温度，TD代表中间包内钢水温度。

平均中间包钢水温度1561℃，从图中可以看出，RH处理前温度波动较大，主要原因是钢包状态变化大以及出钢后从转炉到RH吊运时间波动大从而造成到达RH时，钢水温降波动大。

图3 生产过程温度趋势

2.3 炉外精炼

炉外精炼是汽车板生产的重要工序之一，是钢的质量控制的关键工序。通过多年的研究开发，宝钢在炉外精炼过程取得了很大的进步；同时在炉外精炼装备上进行了很大的改进和改造，从1985年投产至三期工程结束，引进和自主集成的二次精炼设备有KST、KIP、CAS-OB、RH-OB、RH-KTB、RH-MFB、IR-UT、LF、VD等，并开发了其相应的工艺技术。这些设备和工艺技术，特别是RH真空处理技术对宝钢提高汽车用钢的质量、生产高等级汽车板打下了坚实的基础。为满足钢种和多炉连浇的要求，提高RH脱碳速率、缩短脱碳时间是超低碳钢的关键问题〔3〕。RH真空环流脱气过程钢水的循环流量可用下式表示:

Q＝7.43×103G1/3D4/3(lnP1/P2)1/3

式中，Q为环流量，kg/min；G为循环气体流量，m3/min；D为浸渍管直径，cm ; P1 为大气压力，Pa；P2 为真空室压力，Pa。

为了提高钢水的环流量，可以通过提高循环气体流量、增大浸渍管直径来实现，为此宝钢先后增设了2＃RH、3＃RH，并于2004年对1＃RH进行了综合技术改造，扩大浸渍管直径，提高了环流气流量，以满足高速脱碳的要求，表1为1#RH改造前后的主要参数，图4为1＃RH改造前后脱碳能力的比较。

表1 宝钢1＃RH改造前后主要技术参数

项目 1＃RH改造前 1# RH改造后

容量/（t?炉-1） 300 300

浸渍管直径/mm 500 750

提升气体流量（L?min-1） 1000～1400 2000～3000

吹氧类型 OB BTB

流量（m3?h-1） 1000～1500 2000～2800

67Pa时真空泵能力（kg?h-1） 950 1100

图4 1#RH改造前后的脱碳能力比较

另外研究开发了RH真空精炼过程脱碳动态模型，该模型能全面地描述真空精炼过程中不同时刻钢液中碳的含量，并考察了钢液循环流量、真空室真空度、提升气体吹入量、顶枪供氧等因素对RH脱碳过程的影响，为工艺优化以及自动控制等提供了理论基础。

2.4 连铸

连铸工艺技术是汽车板生产过程中的重要环节，连铸板坯表面质量的好坏直接影响到最终冷轧成品钢板的表面质量，为了满足汽车板的高质量需求，宝钢开发了纯净板坯生产技术，其主要包括保护浇铸技术、中间包流场优化、高碱度中间包覆盖剂、超低碳保护渣技术、连铸板坯品质异常判定及处置模型等技术。

中间包流场优化方面通过进行水力学模拟实验研究和中间包内钢水流动计算机模拟研究，开发了中间包防溅筒，中间包采用合理的防溅装置，可以改善中间包流体流动特性。最小停留时间可增加30%～50%，峰值时间可增加40%～70%，从而提高了中间包活塞流体积分率。去除夹杂物的能力平均提高了21%～25%。通过在中间包上采用镁钙质涂料和过滤器，可以进一步吸附钢中三氧化二铝的夹杂物。

2.5 高碱度中间包覆盖剂技术

宝钢开发的高碱度(R>4)连铸中间包覆盖剂对钢水中Al

有较好的吸附作用，改

善了钢水的清洁度；还具有较好的保温效果，可有效防止钢水的二次氧化。中间包覆盖剂中的碳含量与钢水增碳密切相关，随着覆盖剂中碳含量增加，钢水的增碳加剧，因此必须严格控制覆盖剂中的碳含量〔4〕。

图5 为开发的高碱度中间包渣与中间包钢水中T[O]关系的现场试验结果，可以看出，使用高碱度的中间包覆盖剂可降低中间包内钢水中的T[O]。图6为该高碱度覆盖剂对钢水增碳的影响，与原覆盖剂相比，增碳量平均可以降低约2×10-4%。

图5 中间包覆盖剂碱度与钢水中T[O]的关系

图6 中间包覆盖剂与钢水增碳的影响

图7 近年来IF钢成品氧含量的变化趋势

通过多年来对转炉、精炼、连铸工艺的不断优化，钢水纯净度不断提高，图7为近年来IF钢成品全氧含量的变化趋势，中间包钢水全氧含量由1998年的50×10-4%降到2004年的30×10-4%以下，同时氧的波动程度也大幅度降低了。

通过对精炼工艺装备技术的优化和生产组织水平的提高，以及对连铸辅材、钢包耐材的改进，IF钢碳含量控制水平近年来取得显著进步，如图8所示，由1998年的30×10-4%降到2004年的16×10-4%，碳的波动程度也明显改善。

图8 近年来IF钢成品碳含量的变化趋势

降低保护渣中碳含量（特别是游离碳含量）是避免超低碳钢水增碳的直接、有效方法。此外、适当提高保护渣粘度，渣耗降低、液渣层增加、液渣层中碳向钢液面扩散速度将降低。因此，提高保护渣粘度对防止增碳是有利的。

低碳高粘度改进型保护渣和原用型保护渣对比试验结果如图9所示。由图9可见，采用低碳保护渣将有效降低浇铸过程中的增碳量。

图9 保护渣对钢水的增碳

3 结语

宝钢炼钢工艺技术经过十多年的技术创新，为高质量汽车板的稳定生产打下了坚实的基础，IF钢碳、氧、氮成份控制水平不断提高，同时IF钢的产量得到大幅度提升，图10为近年来宝钢IF钢的粗钢产量及汽车外板（05板）产量趋势。2005年宝钢的IF钢粗钢产量已经达到约200万t，05板粗钢产量达42万t。

图10 近年来宝钢IF钢和05板产量

参考文献

[1] 王利 .宝钢冷轧汽车板品种开发、应用及发展[C].第二届薄钢板质量研讨会，2002:27-32.

[2] 崔健.宝钢纯净钢生产技术的进步[C]. 全国炼钢、轧钢生产技术会议文集, 2004,165-171.

[3] 黄宗泽.宝钢二次精炼工艺的发展优化及今后的工作[J].中国冶金, 2003,(7):17-20.

[4] 陈荣欢. 宝钢高碱度中间包覆盖剂的开发[J].炼钢, 2005,(1):21-24.

职建军宝钢分公司炼钢厂上海 200941

主任工程师硕士学位 1969年生 1991年毕业于北京科技大学钢铁冶金专业现从事炼钢连铸技术工作电话 021-******** E-mail: zhijj@https://www.360docs.net/doc/d117016332.html,