冷轧超深冲钢种系统控氧工艺研究与实践

3.3.2 ATB工艺 该技术通过向RH熔池表面吹入氧气，使碳 氧反应产生的CO气体二次燃烧生产CO2气体， 提高了转炉出钢过程碳含量，使RH处理前钢水 中的碳含量可以控制在0.04~0.06%之间。同时 RH处理过程中钢水平均温降小于0.35℃/min，可 使转炉出钢温度降低了约10℃，RH处理时间平 均30min左右。RH采用ATB技术，与转炉碳预脱 氧相结合，改变了传统的为了减少RH脱碳时间 和保证极低的碳含量，转炉冶炼终点钢中的碳量 越低越好的操作，降低了钢中多余的氧量和炉渣 的氧化性，提高了钢水的洁净度。
脱氧反应的硅铁的比率%
0.025 0.02
钢水增硅量( % )
1.00 0.85 0.70 0.55 0.40 65 75 85 95 105 RH加入硅铁量(kg) 115 125
0.015 0.01 0.005 0 65 85 105 125 RH硅铁加入量(kg)
图4 RH脱氧硅的加入量与钢水增硅的关系
冷轧超深冲钢种系统控氧工艺研 究与实践
简龙 张越 臧绍双 毛志ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 郭猛
1、前言 鞍钢2150ASP生产线采用LD-RH-CC工艺路线生产冷轧 超深冲钢种，为了满足钢中碳含量小于0.002%的要求，在实 际生产过程中转炉冶炼终点碳控制在0.02%-0.04%之间，钢 中氧含量控制在0.05%-0.09%之间，在RH-TB精炼过程中， 采用自然脱碳的方式将钢中的碳含量降到0.002%以下，脱碳 结束后钢中氧含量在0.03%-0.06%之间，需要使用大量的铝 合金进行脱氧，增加合金成本的同时其脱氧产物Al2O3如果 不能及时从钢水中排除，还恶化了钢水的洁净度。另外转炉 冶炼终点钢水氧含量过高将导致炉渣中FeO含量较高，增加 了转炉和钢水罐耐材的侵蚀，在钢水罐盛钢期间钢水存在二 次氧化现象，在后续的连铸浇注过程中加重了水口堵塞的程 度，在冷轧板卷表面增加了线状（Sliver）缺陷的机率。针 对此现状，结合2150生产线的现行生产工艺，优化冷轧超深 冲钢种脱氧工艺，从转炉冶炼开始，制定了一系列的精确控 制钢水中氧含量的措施。
0.10 碳高氧高,易喷溅区域 0.08 0.07 0.06 碳氧协调,目标区域
0.04 0.02 0.03 0.04 0.05 RH处理前钢水中[C]含量,% 0.06
图2 RH处理前钢水溶解氧与碳含量的关系
3.2 转炉冶炼终点碳和氧的精确控制
3.2.1转炉出钢过程采用碳预脱氧工艺 为了合理控制钢水中的碳和氧含量，保障RH处理过程碳氧平衡 和提高RH处理后钢水的洁净度，在转炉生产过程中开发了碳预脱氧 工艺。在冶炼终点测定钢水中的溶解氧量，针对钢水中碳含量较低 而氧含量过高的情况，采取在出钢过程向钢水罐内加入焦碳进行预 脱氧处理（依钢水中的溶解氧量分别加入70Kg、90Kg、110Kg）控 制钢水中的氧量，保证RH进站钢中氧量低于700ppm。在碳预脱氧 实验过程中，焦碳脱氧效率为5.32ppm/Kg焦碳，脱氧效果较好，当 焦碳加入量超过90kg时，出现钢水增碳的趋势。另外值得注意的是 在加入焦碳过程中，由于碳氧反应剧烈，存在一定程度的罐内烟尘 较大和炉渣发泡的情况，因此要控制好加入焦碳的时机和数量。 3.2.2转炉出钢过程合金脱氧工艺 为了精确控制钢水中的含氧量，在用焦碳进行预脱氧的基础上， 还可以进行出钢过程合金化脱氧操作和氩站喂铝线脱氧操作，达到 精确调整钢水和炉渣氧化性的目的，同时生成的脱氧产生在进RH处 理前能够有效从钢水中充分上浮排除。
2、钢水中溶解氧对脱碳的影响
采用Mintab统计分析软件针对成品碳含量和RH处理前钢水中溶解的氧含 量进行回归分析（RH脱碳时间为12min-15min），分析成品碳含量与钢水氧含 量的关系如下图1所示：
0.0025
0.0020
成品碳成份,%
0.0015
0.0010
0.03
0.04
0.05 0.06 0.07 RH处理前钢中氧含量,%
3.3 RH-TB处理过程碳和氧的精确控制 3.3.1强制脱碳工艺 针对钢水碳含量偏高而溶解氧含量偏低的情 况，在RH-TB精炼过程开发了强制脱碳工艺，该 技术通过向RH熔池内吹入氧气，增加钢水中溶 解氧的含量，提高了转炉出钢过程中的碳含量， 充分利用碳和氧的双重传质作用，在不延长RH 处理时间的前提下，提高了RH处理的脱碳效率 和真空室温度。
3.3.3 硅预脱氧工艺 先向钢中加入一定量的低碳硅铁进行预脱氧，再向钢水 中加入少量铝粒来进行终脱氧和合金化，低碳硅铁加入 量与其脱氧量的关系如下图3所示：
110 90 70 50 30 65 75 85 95 105 RH硅铁加入量(kg) 115 125
脱氧量(ppm)
图3 不同的低碳硅铁加入量对应的预脱氧量
谢谢大家！
RH-TB精炼处理前钢水中的碳和氧含量控制及其影响分布如下图2 所示：对于冷轧超深冲钢种，RH脱碳处理前碳含量控制在0.03%～ 0.05%，溶解氧控制在0.04%~0.07%，进入碳氧协调区间，在保障脱碳 效率的同时有利于钢水洁净度的提高。
0.12 碳低氧高,过氧化区域
RH处理前钢水中[O]含量,%
0.08
0.09
图1 RH处理前钢水溶解氧对处理后碳含量的影响 从上图1可以看出，RH处理前，钢中溶解氧含量在0.04%-0.09%之间，对成品碳 含量的范围影响不大，溶解氧对成品碳的贡献度R-Sq（调整）仅2.2%，说明在现有 的RH脱碳时期内，受碳传质限制环节的影响，RH处理前钢水中的溶解氧量与成品碳 含量相关性并不强。
4.2系统控氧工艺优化后对铸坯内T[O]的影响 为了考察工艺改进前后钢水洁净度的变化，对采用不同控氧工 艺的铸坯取样进行全氧分析，铸坯中全氧含量变化对比如下图6所示：
0.0035 0.0030 0.0025
0. 002 2
铸坯内T[O]含量,%
0.0020
0.0 017
0.0015 0.0010 传统工艺 优化工艺
随预脱氧低碳硅铁加入量的增加，钢水中硅 含量呈现出增加的趋势，同时参于脱氧反应的硅 铁比率呈现下降的趋势。钢水增硅的主要原因是 在加入硅铁过程中，加入的硅铁除与氧直接反应 外，还要有一部分直接溶入钢水，造成钢水增硅， 另外氧化生成的SiO2又有可能再次被后期加入的 终脱氧和合金化的铝所还原造成钢液增硅。如图 4、图5所示，因此针对低硅钢种，考虑镀锌的需 要，其钢材成品[Si]一般控制在0.05％以下。采用 硅脱氧进行控制钢水中的残氧量时，硅铁的加入 量最好不要超过150Kg，防止钢水增硅或加铝合 金化后出现回硅现象。
图5 RH脱氧硅的加入量与有效硅铁比率的关系
4、系统控氧工艺优化的影响 4.1系统控氧工艺优化后对水口堵塞的影响 RH-TB精炼采用常规高氧低碳的传统方式处 理钢水，在中薄板坯铸机浇注过程中单支浸入式 水口的使用寿命平均为浇注2.3罐，而对RH碳氧 工艺控制优化后，单支浸入式水口的使用寿命达 到3.1罐，相当于每支水口的寿命提高约30分钟， 浸入式水口堵塞现象有所减轻，达到在一个浇次 生产过程中更换一次水口的目的，节约了耐材成 本和提高了铸坯的内在质量。
图6 控氧工艺优化前后铸坯内全氧含量变化
5、结论 （1）RH-TB脱碳时间在12min-15min之间，钢水中的氧含 量在0.04%-0.07%之间已经满足脱碳的需要，脱碳终点钢 水中的碳含量可以稳定地控制在0.002%以下，钢水中多 余的溶解氧对脱碳反应没有实质意义，采取常规低碳高氧 的控制模式弊大于利。 （2）为了保证RH精炼的效果，在RH处理前对钢水中的碳氧进行调整是必要的，采用转炉出钢过程碳预脱氧工艺， 对于稳定钢水中的碳-氧含量和提高钢水的洁净度效果显 著，但其控制碳-氧的精度较低，可以配合铝合金脱氧， 精确控制钢水中的碳-氧含量。 （3）RH采用强制脱碳技术和ATB技术与转炉出钢过程碳预 脱氧工艺相匹配，可以稳定RH操作工艺。 （4）RH采用硅预脱氧工艺，降低合金铝的消耗，有利于减 少脱氧产物Al2O3的生成量，提高钢水的洁净度。 （5）优化冷轧深冲钢种系统控制钢水中的碳-氧工艺，有利 于减少铸机浇注过程中的水口堵塞的机率，提高钢水的洁 净度，从而提高产品的内部质量。