低碳铝镇静钢钢砂铝脱氧实验研究

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1、CSP低碳铝镇静钢用钢砂铝脱氧工艺研究与实践邓建军，王彦杰，郝强（河北钢铁集团邯钢公司第三炼钢厂，邯郸，中国，056015）摘要：本文针对邯钢三炼钢厂冶炼CSP低碳铝镇静钢时终点氧含量较高，原铝锭脱氧工艺铝吸收率低、进站Als不稳定、综合成本较高等问题，通过深入研究、分析及试验，在转炉工序采用钢砂铝脱氧剂代替铝锭优化出钢脱氧工艺。经过9#、4#转炉一个月的生产实践，取得了良好的实用效果：转炉出钢脱氧铝吸收率及稳定性明显提高，精炼工序负担减轻，成品Als控制水平明显提高，综合铝制品成本降低了1.13元/吨。关键词：低碳铝镇静钢；钢砂铝；实用效果1 前言邯钢三炼钢厂主要生产CSP热轧卷板和常规板坯

2、中厚板两大类产品，年产量约为500万吨，其中CSP低碳铝镇钢年产量约为200万吨，占总产量的40%以上。由于低碳铝镇钢要求转炉终点碳含量小于0.045%，造成转炉终点钢水含氧量较高，出钢时需要加入铝质脱氧剂进行脱氧，使钢水中aO控制在合理的稳定范围内，为下道精炼和连铸工序创造良好的基础条件。转炉冶炼CSP低碳铝镇静钢常用的铝质脱氧剂主要包括纯铝制品和复合铝制品两大类：其中铝锭、铝块等纯铝制品含铝含量高，但密度轻，易烧损，铝吸收率低且不稳定；铝铁、钢芯铝、铝镁钙、铝锰钛等复合铝制品密度较大，同等条件下铝吸收率一般高于纯铝，但由于含有其它组分，加工过程易出现偏析等影响质量稳定性的问题，且部分产品由

3、于含铝量低，不易保存；另外，产品不同的块度的大小也会对脱氧反应产生重要影响。因此，具体选择哪种脱氧工艺必须结合企业自身的产品、工艺、成本特点进行深入研究、对比、分析。2工艺流程目前邯钢三炼钢厂主体冶炼工艺设备包括4座100吨LBE转炉，4座120吨LF精炼炉和1座120吨RH精炼炉，主要为2台9001680mmCSP连铸机和2台16001800mm常规板坯连铸机提供合格钢水。CSP低碳铝镇静钢的生产工艺流程如下：铁水LBE转炉LF精炼CSP连铸。与常规板坯连铸工艺相比，由于CSP连铸工艺拉速高，结晶器热流大，铸坯易产生裂纹，因此要求钢水的成分、温度稳定，纯净度高，节奏性强。CSP低碳铝镇静钢关

4、键工序主要控制要求如下：2.1转炉工序1）脱氧程度的控制：出钢后合适的氧位应该控制在5ppm以下，相应钢中Als含量大于100ppm；2）减轻LF炉的负担：要求充分利用出钢良好的动力学条件，保证LF进站钢水条件稳定的符合工艺要求，便于精炼缩短周期和降低消耗。2.2精炼工序1）中间包钢水成分控制：稳定达到目标要求；2）中间包钢水温度控制：过热度3010；3）钢水纯净度控制：降低O、S,去除夹杂物，要求钢中S小于0.008%，氧含量降低到3ppm以下；4）生产节奏控制：满足CSP连铸机连续、稳定、高速浇铸，精炼周期在40min以内。3 现状分析在CSP低碳铝镇静钢的整个工艺流程中，转炉工序出钢脱氧

5、水平高低影响是关键的基础环节。长期以来，出于管理和成本等客观因素的考虑，三炼钢厂在转炉工序一直采用铝锭脱氧工艺。但使用铝锭脱氧除了人工加入时机不科学、工作环境恶劣、劳动强度大等不利因素外，在工艺上固有的易烧损、吸收率低、吸收不稳定等缺点，很容易因钢水脱氧控制波动大造成连铸断浇或产品内在质量缺陷。一般情况下，转炉工序脱氧控制水平可用精炼进站钢水Als指标来表示；精炼工序控制水平可用中包成品Als指标来表示；综合控制水平可用内控Als命中率和综合铝制品消耗等指标表示。3.1现状调查2009年12月份三炼钢CSP低碳铝镇静钢关键点Als控制水平及铝制品消耗见表1、表2；关键点Als控制水平具体分布情

6、况见图1、图2。表1：2009年12月三炼钢CSP低碳铝镇静钢关键点Als控制水平控制目标（ppm）实际水平（ppm）内控命中率（%）进站成品进站成品进站成品100400150300499816810064428756.460.8表2：2009年12月三炼钢CSP低碳铝镇静钢铝制品消耗铝制品物料消耗（kg/t）铝制品成本消耗（元/吨）铝锭铝线转炉精炼合计2.031.4630.9523.1354.08图1：2009年12月三炼钢CSP低碳铝镇静钢进站Als分布图图2：2009年12月三炼钢CSP低碳铝镇静钢成品Als分布图3.2现状分析3.2.1进站Als现状分析由表1及图1可以看出，2009年

7、12月份三炼钢CSP低碳铝镇静钢进站钢水Als内控命中率为56.4%，进站Als平均为168ppm，偏内控下限且分布比较散。其主要原因是铝锭吸收率低且不稳定，进站Als小于100ppm的比例占38.4%。 3.2.2成品Als现状分析由表1及图2可以看出，2009年12月份三炼钢CSP低碳铝镇静钢成品钢水Als内控命中率为60.8%，成品Als平均为287ppm，偏内控上限，较进站Als分布相对集中。其主要原因是由于进站Als波动范围大，且氧化性强的钢水比例高，造成精炼脱氧、脱硫任务较重，平均精炼时间为46.5min，生产节奏紧张，为保CSP生产的连续性，精炼控制Als含量较高。3.2.3铝制

8、品消耗现状分析由上述分析及表2可知，2009年12月份三炼钢CSP低碳铝镇静钢主要铝制品消耗成本为54.08元/吨，其中转炉工序为30.95元/吨，占铝制品总成本的57.2%；精炼工序为23.13元/吨，占总消耗的42.8%。4 优化试验自2009年下半年起，随着钢铁市场行情频繁变化以及新材料、新技术的不断开发应用，三炼钢对现有CSP低碳铝镇静钢脱氧工艺进行优化的条件逐渐成熟。 钢砂铝是国内科研机构新研发出的替代铝脱氧的最新产品，其主要理化指标见表3。表3：钢砂铝理化指标项目AlFeSP比重（g/cm3）粒度（mm）指标78%83%14%20%0.006%0.006%3.11403040该产品

9、用高纯度钢砂以不规则形状弥散于铝液中凝固而成，与纯铝脱氧相比弥散均匀的钢砂增大了产品的比重，延长铝在钢液中的时间，使其充分与钢水进行界面反应，提高脱氧能力，理论上铝收得率可同比提高13%。为了进一步稳定生产、提高质量、降低成本，三炼钢厂决定优化转炉出钢脱氧工艺，在转炉出钢时试验钢砂铝脱氧剂代替铝锭脱氧。4.1试验方案根据生产现状数据分析及三炼钢厂生产实际特点，制定实验方案如下：1）试验钢种SPHC；2）为便于对比，试验安排在同一炉座进行；3）对比试验参考加入量见表4；4）加入时间：在出钢至1/4加入，3/4前加完。表4：钢砂铝对比试验参考加入量项目目标Als(ppm)每炉加入量（kg）吨钢单耗

10、（kg/t）理论吸收率（%）铝锭1004002202.008.1%钢砂铝1004002352.149.5%备注：铝锭含铝量99%，每块单重20kg；钢砂铝用量按80%含铝量折算，钢砂铝含铁量按17%折算。4.2试验结果对比试验于 2010年3月9日、3月12日、3月15日分三次进行，共试验38炉，试验结果见表5：表5：钢砂铝对比试验结果项目钢砂铝铝锭试验日期9日12日15日综合915日加入量（kg）261248259255220试验炉数（炉）914153856转炉精炼进站Als(ppm)246193223217 210转炉出钢铝吸收率13.0%10.7%11.8%11.7%10.5%精炼精炼铝

11、线消耗（米/炉）344419411397450中包成品Als(ppm)210277277261303综合铝制品消耗成本（元/吨）-53.3554.464.3结果分析结合实际试验情况及表5试验结果数据可以看出：1）钢砂铝由合金料仓加入，转炉工序可根据冶炼终点实际控制水平及生产需要灵活调整加入量，职工劳动强度减轻;2）钢砂铝试验炉次进站钢水Als实际控制水平略高于铝锭脱氧炉次，平均铝吸收率提高11.7%-10.5%=1.2%；3）由于进站Als控制水平提高，精炼铝线消耗较少，经计算在同等成品Als控制水平下，实际综合铝制品消耗降低成本降低1.11元/吨。综上考虑，如果钢砂铝质量保持稳定，在现有条件

12、下用钢砂铝代替铝锭脱氧是可行的。5生产实践根据钢砂铝试验结果，三炼钢厂决定自2010年5月1日起，在9#、4#转炉正式采用钢砂铝代替铝锭脱氧，指导加入量按原铝锭的1.11.3倍配加。5.1生产数据2010年5月份三炼钢CSP低碳铝镇静钢关键点Als控制水平及铝制品消耗见表6、表7，关键点Als控制水平具体分布情况见图3、图4。表6：2010年5月三炼钢CSP低碳铝镇静钢关键点Als控制水平控制目标（ppm）实际水平（ppm）内控命中率（%）进站成品进站成品进站成品100400150300208701989058027358.774.0铝制品物料消耗（kg/t）铝制品成本消耗（元/吨）钢砂铝铝线

13、转炉精炼合计2.441.1634.6318.3252.95表7：2010年5月三炼钢CSP低碳铝镇静钢铝制品消耗图3：2010年5月CSP低碳铝镇静钢使用钢砂铝炉次进站Als分布图图4：2010年5月CSP低碳铝镇静钢使用钢砂铝炉次成品Als分布图5.2生产分析5.2.1进站Als分析由表1、表6及图1、图3汇总2010年5月份与2009年12月份进站Als对比情况见表8。表8：2010年5月份与2009年12月份进站Als生产实践数据对比月份转炉脱氧工艺内控命中率（%）Als平均值（ppm）Als100ppm比例（%）2009年12月铝锭56.416838.22010年5月钢砂铝58.719

14、837.6比较+2.3+30-0.6由表8可以看出，与2009年12月份相比，2010年5月份钢砂铝炉次实用效果如下：1）进站钢水Als内控命中率提高了2.3%；2）进站Als平均值提高了30ppm，进一步靠近了内控中限；3）进站Als小于100ppm的比例降低了0.8%。生产实践表明：钢砂铝用量为铝锭的1.11.3倍时，铝吸收率及稳定性提高，转炉工序脱氧效果改善明显。 5.2.2成品Als分析由表1、表6及图2、图4汇总2010年5月份与2009年12月份成品Als对比情况见表9。表9：2010年5月份与2009年12月份成品Als生产实践数据对比月份转炉脱氧工艺内控命中率（%）Als平均值

15、（ppm）精炼时间（min）2009年12月铝锭60.828746.52010年5月钢砂铝74.027343.2比较+13.2-14-3.3由表9可以看出，与2009年12月份相比，2010年5月份钢砂铝炉次实用效果如下：1）成品钢水Als内控命中率提高13.2%；2）成品Als平均值降低了14ppm，偏内控上限趋势明显好转；3）由于进钢水条件改善，精炼脱氧、脱硫负担减轻，平均精炼时间缩短了3.3min，生产节奏紧张局面缓解，精炼控制Als水平提高。5.2.3铝制品消耗分析由表2、表7汇总2010年5月份与2009年12月份铝制品消耗对比见表10。表10：2010年5月份与2009年12月份铝

16、制品消耗生产实践数据对比月份转炉脱氧工艺转炉成本（元/吨）精炼成本（元/吨）综合成本（元/吨）2009年12月铝锭30.9523.1354.082010年5月钢砂铝34.6318.3252.95比较+3.68-4.81-1.13由表10可以看出，与2009年12月份相比，2010年5月份钢砂铝炉次实用效果：1）主要铝制品消耗成本降低了1.13元/吨；2）转炉工序成本升高了3.68元/吨，占总成本的比例由57.2%提高到65.4%；3）精炼工序成本降低了4.81元/吨，精炼工序成本占总成本的比例由42.8%降低到34.6%。6结论邯钢三炼钢厂结合自身生产条件，对CSP低碳铝镇静钢用钢砂铝脱氧工艺

17、进行了深入研究与实践：1）与原铝锭脱氧相比，钢砂铝具有用量调整灵活、减轻职工劳动强度的优点；2）与原铝锭脱氧相比，钢砂铝由于弥散均匀的钢砂增大了比重，延长了铝在钢液中的时间，利于充分与钢水进行界面反应。CSP低碳铝镇钢生产实践表明：钢砂铝用量为铝锭的1.11.3倍时，铝吸收率及稳定性提高，转炉工序脱氧效果改善明显； 3）与原铝锭脱氧相比，由于进站钢水条件改善，精炼工序负担减轻，精炼时间缩短，成品Als控制水平明显提高；4）与原铝锭脱氧相比，转炉工序成本提高，精炼工序成本降低，综合铝制品成本可降低1.13元/吨。5）综上考虑，在现有条件下采用钢砂铝代替铝锭优化转炉出钢脱氧工艺是可行的和成功的。参考文献：1蔡开科转炉冶炼低碳钢终点氧含量控制钢铁，2009，（5）：27-312王天义薄板坯连铸连轧工艺技术实践北京冶金工业出版社，2005