楊 勇，楊 俊，巨銀軍，安 強，左建林

（湖南華菱湘潭鋼鐵有限公司，湖南 湘潭 411101）

許多高級別鋼要求鋼中硫含量越低越好[1]?？顾峁芫€鋼要求具有良好的抗HIC 性能。硫是影響管線鋼抗HIC 性能的最主要元素，以硫含量20×10-6為分界線。近幾年來，管線等幾大系列鋼種標準將B元素列為有害元素，要求w[B]≤5×10-6，因此低硼含量控制工藝，成為近年來的研究方向。

低成本是工業(yè)化大生產(chǎn)的重要目標，為降低成本，本試驗工藝方案取消了鐵水預處理工藝，鐵水直接入轉(zhuǎn)爐冶煉，且轉(zhuǎn)爐冶煉采用單渣法。在LF 爐進行深脫硫，造白渣精煉鈣處理，在VD 進行脫氣和進一步脫硫，最終將成品w[S]控制在15×10-6以下，w[B]控制在5×10-6以下。經(jīng)過反復的試驗摸索，成功開發(fā)低硫低硼鋼快速冶煉工藝，通過鋼廠一年多的大規(guī)模生產(chǎn)實踐，鋼水中硫和硼含量控制穩(wěn)定，完全滿足生產(chǎn)需要。

1 試驗鋼種及工藝

1.1 鐵水條件

煉鋼采用低成本工藝策略，鐵水預處理工序?qū)θ霠t鐵水不進行預處理脫硫操作，也不進行扒渣操作去除硫含量。僅對鐵水進行折罐，測溫、取樣等簡單操作。

1.2 試驗鋼種

本試驗大批量在X65MO 抗酸管線鋼上進行。

1.3 試驗裝備及工藝

試驗工廠基本裝備：2 座鐵水預處理站，4 座轉(zhuǎn)爐BOF（150 t），10 臺精煉設備（6 臺LF、2 臺VD），4臺板坯連鑄機。

試驗采用“鐵水—BOF—LF—喂線—VD—CC”簡化工藝，試驗生產(chǎn)低硫低硼要求的管線鋼。試驗工藝為降低成本，取消鐵水預處理脫硫工藝，采用鐵水直接兌入轉(zhuǎn)爐冶煉。原料要求采用自產(chǎn)優(yōu)質(zhì)廢鋼以及B 含量低的合金。轉(zhuǎn)爐在吹煉時適當加大渣量，采用頂?shù)讖痛的Ｊ?，利用氬氣底吹，攪動熔池，終點氧控制在400×10-6以上，充分去除鋼中的B，出鋼過程加入所選合金。轉(zhuǎn)爐出鋼嚴格控制下渣量，過程中加入石灰，合成渣等頂渣料，同時加入鋁鐵脫氧，為LF 深脫硫做準備。LF 冶煉快速升溫化渣造渣，同時控制合適的渣量，避免B 從渣中進入鋼液。LF 精煉后，進行VD 真空處理，利用真空狀態(tài)下鋼渣界面的充分反應，進一步脫硫。連鑄采用長水口加密封墊以及氬氣氛圍保護澆注，中包采用低碳覆蓋劑隔絕空氣，控制鋼水的二次氧化，防止連鑄增氧回硫。

整個工藝中LF 爐處理作為中心環(huán)節(jié)，要求在該環(huán)節(jié)將鋼水w[S]脫到15×10-6的超低水平，且要w[B]不大于5×10-6，處理周期控制40～60 min。

2 試驗結果

2.1 硫含量控制情況

試驗結果表明，通過該工藝轉(zhuǎn)爐出鋼的硫含量較入爐鐵水平均可以降低達到接近40%的水平，吹煉終點的w[S]可以達到0.020%左右，LF 在此基礎上進行深脫硫，冶煉超低硫鋼。鋼水進VD 鋼水中的硫被進一步脫除。連鑄w[S]為10×10-6～15×10-6，平均13×10-6。

2.2 硼含量控制情況

根據(jù)試驗要求，轉(zhuǎn)爐通過主吹與副吹后，鋼中w[O]在430×10-6以上，鋼水中殘余w[B]均在1×10-6以下。

3 分析與討論

3.1 過程硫含量變化及脫硫機理分析

3.1.1 過程硫含量變化

按照本工藝試驗，選擇硫控制在0.040%以下的鐵水鐵水生產(chǎn)，入爐鐵水w[S]平均值0.029%，轉(zhuǎn)爐出鋼w[S]平均值為0.018%，最高值0.026%；LF 精煉后w[S]平均值為0.001 6%，最高值0.001 8%；VD 真空后w[S]平均值為0.001 2%，最高值0.001 4%；連鑄w[S]平均值為0.001 3%，統(tǒng)計生產(chǎn)的所有試驗爐次，w[S]在15×10-6以下成分命中率為99.5%（見圖1）。

圖1 轉(zhuǎn)爐—連鑄鋼水硫含量

按照本試驗方案試驗，結果表明轉(zhuǎn)爐的脫硫率平均在37%，LF 精煉的脫硫率平均達到91%，VD 脫硫率平均25%。

3.1.2 本試驗脫硫機理分析

對于極低硫鋼的生產(chǎn)，本試驗設計LF+VD 的聯(lián)合工藝，充分運用煉鋼脫硫的機理，達到了深脫硫的效果。根據(jù)熔渣的分子理論,堿性氧化渣與金屬間的脫硫反應為[2]：

在煉鋼脫硫生產(chǎn)實踐中高溫、渣的高堿度、低（FeO）、良好的流動性作為必備條件。

一般LF 爐經(jīng)過深脫氧后，將氧脫到了很低水平w[TO]≤5×10-6以下。同時進真空需要比直接澆注的鋼水溫度要高至少50 ℃以上，高溫、真空下良好的低氧，為脫硫創(chuàng)造了非常好的條件。

真空下的強攪拌，加速了渣－鋼界面反應，提高了脫硫反應的速度。同時，真空下隔絕了空氣，可以完全避免二次氧化等問題。

3.2 過程B 含量變化及脫B 機理分析

本試驗對硼的控制利用了轉(zhuǎn)爐的氧化去除以及精煉過程的回硼控制原理，對與B 元素轉(zhuǎn)爐中會發(fā)生如下的氧化反應[3]：

式中：ΔGθ為自由能變化，kJ/mol；T 為鋼水溫度，K。

根據(jù)各反應的ΔGθ硼元素在轉(zhuǎn)爐中的熱力學性質(zhì)與Si 相近。因此，硼元素在轉(zhuǎn)爐過程中一定會被充分氧化以氧化產(chǎn)物進入渣中。鋼水中的殘余w[B]接近0.000 1%的水平。

按照本工藝試驗，入爐鐵水硼含量為0.000 1%～0.000 8%，轉(zhuǎn)爐通過主吹和補吹后將吹煉終點氧含量控制在400×10-6以上，出鋼硼含量w（B）均為0.000 1%的痕跡量，表明轉(zhuǎn)爐脫硼的能力很強，不受鐵水初始B 含量波動的影響；LF 精煉后硼含量w（B）平均值為0.000 25%，最高值0.000 3%；VD 真空后硼含量w（B）平均值為0.000 31%，最高值0.000 4%；連鑄硼含量w（B）平均值為0.000 37%。精煉過程的總回w（B）平均控制在0.6×10-6以內(nèi)。統(tǒng)計生產(chǎn)的所有試驗爐次，w（B）在5×10-6以下成分命中率為100%。

4 結論

1）通過轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖痛?，控制吹煉終點氧含量，強化轉(zhuǎn)爐脫硼效果，可以將鋼水中的硼含量w（B）穩(wěn)定控制到0.000 1%的痕跡量水平；通過控制好轉(zhuǎn)爐出鋼下渣量和并掌握鋁粒加入時機和加入量，可以LF 工序的回硼量w（B）控制在0.000 1%以內(nèi)。通過選用低硼系列合金進行合金化，盡量減少合金帶入增硼，最終可以將鋼水硼含量w（B）穩(wěn)定控制在0.000 5%以內(nèi)。

2）轉(zhuǎn)爐通過采用優(yōu)質(zhì)廢鋼，大渣量，頂?shù)讖痛档仁侄蚊摿蚵士梢赃_到40%的水平。通過LF 爐快速造渣發(fā)揮脫硫效果，并在渣中加入鋁粒，配合鈣處理促進脫硫效果，脫硫率可以達到90%以上；再利用VD 爐真空脫硫作用，將硫的進一步脫除，可以實現(xiàn)質(zhì)量分數(shù)0.001 5%以下極低硫的控制水平。

3）利用本工藝，批量生產(chǎn)的極低硫低硼要求管線鋼，其硫含量w（S）要求控制在0.001 5%以下，同時硼含量w（B）要求控制在0.000 5%以下，鋼種綜合成分命中率可達99.5%以上，成分命中率高。在本工藝方案中相比傳統(tǒng)工藝，取消了鐵水預處理工藝，節(jié)省了一道生產(chǎn)工藝的成本投入，不僅降低了生產(chǎn)成本，還提高了生產(chǎn)效率。