宝钢电炉纯净钢生产实践
钢铁
IRON & STEEL
2000 Vol.35 No.3 P.16-18，38
宝钢电炉纯净钢生产实践
顾文兵 刘晓 杨宝权
摘 要：介绍宝钢电炉在生产纯净钢方面的部分实践，阐述了整个工艺过程中对Cu、P、S、O、H、N等杂质元素及非金属夹杂物的控制措施，以及目前所能达到的水平。 关键词：纯净钢 二次精炼 杂质元素 夹杂物
CLEAN STEEL MAKING IN THE EAF AT BAOSTEEL
GU Wenbing LIU Xiao YANG Baoquan
（Shanghai Baosteel Group Co.）
ABSTRACT：Some experience on clean steel making in the EAF at Baosteel is introduced. The control measures of impurity element (Cu,P,S,O,H,N)and inclusions are discussed ,and the best level is submitted.
KEY WORDS：clean steel, secondary refining, impurity element, inclusion▲
1 前言
纯净钢的概念，从历史上看，首先是指对钢中O、S、P、H等杂质元素含量的控制［1］；到本世纪50年代，又提出了氮含量的要求［2］；而随着精炼技术的兴起，纯净钢的概念中又增加了对非金属夹杂物数量及形态的要求；此后，对痕量残余元素(Cu、Pb、As、Sb、Bi、Sn)的要求也纳入纯净钢范畴［3］。
70年代至80年代中期，配合大型转炉的生产及对转炉钢品种质量的要求，铁水预处理技术和二次精炼技术得到蓬勃发展，到这个时期才真正奠定了纯净钢生产的基础，使钢水的纯净度得到长足进步［4］。
70年代末期应运而生的超高功率电弧炉，也将精炼移至炉外进行，从而进一步提高了变压器的利用率，也使得电炉配合二次精炼生产纯净钢成为可能［5］。
宝钢电炉炼钢厂是三期工程的重点项目之一，集成了多项90年代电炉炼钢的最新技术，为纯净钢生产提供了有利条件。另一方面，宝钢电炉的产品多数为高级别的油井管钢和高压锅炉管钢，这也决定了电炉产品对纯净度的严格要求。
2 设备概况
宝钢电炉厂主要由一电两炉的超高功率直流电弧炉、钢包精炼炉(LF)、真空脱气装置(VD)、六流圆方坯兼容的弧型连铸机以及相应配套设施组成(表1)。电炉从法国
CLECIM公司引进，精炼及连铸设备是从意大利的DANIELI公司引进。设计规模为年产钢水100万t、连铸坯96万t，圆坯品种有油井管钢、高压锅炉管钢等，方坯品种有弹簧钢、预应力钢及轮胎钢丝钢等。
表 1 主要技术参数
Table 1 Main technical parameters
项目参数
电炉
电炉公称容量／t150
变压器容量／MV。A99
出钢方式偏心炉底出钢(EBT)
钢包炉
变压器容量／MV。A22
升温速度／℃。min-1 4.4
VD 真空抽气能力／kg。h-1320
工作真空度／Pa66.7
抽气时间／min6(从1个大气压到66.7 Pa)
3 生产实践
3.1 铜及其它残余元素的控制
铜及其它残余元素不能为一般的氧化还原反应所能有效的去除，长期以来不是炼钢生产中常规检验的对象。通常的电炉生产中主要以废钢作为主原料，铜及残余元素在循环使用中不断累积，因而在电炉生产中铜及残余元素的控制表现得尤为突出。
宝钢电炉的主原料有返回废钢、收购废钢、生铁和铁水等，主原料的常用配料模式有两种：一篮废钢+30 %以上铁水；两篮废钢(含30 %以上生铁)。通过对主原料配料的优化，可以实现对残余元素的有效控制，使电炉钢中残余元素含量达到或接近转炉钢的水平。目前电炉钢水中铜含量一般在0.03 %～0.08 %范围，而残余元素含量基本达到痕量水平(表2)。
表 2 某些炉次残余元素分析
Table 2 Trace elements analysis
%
炉号Cu As Mo Ni
3802630.020.0020.010.02
3802620.010.0020.010.03
3029770.070.0040.010.04
3003040.070.0040.010.04
3003050.060.0040.010.03
3.2 非金属夹杂物含量及钢中全氧的控制
电炉采用偏心炉底出钢及留钢操作技术，能够减少甚至杜绝出钢过程下渣量(下渣量≤400 kg)，从而降低了钢包渣中的氧化铁、氧化锰及其它氧化物的含量。
电炉出钢脱氧采用了复合脱氧方式，可强化脱氧效果，又改善了脱氧产物去除的条件。精炼采用自行开发的专用合成渣，同时具备吸附夹杂物、降低脱氧产物活度的功效。
全部钢种经过钙处理，以改变Al2O3、MnS等夹杂物的形态，使其以球形的mCaO。nAl2O3和CaS等形式存在，有利于夹杂物的上浮去除，改善钢的纯净度，以消除对钢材性能的不良影响。实际生产过程中，通过控制钢水中合适的Ca／Al，实现了夹杂物的变形、变性，促进了夹杂物的上浮，同时有效地防止了浇注过程中水口的堵塞。
基于以上两点，并辅以适当的搅拌制度，能够有效的促进夹杂物的聚合上浮。值得指出的是，在浇注前保证一定时间的钢水弱搅拌对夹杂物的去除尤为重要。目前，宝钢电炉Al-Si镇静钢的(［Al］tot-［Al］sol)值几乎总能维持在0.001 %～0.002 %的水平(［Al］tot为钢中总铝含量，［Al］sol为钢中酸溶铝含量)。夹杂物定量分析结果见表3。
表 3 夹杂物定量分析
Table 3 Size of inclusion
序号面积／μm2长度／μm宽度／μm长宽比
115.5 5.6 4.2 1.3
210.6 4.8 2.9 1.6
315.1 6.6 3.4 1.9
4 5.9 3.2 2.4 1.3
5 2.4 1.9 1.
6 1.2
6 5.8 3.4 2.1 1.6
713.2 4.8 3.7 1.3
3.3 钢中硫含量的控制
超高功率电弧炉把老式电炉的还原期移至钢包精炼阶段进行，因此一般不考虑电炉的脱硫能力，主要是通过主原料配料来控制电炉终点的硫含量。对LF、VD来讲，所谓脱硫并不是指将其脱至合乎一般钢种规格的程度，而是将其脱至10-6的级别，以满足高级钢种的要求。
通过电炉主原料优化，可使电炉的终点硫含量控制在0.015 %左右，而电炉出钢过程中，通过加入顶渣(石灰、合成渣等)的混冲作用，可脱除10 %～15 %的硫。
LF高碱度白渣及强还原性气氛作用下，加之良好的吹氩搅拌，可保证［S］＜
50×10-6，脱硫率可达到60 %。经VD处理，在高真空条件下渣钢的充分混合搅拌，可使［S］＜30×10-6，脱硫率约50 %。
对［S］＜10×10-6的钢种，采用双渣法，即LF处理完毕后，扒除饱和的还原渣，重新回到LF造新的还原渣，以加强脱硫效果，［S］＜30×10-6后，进行VD处理，可保证［S］＜10×10-6，最低达(2～3)×10-6。图1反映了某些炉次各阶段钢水硫含量的变化。
图 1 某些炉次钢水硫含量的变化情况
Fig.1 Change of sulphur content
1—LF初始；2—LF终点；3—VD终点；4—中间包
3.4 氮的控制
相对转炉，电炉炼钢过程中氮的控制是一个难点，一方面通过占空气体积3／4的氮气在电弧作用下离解而溶入钢中；另一方面，废钢、铁合金、渣料也会带入部分氮。宝钢电炉在冶炼低氮钢方面进行了尝试，取得了良好的效果。主要采取以下措施：
主原料方面，通过增加铁水的加入量以及生铁的配入量，并提高返回比，降低主原料中的氮含量。铁水和生铁量的增加，也提高了主原料的配碳量，通过大流量的水冷氧枪吹氧，保证了较高的脱碳速度，从而达到去除钢中氮的目的。
电炉冶炼过程中，通过水冷碳枪间断的向炉内喷入碳粉，以实现持续的、良好的泡沫渣埋弧操作，减少空气氮因电弧电离而溶入钢中的趋势。加强对电炉终点碳的控制，使电炉出钢碳接近成品下限，以减少出钢过程中增碳剂的加入量，降低增碳剂带
入钢中的氮量。图2为某些炉次电炉冶炼过程中钢水氮含量在各个阶段的变化情况。 LF具有良好的密封性，并佐以全程的埋弧操作，使得LF处理过程中的增氮量维持在较低的水平。LF处理过程中，注意加强脱硫，使硫达到一个较低的水平，为VD真空脱氮创造条件。VD在深脱硫钢水的基础上，通过延长真空处理的时间，可使脱氮率达到30 %～50 %，最低可达30×10-6以下。图3反映了某些炉次的钢水氮含量在各个阶段的变化情况。
图 2 某些炉次电炉冶炼过程中钢水氮含量变化情况
Fig.2 Change of nitrogen content during EAF
3.5 磷的控制
脱磷是电炉的基本任务之一。宝钢电炉通过采取提前造渣、控制渣成分(渣碱度为3.0以上、FeO含量为15 %～25 %)、充分流渣等措施，可使电炉出钢时钢水磷含量达到0.004 %以下，如冶炼过程中采用强化脱磷工艺，还可使磷含量降至更低的水平(最低达0.001 %)。目前，电炉出钢样中磷含量基本在0.004 %～0.008 %。
精炼过程中的钢水回磷也是困扰冶金工作者的一个难题。通过控制电炉出钢过程中的下渣量、出钢前稠化炉渣、出钢后扒渣、采用低磷含量合金等措施，可使成品中磷含量达到0.010 %以下。这充分显示出了电炉在冶炼低磷钢方面的优越性。图4为某些炉次的钢水磷含量的变化情况。
图 3 某些炉次钢水氮含量的变化情况
Fig.3 Change of nitrogen content
1—电炉终点；2—LF初始；3—LF终点；4—VD终点；
5—中间包；6—铸坯样
图 4 某些炉次钢水磷含量的变化情况
Fig.4 Change of phosphor content
1—电炉熔清；2—电炉终点；3—精炼首样；
4—精炼末样；5—中间包
3.6 氢的控制
溶解于钢中的氢析出是造成白点、缩孔、发裂等缺陷的主要原因，溶解于钢中而未析出的氢会降低钢的强度极限、冲击韧性和伸长率等性能。
氢主要通过废钢、生铁表面的铁锈和增碳剂、造渣材料中的水分而进入钢中，因而首先要降低主原料中的铁锈，其次要保持副原料的干燥。宝钢电炉有一跨室内料场，所用废钢管理比 较严格，铁锈含量低，各种副材防潮措施得当；另外炉内高速脱碳的条件下可脱除部分氢， 使得VD处理前钢中的氢维持在(6～8)×10-6，经VD真空处理后，均可达到2×10 -6以下。VD采用在线定氢仪进行氢的过程控制，能够快捷地得到准确的氢含量，决定VD高 真空保持时间。
4 结语
纯净钢的概念实际上是极具历史性的，随着用户对钢铁产品性能愈来愈严苛的要求以及钢铁 工业自身的发展愈来愈深入，以前是“纯净”的钢在今天也许已属质量低劣了。因此，只有 不断改进工艺措施、加强过程控制，才能跟上纯净钢变化发展的步伐。■
作者单位：顾文兵（上海宝钢集团公司）
刘晓（上海宝钢集团公司）
杨宝权（上海宝钢集团公司）
参考文献：
［1］Kiessling R. Clean Steel-A Debatable Concept. Metal Sci., 1980 ,(5):161～172.
［2］Schawwinhold D. Demands of Materials Technology on Metallurgy for the Improve ment of the Service Properties of Steels. Proc. of the Intern. Conf. on Sec . Metalurgy. Aachen. Germany. 1987.3～18.
［3］Clean Steel (Special Report 77). London: The Iron & Steel Institu te, 1962.28～29. ［4］蒋国昌.纯净钢及二次精炼.上海：上海科学技术出版社，1995.12.
［5］电弧炉炼钢工艺的新进展.北京：中国冶金技术公司，1995.12.
宝钢电炉纯净钢生产实践
作者：顾文兵， 刘晓， 杨宝权， GU Wenbing， LIU Xiao， YANG Baoquan
作者单位：上海宝钢集团公司
刊名：
钢铁
英文刊名：IRON & STEEL
年，卷(期)：2000,35(3)
被引用次数：6次
参考文献(5条)
1.Kiessling R Clean Steel-A Debatable Concept 1980(05)
2.Schawwinhold D Demands of Materials Technology on Metallurgy for the Improve ment of the Service Properties of Steels 1987
3.Clean Steel (Special Report 77) 1962
4.蒋国昌纯净钢及二次精炼 1995
5.电弧炉炼钢工艺的新进展 1995
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