攀钢方坯连铸工艺生产帘线钢的可行性.pdf
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1、第 2 5 卷第 1 期 2 O O 4年 3月 钢铁钒钛 I R O N S T E E L V A N A D 卫 Va 1 2 5。No 1 M_矗 础 攀钢方坯连铸工艺生产帘线钢的可行性 黄 禹明 (攀钢提钒炼钢厂,四川 攀枝花 6 1 7 0 6 2)摘要:通过相关文献资料调研,介绍了帘线钢生产工艺流程及其冶炼、精炼和连铸技术现状,重点分析 了帘线钢 的质量控制。指出攀钢大方坯连铸生产帘线钢方面的主要优势及技术难点,并提出了开发研究思路。关键词:帘线钢;方坯连铸;夹杂物;精炼 中图分类号:T F 7 6 2 文献标识码:A 文|I t 编号:1 0 0 4 7 6 3 8(2 0 0
2、 4)0 1 0 0 5 1 0 6 EAS l Ln DI s CUS S I ON oN TY RE C ORD S I 1 EL PRODUCTI ON BY BLooM CoNT oUS CAs =【1 NG 咖CE S S AT PZH S TEE L HUANG Yumi n g (V a n a d i u m R e c o v e r y a n d S t e e l m a k i n g P l a n t o f P Z H S t e e l,P a n z h i h u a 6 1 7 0 6 2,S i e h u a n,C h i n a)Ab s t r
3、 a c t:T h e p r o d u c t i o n p r o c e s s o f t y r e c o rd s t e e l W t m p r e s e n t e d,a n d t h e t e c h n i c a l s t a t u t q u o o f s l t i ng,r e fi n i n g an d c o n t i n u o u s c a s t i n g o f t y r e cor d s t e e l we r e ana l y z e d b y i n v e s t i g a ti o n t ech
4、 n i c a l d a t aT h e q u a l i t y con t r o l me a n s w e r e s u g g e s t e dT h e s u p e ri o ri ti e s an d t ech n o l o g i c a l k e y s f o r p r o d u c i ng t y r e cord s t e e l a t P Z H S t e e l w e r e d i s c u s s e dTh e d e v e l o p i ng w a y o f t y r e c o rd s t e e l
5、w p u t for w a r d Ke y W o r d s:t y r e cor d s t e e l;con ti n u o u s c a s t i ng o f b l o o m;i n c l u s i o n;r e fi n i ng 0 引言 近年来,随着全球经济的不断发展,钢帘线的用 量呈上升趋势,全世界用量已超过 I M t a,我国钢帘 线需求量 目前约为 0 1 3 M t a,需要帘线钢 0 1 5 M r a 左右,并且每年以 3 的速度增长。我国目前仅有 宝钢、武钢和鞍钢等企业能生产帘线钢,远远满足不 了需要,每年有 7 0 左右需要从意大利、
6、日本等国 进口。我国帘线钢生产企业较少的主要原因是一些 中小型钢铁厂受设备和技术的限制,生产工艺不完 善,钢水夹杂物含量高,连铸坯表面和内部质量较 差,有的甚至还停留在模铸工艺。宝钢、武钢和鞍钢 虽然能生产,但由于 目前国内市场容量小,不能大批 量组织生产,加之该钢种生产技术要求高、难度大、收 稿 日期:2 0 0 31 20 1 成本高,因此缺乏生产积极性【卜3 l。所以,国内帘线 钢在较长时间内属于短缺产品。攀钢方坯连铸机设计生产能力 1 2 M t a,其中 仅重轨钢和一些型线材为高附加值产品,存在一定 的产品缺 口。为了拓宽方坯连铸钢品种,确保方坯 连铸机投产后,尽快达到设计生产能力,
7、为攀钢(集 团)公司创造经济效益,对具有高附加值的帘线钢方 坯连铸工艺进行分析,具有重要意义。1 帘线钢冶炼工艺流程 1 1 工艺流程,表 1 为帘线钢化学成分控制要求 4-9 。从表 1 可以看出,帘线钢需要控制的元紊较 多,除常规的 C、S i、M n、P、s 外,很多厂家还对C u、c r、N i,甚至P b 维普资讯 http:/ 5 2 钢 铁 钒 钛 2 0 0 4 年第 2 5 卷 等元素提出了要求。汽车轮胎用帘线钢一般采用碳 含量不低于 0 7 2 的高碳盘条,而 目前高强度钢帘 线的需求量正逐渐增加,要求碳含量不低于0 8 2。日本神户制钢公司 1 9 8 0年 以后,广泛地
8、用0 8 2 C 代替 0 7 2 C,并且继续向高强度方向发展,现已在 生产 0 9 0 以上碳含量的钢帘线。据报道口 ,神户 公司正在研究开发抗拉强度超过 4 0 0 0 M P a的钢帘 线,以追求钢的极限强度,达到最好的使用效果。表 2为一些帘线钢生产厂冶炼工艺流程,从表 2 可以看出,日本神户钢铁公司的生产工艺与攀钢 的大方坯连铸工艺极为相近。目前,生产帘线钢 的 冶金工艺根据连铸机类型可分为两大类:一类是以 德国、美国为代表的采用断面为 1 3 01 5 0 ra i n 的小 方坯,另一类是以日本、英国和韩国为代表的倾向于 用断面超过 3 0 0衄 的大方坯【5】。鞍钢在 1 9
9、 9 7 年试$1J A 7 0 L 帘线钢、以及宝钢 生 表 1帘线 钢化 学成 分 要求 Ta b l e 1 Co ml ms mo n c o n t r o l o ft y r e c o r d s t e e l 德国,S a m,m d fl公司 德国鲁尔奥特 英国乔治敦 英国萨斯特 宝 钢 武钢 鞍 钢 日 本神户 高炉一铁水顶处理一I R H T N喷粉一c c(1 2 5 m m 1 2 5 m i ll、1 4 0 m il l x 1 4 0 m i ll,E M S)B O 卜 L F+V 1)C C(6 流。1 3 0m i ll x1 3 0m il l。ME
10、 M S,强制冷却)E A 卜 L F-*C C(6流,1 2 0 m i l l x 1 2 0 m m,强制冷却)B O 卜 R H C C(6 流。1 5 0m i l l x1 50 m i ll,S E M S、F E M S,强制冷却)铁水顶处理L D(3 0 0 t)一L F R 卜 模铸 L D(1 0 0 t)一 卜+L F C C(5流,2 0 O m i l l x 2 0 O mm。ME MS)铁水顶处理一L D(1 50 t)一钢包精炼(合成渣洗、喷粉、吹氲)一模铸 铁水顶处理一转炉一钢包精炼一R H c c(2 流。3 0 0 m i l l x 4 3 0 m m
11、)产帘线钢时,均采用转炉一精炼一模铸 工艺。武钢 一炼钢 1 9 9 9年底开始试验生产帘线钢,采用转炉一 L F V D真空 L F 连铸(5流,2 0 0 n l n l x 2 0 0 ra i n,M E M S)的炼钢工艺,主要作法是顶底复吹转炉采用 低拉碳增碳法,终点碳含量按 0 0 6 0 0 8 控制,实现出钢 P 0 0 1 0,C X O 0 0 0 3 的较好 水平。炉后实施 挡渣塞挡渣,以控制 回磷 不大 于 0 0 0 3 O其生产的帘线钢盘条,在捻制过程中断丝 率与进口盘条相比略高,但总的来说是成功的。1 2 帘线钢工艺特点 帘线钢是洁净钢的代表之一,对夹杂物的控制
12、 极为严格,其工艺流程具有以下特点【m】:(1)采用弱脱氧工艺,避免形成大量的脆性夹杂 物,一般 帘线钢要 求 T O 3 0 X 1 0,T 0 0 0 5 。(2)可采用不同的连铸坯断面,大、小方坯均存 在中心偏析及中心疏松等缺陷,但大方坯在轧制过 程中收缩率较大,可弥散中心缺陷,另外,用均热炉 维普资讯 http:/ 第 1期 黄禹明:攀钢方坯连铸工艺生产帘线钢的可行性 5 3 还可进一步降低碳偏析,这些优势是小方坯无法相 比的。而小方坯没有中间轧制和均热炉加热工序,所以具有较明显的成本优势。因此,从国内外生产 实践来看,碳含量 0 8 以下的帘线钢可 以采用小 方坯连铸,碳含量 0 8
13、 以上则一般采用大方坯连 铸,达到较好控制碳偏析的目的。另外,为了减少帘线钢铸坯内部缺陷,国内外许 多厂家在连铸过程中采取低过热度浇注、电磁搅拌、轻压下、强制冷却等工艺,这些技术已取得了不同程 度的进步。2 帘线钢质量控制 钢帘线被誉为钢铁产品中“皇冠上的明珠”,它 对夹杂物,尤其是氧化物夹杂的要求非常严格,氮含 量也要尽可能低,对夹杂物的大小、形状可变性也提 出了较高要求,要求铸坯中 A l2 o 3 夹杂和不变形夹 杂尽可能少,以避免冷拔时产生脆断,另外要尽量减 少铸坯的中心偏析和中心疏松,防止冷拔加工时出 现杯状断裂。2 1 帘线钢成分控制 除按表 1 控制化学成分外,目前还普遍通过铅
14、淬火工艺提高帘线钢的抗拉强度。合金元素 c、v、c r 对提高钢丝铅淬火态抗拉强度的效果显著,其中 V在钢中是以 V C或 V N的形式存在,这些化合物对 超高强度钢丝的拉拔不利,可采用在传统的帘线钢(0 8 2 C左右)化学成分基础上提高碳含量并添加 适量 c r 的方法。研究表明,含碳 0 9 2 的 C r 钢丝 铅淬火态抗拉强度最高,含碳 0 8 2 钢丝的铅淬火 态抗拉强度最低 10,1 1 3。配合 L F炉,用 R H对钢水进行轻处理,具有脱 气(H、0、N)和降低夹杂物含量的功能。武钢一炼钢 实践表明,降低钢中 H、0、N能减轻铸坯表面裂纹倾 向。该厂采用 V D处理,在 6
15、7 P a 真空度下保持 1 5 m _i n后,达到 H :(0 9 1 9)1 0,N :(2 5 4 0)1 0 6 B J。此外,在防止钢水增 N方面,通过保护浇铸(采 用长水 口、中间包加覆盖剂、浸入式水口和结晶器保 护渣),可使中间包钢水吸 N3 1 0,中间包至结 晶器吸 N1 5 1 0 的较好效果,目前各先进厂正 探索零吸 N的保护效果。武钢一炼钢生产帘线钢 时,采用严格的保护浇铸,取得了增 N仅(0 3)1 0,平均 1 8 1 0 的效果【8 3。2 2 帘线钢洁净度控制 由于钢帘线用成品钢丝的丝径一般都在 0 3 rn ll l 以下,钢中尺寸大于 5 的硬性夹杂(主要
16、是 o 3)数量较 多时,拉拔过程中的断丝率将很 高。因此,为减少夹杂物和改变其形态,降低钢丝脆断 率,帘线钢必须采用二次精炼。目前,国内有的企业 未采用二次精炼,致使钢中的氧含量较高,夹杂物较 多,这是引起捻制过程中脆断的一个主要原因。国外帘线钢主要采用 L F或 L F+R H法进行精 炼,同时向钢包喂 S i c a线对夹杂物进行变性 处 理。在具体的作法上,转炉出钢时尽量控制下渣量,或者是在出完钢后扒去钢包内的转炉渣,再加入精 炼渣。研究表明【l。,L F与 R H配合使用能有效 脱 s,降低钢中氧含量,使夹杂物转变为液相、易聚合上 浮的钙铝酸盐。经过钢包炉处理 的钢液,杂质元素 含量
17、和夹杂水平均有明显改善,能生产i S 0 0 0 0 7 一0 0 0 3,T O 0 0 0 1 3 一 0 0 0 1 7,夹杂物 0 1 0 级的洁净钢。德国 S a a r s t a h l 公司冶炼帘线钢时,选用低、低 T i 含量的炼钢原辅料,以及通过炉外精炼工艺减少 夹杂物含量和进行夹杂物变性处理,使钢中脆性夹 杂氧化物、氮化物、钛化物含量尽可能低。铁水经 1 6 0 1 7 0 t 鱼雷罐车运至炼钢厂,在 1 4 0 t 铁水包进 行脱 S 预处理,外加 1 5 一2 0 返回废钢组成炼钢 原料,钢质纯净。在 1 6 5 t 顶底复吹转 炉内进行吹 炼,氧气流量 5 0 06
18、 5 0 m 3 re _ in。转炉底有 l O个直 径 4 n l m的孔,吹氩气量为 0 0 1 5 0 5 m 3 (t m in)。氧枪的位置、吹氧速度和底吹 A r 气量均由声控仪或 废气成分分析仪实现自动控制。炉外精炼采用 R H,最大真空度为 5 0 P a,2 台 T N喷粉装置,其中一台用 于喷吹 C a C粉和 C a S i 粉。成分微调和加入冷料 由 送风站完成。此外还配有双线喂丝机喂 C a S i 线和 c a 线,这些工艺技术是保证钢帘线专用线材纯净度 必不可少的前提【1。夹杂物中 0 3 含量与钢 中不变形夹杂物指数 的关系如图 1 所示,可以看出,夹杂物中
19、A l 2 o 3 的含 量控制在 2 0 左 右时,钢 中不变形夹杂物指数最 低。又由图 2 可知,熔渣中 A I2 0 3 含量越高,夹杂物 中 A 12 0 3 含量也越高,将渣中 A l2 o 3 控制在约 8,能 将夹杂中 A l 2 0 3 含量控制在 2 0 左右的适 当水平。武钢一炼钢为了控制帘线钢 中夹杂物,采用弱脱氧 工艺,避免形成大量的脆性A l 2 0 3 夹杂;同时配合适 维普资讯 http:/ 5 4 钢 铁 钒 钛 2 O 0 4年第 2 5卷 谣 图 1 硬性夹杂物与夹杂物中()3 含量的关系 F i g 1 Re l a t i o n o f h a r d
20、 i n c l u s i o n s a n d A h 0 3 c o n t e n t i n t h e i n c l u s i o n s 、豳 加 0 哥 礤 1;2 5,柱状晶发达产生中心 偏析;T 1 5 cI=,中心等轴晶区扩大,中心偏析明显 减轻;AT 0 7 0 时中心等轴晶达 到 1 5 3 5;铸坯 中心宏观疏 松分散,偏析减少。2 3 3 轻压下技术 为补偿铸坯最后凝固时的收缩,防止粘稠钢液 的流动,采用轻压下技术,以避免中心偏析和中心疏 松的发生。韩国浦项公司炼钢厂在大方坯上采用 4 对轻压下辊,最大压下量 4 m ln,明显改善了铸坯中 心的偏析。法国
21、S o n a c 公司大方坯拉速为 0 7 0 1 1 0 m ra in时,在 4 m长区域,压下量在 01 2 m l n 之间调节,铸坯中心碳偏析指数 由 1 1 51 3降到 1 1 1 2。另外,连铸 时采用连锻 工艺,即在凝固 末 端对铸坯进行大压下量锻造,能基本消除中心偏析,获得良好的内部质量u 引。3 攀钢方坯连铸工艺生产帘线钢分析 3 1 具有的优势 攀钢大方坯连铸工艺具有与神户钢铁公司相似 的冶炼工艺流程,即:铁水预处理一转炉(顶底复吹)一L 卜 R 王 _+c c的工艺模式,精炼、连铸的装备在国 内处于先进水平,具备了生产帘线钢的基本条件,在 国内也具有一定的优势,同时
22、 国内 目前帘线钢很大 一部分需要进 口。因此,攀钢可以考虑参考鞍钢的 经验,从开发普通 强度 的帘线钢开始,待技术成熟 后,再进一步开发高质量要求的帘线钢品种。攀钢 开发帘线钢具有以下优势。(1)采用铁水预处理一转炉顶底复吹一炉外精 炼(L F+R H)一大方坯连铸工艺生产帘线钢,成本 低、质量好,尤其是 N、T i 等杂质元素含量低,具有一 定的市场竞争优势。(2)攀钢已经打通了增碳法冶炼重轨钢及其它 高碳钢的工艺流程,能基本解决攀钢半钢炼钢热源 不足的技术难题,为帘线钢的冶炼打下了基础。(3)攀钢方坯连铸机配备有结晶器电磁搅拌和 轻压下装置,为减轻帘线钢 中心偏析和中心疏松提 供了良好的
23、保证。(4)攀钢生产实践表明,对一些杂质元素和有害 元素的控制可达到较好水平。如 目前已能将 s n 稳 定地控制在 0 0 0 3 以内,s b能控制在 0 0 0 5 左 右,H能控制在 1 5 X 1 0 以内的较高水平,对保证 帘线钢的质量都非常有利。另外,经过近年来的技 术攻 关,铁 水 预 处理 已能 稳 定地将 铁水 硫 脱至 0 0 1 0 以下,有利于控制成品钢 S 含量。3 2 存在的问题 除上述优势之外,攀钢要采用方坯连铸工艺生 产帘线钢也存在如下主要问题。(1)攀钢铁水含磷量较高、波动范围大,必将使 转炉终点磷含量产生波动,影响帘线钢的质量。因 此,攀钢需要开发一系列磷
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