寶鋼:潔凈鋼技術助力高強度IF鋼生產

由于鋼種性能要求的不同，為滿足純凈度要求所須控制的因素也不同。對于IF鋼，為獲得成品鋼材的高延展性、優良的表面性能和深沖性能，要求鋼中碳、氮、氧含量盡可能低；為生產高強度、高韌性、優良的低溫性能、高抗氫斷裂能力的高質量管線鋼，則要求鋼中低硫、低磷，氮、氧、氫含量盡可能低，保持一定的Ca/S比。

寶鋼集團從20世紀90年代中期著手研究開發潔凈鋼生產技術，一方面開發純凈鋼相關單項技術，尋找控制鋼中磷、硫、氧、氮、碳、氫和非金屬夾雜物含量的主要環節和影響因素；另一方面，主要針對純凈度要求很高的鋼種（如IF鋼、管線鋼等），開展提高純凈度的研究，開發批量生產純凈鋼的生產和管理技術。

煉鋼裝備為潔凈鋼生產提供保障

一煉鋼1985年投產，設計年產量648.5萬噸，目前產能可達850萬噸；根據產品開發的需要，逐步新增、改造了一些工藝設備裝置，是寶鋼目前產量最高、品種最多的煉鋼生產線，主要品種有汽車板用鋼、管線鋼、船板鋼、塑模鋼、耐候鋼、鋼簾線鋼和高壓鍋爐管鋼等。二煉鋼1998年4月投產，為寶鋼三期建設項目，設計年產量288萬噸；2006年通過挖潛改造，新增1座轉爐、1臺RH爐、1座LF爐、1臺連鑄機，目前產能已達680萬噸，主要品種有電工鋼、鍍錫板、汽車用鋼、高強度鋼等。

潔凈鋼生產技術有效降低雜質含量

單元素控制。鐵水脫硫是一種較為經濟、有效的脫硫方法，工業生產中應用廣泛。目前，由于廢鋼質量波動大，廢鋼中的硫含量不穩定，往往造成轉爐冶煉過程中回硫嚴重，因此，對鐵水脫硫處理而言，減少入爐鐵水硫含量是關鍵。寶鋼鐵水脫硫采用混鐵車和鐵水包噴吹脫硫法，經過多年的實踐，這兩種方法均可使最低硫含量達到0.001%，為批量生產低硫鋼創造了條件。為了提高鐵水脫硫效率，寶鋼設置了混鐵車前、后扒渣工位，減少了鐵水包內的渣量，抑制了回硫現象的發生。目前轉爐產線使用的鐵水脫硫比例達到了100%，處理后鐵水硫含量平均值為0.004%。

轉爐的脫硫能力有限，特別在鐵水原始硫含量很低的情況下，由于入爐的石灰、廢鋼等原料硫含量較高，往往發生轉爐過程回硫現象。因此，要穩定生產硫含量小于0.003%的鋼種時，除了控制鐵水硫含量之外，還須對鋼水進行脫硫處理。寶鋼目前采用的鋼水深脫硫工藝主要有兩種：一是RH脫硫方式，開發了高效CaO-CaF2系脫硫劑，通過RH合金溜槽將脫硫劑加入真空室；脫硫處理的爐次須控制轉爐下渣量，并對鋼包頂渣進行改質處理，使其具有高堿度和低FeO含量。二是LF爐深脫硫方式，開發了鈣鋁系合成渣劑，優化了渣脫氧制度和鋼包底吹氬模式；對于深脫硫鋼，為強化渣鋼界面的脫硫反應，采用強攪拌方式。

鋼中磷含量過高，在凝固時會產生嚴重的偏析而導致產品脆裂。對于高級管線鋼，特別是抗HIC（氫致裂紋）管線鋼須將磷降至0.010%以下，而對于在極寒冷地區使用的管線鋼，為防止冷脆，甚至要將鋼中磷含量控制在0.005%以下。寶鋼為滿足不同鋼種需要相繼開發了5種不同脫磷工藝：一是鐵水“三脫”+轉爐小渣量（渣量指數為0.3），轉爐終點平均磷含量為0.012%；二是鐵水脫硫＋轉爐大渣量（渣量指數為1.0），轉爐終點平均磷含量為0.010%；三是鐵水“三脫”＋轉爐大渣量（渣量指數為1.0），轉爐終點平均磷含量為0.0066%；四是轉爐預處理脫磷＋脫碳轉爐中渣量（渣量指數為0.6），轉爐終點平均磷含量達到0.0058%；五是轉爐預處理脫磷＋脫碳轉爐大渣量（渣量指數為1.0），轉爐終點平均磷含量達到0.0035%。由此可見，后三種工藝均為生產超低磷鋼的有效工藝，尤其第五種工藝生產的高級管線鋼成品磷含量為0.0063%，CPK值（制程能力指數）達到1.33，過程控制穩定。

鋼中氧含量過高，則角狀夾雜物和宏觀夾雜物增加，易于發生脆性斷裂，而且非金屬夾雜物含量過多也會影響鋼的表面質量。寶鋼針對IF鋼開展了一系列旨在降低全氧含量、減少夾雜物、防止卷渣的研究，在生產中采用的措施包括：采用擋渣出鋼，要求使鋼包渣層厚度≤70mm；進行鋼包渣改質，出鋼時向鋼包表面加入改質劑，降低渣的氧化性；控制RH爐中[O]濃度和純脫氣時間；采用中間包純凈化技術；為防止結晶器保護渣卷入，采用不易卷入的高黏度保護渣；連鑄操作方面，保持適量的Ar氣吹入量，維持結晶器液面穩定。

鋼中氮含量對冷軋板深沖性能影響極大，為使冷軋板保持良好的加工性能，鋼中氮含量應盡可能降低；鋼中氮含量過高將導致時效硬化、硬度增大，延展性變差。一般來說，因為RH脫氮能力有限，特別在低氮范圍（氮在5×10-5以下），脫氮反應幾乎中止。因此，降低轉爐吹煉終點氮含量和避免鋼液增氮是獲得低氮鋼水的主要措施。

寶鋼轉爐低氮冶煉從控制入爐原料和優化吹煉工藝兩個方面入手，開發了轉爐低氮吹煉模式，其措施包括控制鐵水氮含量和入爐鐵水比，優化轉爐造渣和吹煉制度等。在采用轉爐低氮吹煉模式后，停吹氮可控制在15×10-6以下。

為防止鋼水增氮，寶鋼除采用中間包覆蓋劑覆蓋鋼水外，在鋼包和中間包之間采用長水口，并在鋼包水口和長水口連接處采用氬氣和纖維體密封。采用上述措施后可使澆鑄過程中的增氮量控制在1.5×10-6以內。通過上述措施，目前，寶鋼大批量生產的IF鋼成品氮含量為15.1×10-6，CPK值達到1.41。

對于IF鋼中碳的控制，從2006年開始，寶鋼大批量生產的IF鋼碳含量平均值低于15×10-6；2009年以后，IF鋼碳含量平均值均在13×10-6以下；目前IF鋼碳含量平均值為12.7×10-6，其中極低碳IF鋼平均碳含量達到8.8×10-6，基本保持穩定。

殘余元素控制。鋼中雜質元素一般指S、P、N、H、O，鋼中微量元素（Pb、As、Sb、Bi、Cu、Sn等）也包括在雜質元素之列，煉鋼過程中上述微量元素難以去除。隨著廢鋼的不斷返回利用，這些微量元素在鋼中不斷富集，因而其有害作用日益突出。寶鋼通過廢鋼的管理和鐵水的合理使用，使鋼中的殘余元素含量得到了有效控制，目前寶鋼厚板鋼種殘余元素As、Sn、Sb平均含量分別為19.2×10-6、11.3×10-6、11.6×10-6；As和Sb的標準差在3×10-6以內，控制穩定，Sn的標準差為8.4×10-6，相對波動較大，這與目前家電和食品類廢鋼返回生產利用逐漸增多有關。