高强钢炼钢生产的工艺研究与应用丁中刁承民张海民刘国刘建伟（济南钢铁集团公司炼钢厂，济南 250101）摘 要 本文研究了高强钢的生产工艺路线和关键控制因素，以及对操作进行的优化和改进。

同时对生产过程的控制参数进行了研究和分析，优化了生产工艺流程，实现了低合金高强钢单线稳定、批量生产的目的。

关键词 高强钢夹杂物软吹氩脱氢The Studies and Applications of High Strength Steel inthe Steelmaking PlantDing Zhong Diao Chengmin Zhang Haimin Liu Guo Liu Jianwei(Steelmaking Plant of Jinan Iron and Steel Group Corp, Jinan, 250101)Abstract The article introduced the high strength steel production process , key controlling factor , optimized and ameliorated of the operation. And studied and analyzed the parameters process controlling, optimizing the routing, realizing to producting stabile and in a large scale the high strength steel.Key words high strength steel, inclusion, soft bubbling, dehydrogenation随着社会经济的发展，工程机械和煤机行业用高强钢向着高参数化、轻量化、大型化的方向发展，因此提高低合金产品强度和质量是钢铁企业发展的趋势，也是提高市场竞争力的必要手段。

济钢210t转炉作业区充分利用现有装备的有利条件，在低合金高强钢的生产过程中通过工艺优化和技术改进获得了丰富的生产经验，并掌握了高强钢生产的关键技术，完善了设备的冶金功能，逐步实现了一系列低合金高强度钢批量生产的能力。

1 生产工艺1.1生产设备状况简介济钢炼钢厂210t转炉作业区于2009年12月26日建成投产，现有KR铁水脱硫、210t转炉、LF精炼炉、RH精炼炉各一座、DANIELI板坯连铸机一台，主要生产250mm厚度的铸坯，钢种包含船板钢、高强度钢、容器钢、管线钢以及其他一些特殊用钢，年产量150万吨左右。

目前该区域已经实现了100%钢水精炼处理工艺，其中RH处理比率平均达到58%左右1.2低合金高强钢的生产工艺根据低合金高强度钢的轧制以及用户使用要求，实际生产中制定了相应的工艺路线，按照KR-转炉-LF-RH-CCM的生产工艺路线进行生产。

丁中，男，本科，工程师，从事炼钢、炉外精炼技术研究和管理工作，tinsion8888@高强钢炼钢生产的工艺研究与应用2 生产实践及数据分析由于低合金高强钢要求有较高的强度和韧性，因此要求钢水的纯净度高，夹杂物含量低，铸坯的表面质量和内部质量良好。

因此需要对钢水中的P、S、N、O、H等有害元素及夹杂物进行合理控制，从而达到产品性能和用户的要求。

低合金高强钢的化学成分见表1。

表1低合金高强钢的化学成分(%)C Si Mn P S Alt Bt0.05～0.09 0.15～0.30 1.58～-1.70 ≤0.015 ≤0.010 0.020～0.050 0.0010～0.0020Ti Nb V Cr Mo Ni0.010～0.030 0.050～0.060 0.035～0.045 0.10～0.30 0.10～0.18 0.015～0.0252.1S的控制该钢种生产时要求入炉铁水经过KR铁水预处理，铁水的硫含量控制在0.010%以下，并要求KR处理前、后进行扒渣确保处理过程中脱硫效果好以及避免将脱硫产物带入转炉。

同时全部采用 C 类(板边、废坯等)废钢冶炼，不使用铁块。

另外，严格控制冶炼过程使用的石灰以及其他原料中的S含量。

虽然进行了严格控制，但转炉冶炼终点平均的S含量在0.135%，增硫情况比较明显，说明石灰和原料中硫含不稳定，有一定的波动，其中量还是比较高。

为了进一步进行深脱硫，通过转炉出钢过程钢渣改质以及LF造渣白渣脱硫处理。

首先在合金加入后加入顶渣起到钢渣的初步改质，提高钢渣的碱度，提前化渣为LF精炼造渣创造良好的条件。

同时在出钢结束后，向钢渣表面加入一定量的脱硫促进剂，主要起到钢渣脱氧和调整钢渣成分的作用。

其次，钢水到站后先进钢渣搅拌，然后根据钢渣脱氧情况加入少量的Al粒在钢渣界面进一步脱除渣中的氧含量。

然后根据到站S含量再加入300～500kg石灰进行第二次造渣，主要为脱硫创造良好还原渣和高碱度渣。

然后通过大流量Ar搅拌保证钢渣充分接触，吹氩流量600～1000L/min，时间4～8min。

实践表明，钢渣成分在合适的范围可以得到最大的脱图1 脱硫与钢渣氧含量的关系硫率，其中影响较大的主要是钢渣的氧含量（图1），其次是钢渣的碱度，而钢渣的Al2O3含量达到一定程度后对于脱硫的影响较小。

同时，发现在生产出现异常情况由于LF处理周期延长也会对脱硫产生一定的影响（图2）。

图2 脱硫与精炼时间的关系通过以上措施高强钢成品的平均硫含量可以控制在0.0018%（图3），基本在20ppm以下，通过对比处理前后钢水的S含量可以看出，钢水出钢后精炼过程脱硫率在90%左右，完全能满足目前钢水脱硫的要求。

第八届（2011）中国钢铁年会论文集图3 高强钢成品S含量2.2P的控制从转炉终点P控制的情况来看，关键通过过程温度的合理控制，并降低终点温度，适当采用高碱度大渣量的办法，出钢P含量平均控制在0.0086%（图4），能满足高强钢成分要求，但从成品P含量的控制来看，平均P含量在0.0102%，最高0.0145%，已经接近成分要求的上线，说明转炉终点P控制上还有一定的波动。

同时从回P的情况看虽然平均回P量很低，但最大回P量已经达到0.0067%，说明出钢过程转炉下渣量的控制有一定的波动，但可以满足该钢种的基本要求。

图4 钢水P控制情况2.3N的控制由于高强钢合金加入量较大，经过的生产工序较多，因此给钢水处理过程N的控制带来了一定的难度，而且波动较大，不稳定。

现场统计数据表明（见表2）：最容易增氮的环节主要是转炉出钢过程，其次主要在钢水的精炼处理过程以及浇注过程的增氮比较明显。

因此要减少钢水初始的氮含量需要在出钢工艺个环节进行把握和控制，其次在精炼处理过程中减少或避免增氮环节的影响，同时搞好钢水浇注过程中的保护浇注。

转炉生产过程中，发现钢水二次吹炼的炉次、出钢散流、二次合金投入的炉次增氮量相对较大，同时终点氧量稍高的炉次增氮量也较少。

在LF处理过程中，通过取样分析比较，发现增氮主要发生在造渣阶段，当造渣时间长成渣晚时，钢渣埋弧效果差，加热和吹氩过程中容易导致钢液裸露，导致增氮。

因此LF精炼炉处理过程中尽可能的快速成渣，减少加热过程电弧埋弧不良导致的增氮，同时调整除尘风机的开度，确保钢包内为微正压状态（一般来说风机开度在35%左右就能满足），避免空气与钢水接触，从而有效的减少了LF 精炼过程的增氮了。

另外在RH处理过程中基本不增氮，当初始氮含量在40ppm以上后，RH精炼炉可适量的脱氮，但一般最高不会超过30%。

钢水上机浇注过程中除了中包第一炉、保护浇注不良等因素增氮量偏大以外，正常情况下增氮量在5ppm以下。

表2高强钢生产过程中各工序增氮情况(ppm)工序转炉出钢增氮 LF精炼增氮 RH精炼增氮 CCM浇注增氮成品平均氮含量5～15 0～10 0～3 0～10 422.4T[O]的控制研究表明，当 w (T[O]) ≤15 ×10-6时,可有效防止大于 50μm氧化物夹杂的出现[1]。

因此合理控制高强高强钢炼钢生产的工艺研究与应用钢的全氧含量是提高其强度和性能的重要手段，也是纯净钢生产的关键。

根据生产高强钢现场测定的自由氧含量与钢水中Als含量关系（图5）可以看到当钢水中Als含量在0.020%～0.030%时，图5 铝镇静钢中Als与自由氧的关系钢水中的自由氧含量可降低至2ppm左右，而实际上钢中的氧含量比该测量值高，此时分析的w (T[O])含量为(25～52)×10-6，主要由于钢中的大量氧化夹杂物，主要是Al2O3没有上浮存留在钢水中所致。

当LF精炼结束后，分析的w (T[O])含量为(20～30)×10-6说明有大部分的氧化夹杂物已经上浮去除，致使钢水中的w (T[O])含量显著降低。

然后通过RH真空处理，真空时间20min左右，真空结束后钢水中的w (T[O])含量为17~25×10-6，说明钢水经过RH处理后部分氧化夹杂物进一步上浮去除。

但RH处理过程中发现，随着RH 处理时间的延长，当处理时间超过20min后，钢水中的w (T[O])含量下降不明显，而且还有上升的趋势，这是由于在低真空下钢水的剧烈搅拌产生钢渣混卷便可向钢液中增氧，会发生如下反应[2]：:[Al ] + (SiO2 ) = (Al2O3 ) + [ Si ]。

为了进一步降低钢中的氧含量，RH处理结束进行喂钙处理使钢液中的夹杂物变性为铝酸钙夹杂物，降低钢中氧含量。

处理完后进行10～15min软吹氩促进夹杂物的上浮去除。

通过以上措施高强钢精炼后的氧含量平均控制在20ppm左右。

2.5H的控制图6 真空处理时间与钢水中[H]含量关系由于高强度钢焊接接头的氢致裂纹一直是人们关注的重要焊接性问题，随着钢强度级别的提高，如屈服强度超过590MPa的高强度钢，为避免焊接接头的抗氢致裂纹，对焊缝金属扩散氢含量的控制尤其重要[3]，因此需要进行适当的脱氢处理。

根据我厂210tRH真空脱气理论计算结果表明（图6），当真空度在2mbar 以下时，随着真空时间的延长钢水中的H含量会逐渐降低，到14min以后H含量可达到2ppm以下。

生产高强钢过程中，RH真空处理时间为18min以上，确保真空度在100Pa以下，处理终了测定的实际氢含量平均为1.2ppm，最低达到了0.9ppm。

同时由于进行了深脱氢处理，在夏季避免由于钢水H含量高引起的粘结报警现象。

第八届（2011）中国钢铁年会论文集2.6夹杂物的控制从取样的金相分析结果表明A+C≤1.0，对于高强钢来说由于钢水的硫含量实际都控制在0.005%以下，因此A类夹杂物几乎没有。

同时由于采用的先强后弱的脱氧方式，主要用Al脱氧，因此C类夹杂物也极少。

所以生产过程中主要控制了钢水中B类和D类夹杂物的数量和形态，从而提高其纯净度以及钢材的性能。