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1、济钢低碳低硅钢增硅原因分析及对策邵明天 孙风晓 徐学永 (济南钢铁股份有限公司第三炼钢厂，山东 济南 250101）摘要 通过对低碳低硅钢增硅问题进行分析，明确了在当前工艺条件下精炼脱 S 任务重、转炉下渣量大、精炼时间偏长是增硅的主要影响因素，并提出相应改进措施，Si合格率由83.3%提高到 91.8%，效果十分明显。关键词：低碳低硅钢；增硅；脱硫；回磷；精炼时间Analysis the reasons and insloutinons for increasing silicon of Jigang low carbon and low silicon steel gradeShao Mi
2、ng Tian Sun Feng Xiao Xu Xue Yong（No.3 Steelmaking Plant of Jinan Iron and Steel Co., Ltd., Jinan 250101,China）Abstract:. Through the analysis of the silicon content increasing, indicates that on the current condication desulphurization duty heavily、 too much slag form BOF and refining too long are
3、the main reasons of increasing silicon, and takes action for improvement, it achieves obvious effect to increases the rate of eligibility of Si from 83.3% to 91.8%.Key words: steelgrade of low carbon and low silicon; increasing silicon; desulphurization; adding phosphorus ;refining time1 前言济钢 ASP 生产
4、线于 2005 年 6 月投产，并于同年 8 月份开始冷轧原料用钢的研发工作，先后开发了 SPHC、SPHD 等钢种。该钢种的成功开发拓宽了济钢品种范围，增加了公司的经济效益，但在该类钢的生产过程中也暴露出一些问题，比较突出的问题之一为硅含量超标。本文对增硅问题进行研究分析，并提出了相应改进措施，取得了良好效果。2 现状及存在的问题本文以 SPHC 为例对增硅问题进行分析，该钢种化学成分要求如表 1：表 1：SPHC 化学成分成分 C Si Mn P S Als含量 % 0.06 0.04 0.12-0.30 0.020 0.020 0.015-0.060对 2007 年 6 月至 2008
5、年 2 月期间 4203 炉，共 61.8 万吨 SPHC 成分进行统计，硅含量大于 0.03%炉次占总炉次 16.7%，Si 的合格率仅为 83.3%，影响了济钢冷轧厂正常生产，降低了集团公司的经济效益。3 热力学条件及动力学条件分析3.1 增硅的热力学条件该钢种工艺路线为：铁水预处理转炉LF 精炼连铸机。一般情况下精炼过程温度处在 1580-1600之间，由氧势图可知在此温度区间FeO、P 2O5、MnO、SiO 2、Al 2O3化合物稳定性依次增强。因此在还原性气氛下FeO、P 2O5、MnO、SiO 2等不稳态化合物很容易被 Al 置换出来。由于其它元素对本钢种成分合格率无明显影响，故
6、本文只讨论 SiO2的反应问题，其化学反应式为：1/2Si+1/3（Al 2O3)=1/2(SiO2)+2/3AlG 0=111.23-0.0019T(kJ/mol)1590时：G 0=111.23-0.019(1590+273) =75.83(kJ/mol)01G 00,说明在此温度下反应向逆向进行,即向生成硅的方向进行。3.2 增硅的动力学条件根据双膜理论，液-液相的界面反应由三个环节组成，速率式分别如下：反应物向相界面扩散：J1=dn/d= 1（C -C* ）A界面化学反应：r=dn/d=k(C * -C平 )A生成物离开相界面扩散J2=dn/d= 2（C * -C ）A式中 ， 2分别
7、为、相内的传质系数J1反应物向相界面扩散速度r化学反应速率J2生成物离开相界面扩散速度C 溶液反应物浓度C* 相界面反应物浓度C* 相界面生成物浓度C 溶液生成物浓度k化学反应速率常数A相界面面积 2LF 精炼具有脱氧脱硫、调节成分温度、去除夹杂物等冶金功能，其中脱氧脱硫均靠钢包渣洗，在底吹氩强烈搅拌作用下，三个环节之间的界面面积均大大增加，为反应提供了良好的动力学条件，加快了(SiO 2)与Al的反应速度。由脱硅反应的热力学条件及动力学条件分析可知： LF 精炼过程是一个还原反应发生的过程，LF 脱硫时需要钢包底吹氩强烈搅拌，在还原性较强的情况下会发生增硅反应。LF 脱硫反应时强烈搅拌作用同
8、时也大大增加了增硅反应各环节的界面面积，加快了增硅反应速度。4 实际生产中增硅影响因素分析4.1 转炉终点控制转炉终点控制情况通常如表 2：表 2：转炉终点通常控制情况成分 %C Si Mn P S终点温度 终点 Oppm0.03-0050.003-0.0090.06-0.120.006-0.0180.008-0.0401620-1660600-900由表 2 知转炉终点氧含量普遍大于 600ppm；转炉终点硫含量不稳定，部分炉次大于内控要求，因此 LF 精炼脱氧脱硫任务较重。4.2 渣样跟踪分析生产过程对低碳低硅钢对渣样做跟踪分析，结果如表 3：表 3：SPHC 渣样分析结果工序 SiO2
9、CaO MgO Al2O3 FeO MnO P2O5终点 12.1 44 8.7 0.60 15.6 3.64 0.53出钢后 8.0 61 7.2 22.0 3.3 2.35 0.051精炼后 7.3 53 6.6 24.6 1.4 0.53 0.004由表 3 知从转炉终点一直到精炼末期，渣中 FeO、P 2O5、MnO、SiO 2含量呈下降趋势，Al 2O3呈上升趋势。精炼末期 FeO、P 2O5、MnO 基本被还原完毕，SiO 2也有一定程度的降低。转炉终点 FeO+MnO 含量之和为 19.24%，精炼之后降为1.93%，SiO2 含量也从精炼前的 8.0%下降到 7.3%。这表明精
10、炼后炉渣已经从转炉终点时的强氧化性转变为精炼后的较强还原性，并且精炼过程中增硅反应同时发生。4.3 回 P 量与增 Si 量的关系转炉渣中含有大量的 SiO2，下渣量的大小也就决定了 SiO2来源的多少。根据生产经验以回 P 量评价下渣量的大小，统计分析了增硅量与回 P 量的关系如图 2 示：增硅量随回 P 量的增加而增加。据统计因转炉下渣量大导致硅含量超标炉次占超标总数 10.6%。图 2：回 P 量与增 Si 量的对应关系4.4 脱 S 量与增 Si 量的关系实际生产中发现增 Si 量与脱 S 量有着明显的对应关系，具体如图 3 示。0.00450.00400.00350.00300.00
11、250.00200.00150.00100.0400.0350.0300.0250.0200.0150.010回 磷 量回硅量回 硅 量 与 回 磷 量 的 散 点 图0.0350.0300.0250.0200.0150.0100.0050.060.050.040.030.020.010.00脱 S量 %增Si量%增 Si量 与 脱 S量 的 散 点 图图 3：脱 S 量与增 Si 量的关系 分析认为：脱 S 反应的前提条件是脱氧充分，即 FeO、P 2O5、MnO 已基本被Al还原。脱 S 反应发生时渣中 SiO2与Al的反应也同时进行。又因为脱 S 过程是钢渣强烈混合的过程，钢渣混合时增大
12、了 SiO2与Al反应的界面面积，大大加快了Si的生成速度。据统计因 LF 精炼脱硫任务过重（精炼进站硫含量大于 0.025%）占超标总炉数的 81.1% 。 4.5 增硅量与精炼时间的关系文献 3指出：Si-Al反应平衡时的硅含量在 1.00%左右，远远大于钢种上限要求，所以该反应达不到平衡，一直会向增硅方向进行。济钢三炼钢攻关初期的实际生产数据也证实了这一点。精炼时间与增硅量的对应关系如图 4 所示：随着精炼时间的延长，增硅量也逐渐变大。因精炼时间过长导致硅含量超标炉次占超标总数 5%左右。增 硅 量 与 精 炼 时 间 的 对 应 关 系00.010.020.030.040.050.06
13、0.070 20 40 60 80 100精 炼 时 间 /minSi/% 炉 次 B炉 次 A图 4：精炼时间与增 Si 量的关系以上分析表明在当前工艺条件下生产低碳低硅钢：（1）LF 精炼过程是一个还原反应发生的过程，发生增硅反应是不可避免的。 LF 脱 S 量越大说明炉渣还原性越强、钢包底吹氩搅拌强度越大，此时增硅反应速度也越快，在相同的时间内增硅量也越大。（2）下渣量越大，精炼渣中反应物 SiO2也越多，增硅的可能性也越大。（3）增硅量随精炼时间的延长而增大。综上所述，在 LF 精炼还原性气氛下，低碳低硅钢的增硅反应始终存在，要减少增硅量，只能从控制反应物数量、降低化学反应速度、缩短化
14、学反应时间等方面入手。生产实践表明：在 LF 精炼过程中，由于脱硫反应是在脱氧充分的条件下进行的，大量脱硫时精炼渣还原性强，再加上脱硫时对钢水进行强烈搅拌，钢渣充分接触，大大增加了界面面积，脱硫反应与增硅反应热力学条件及动力学条件基本相同，因此 LF 精炼大量脱硫是造成钢中增硅的主要影响因素。5 改进措施及效果根据分析结果采取以下措施控制低碳低硅钢的增硅量：（1）100%铁水预脱 S 处理，扒渣干净，转炉终点 S 含量控制在 0.020%以下，减轻 LF 精炼脱 S 压力，LF 精炼 S 含量脱至 0.012%即可，不再进一步深脱硫处理。配加合金及加热后不许强搅拌，底吹强度以渣面微微波动不裸露
15、钢水为宜。（2）改进挡渣机构，减少转炉下渣量，回 P 量控制在 0.002%以内。（3）合理安排生产节奏，精炼时间控制在 60 分钟以内，严禁精炼后期大强度搅拌钢水。（4）强化管理，制定详细考核标准，根据各工序 S 含量、转炉下渣回 P 量、精炼时间等判定责任并严肃考核，加强职工责任心。综合采取上述措施后，取得了良好效果，自 2008 年 9 月份起低碳低硅钢的硅含量月平均合格率由攻关前的 83.3%提高到了 91.8%以上。6 结语济钢第三炼钢厂在冷轧用料低碳低硅钢开发初期硅含量合格率仅为83.3%， 分析发现 LF 精炼脱硫量大是造成 Si 含量超标的主要原因；另外，转炉下渣大、精炼时间长
16、对钢水增硅也有较大影响。在生产中通过铁水预脱硫处理，转炉终点硫含量控制在 0.020%以下减轻 LF 精炼脱硫压力，优化挡渣效果，控制精炼时间在 60 分钟以内等措施减少钢水增硅，硅含量合格率达到 91.8%以上，增强了冷轧料供应能力，大大提高了集团公司的经济效益。目前济钢第三炼钢厂低碳低硅钢实际生产中还存在因铁水供应不足导致个别时候无法铁水预脱硫处理、废钢、石灰质量波动、生产节奏不均衡，以及操作水平等各方面的问题，需要继续优化改进，进一步提高冷轧料成分合格率。参考文献:1 陈家祥.钢铁冶金学（炼钢部分）M.北京:冶金工业出版社，1990：45-512 黄希祜.钢铁冶金原理M.北京:冶金工业出版社，1990：244-2453 王凤珍等.低碳铝镇静钢增硅问题探讨J.河北冶金:2003， （2）：14-14
