周 偉，趙梓云，武 劍，任 濤，費運通

（日照鋼鐵控股集團有限公司，山東 日照 276806）

日照鋼鐵控股集團有限公司（以下簡稱日鋼）連鑄產線含鈦鋼種主要應用在汽車鋼、耐候鋼等鋼種生產中，隨著汽車鋼、耐候鋼的開發(fā)和冶煉技術成熟，其產量由最初的幾千噸上升到目前每月十幾萬噸，其他含鈦鋼種的產量也在逐步提高，且隨著產品的開發(fā)及升級，含鈦鋼種的種類及產量都不斷在刷新，目前鋼水加鈦合金主要在LF爐進行，LF冶煉過程加鈦合金存在收得率偏低、鋼水Ti不穩(wěn)定情況，成品鈦含量多次出現超出分廠內控，直接影響品種鋼的性能，通過工藝攻關和改進，不斷優(yōu)化冶煉工藝過程，最終使鋼水Ti穩(wěn)定控制，本文著重研究高強度汽車大梁鋼（RE700L）與耐候鋼（SPA-H）的精煉鈦控制工藝及優(yōu)化。

1 鈦元素的元素特性

鈦元素位于元素周期表中ⅣB族,對于鈦含量較高的鋼種，軋制中形變誘導析出的TiC可通過阻止奧氏體晶粒長大而細化鐵素體晶粒，而冷卻和卷曲過程中析出的TiC具有較強的沉淀強化作用[1]。鈦元素金屬活動性強于硅、鋁，其單質熔點（1 660±10）℃，70Ti鈦鐵熔點為1 580℃左右，在鋼水冶煉中算高熔點的合金物料，而且其具有極活潑的元素性質易被氧化，所以Ti鐵在精煉過程的添加工藝與普通合金區(qū)別較大。

2 影響鋼水鈦元素收得率因素分析

2.1 鋼水溫度與鈦元素收得率關系

日鋼生產高強度汽車大梁鋼（RE700L）與耐候鋼（SPA-H）所使用鈦合金為70鈦鐵，70鈦鐵熔點為1 580℃左右，而汽車鋼、耐候鋼因液相線比較低，例如耐候液相線溫度1 521℃，澆鑄溫度在1 535～1 545℃，精煉過程溫度一般不超過1 600℃，統(tǒng)計不同溫度下鈦合金加入情況如表1。

表1 鋼水不同溫度加鈦合金結坨情況

通過統(tǒng)計可以看出溫度對鈦鐵合金收得率影響較大，鋼水溫度大于1 580℃鈦鐵合金不易結坨，有助于鈦鐵收得率的提高，因此選擇合適的鈦鐵加入時機至關重要。

2.2 鋼水中鋁元素與鈦元素收得率關系

由于Ti元素極活潑的金屬元素特性，極易被鋼水中的[O]所氧化，而鋼中Als的含量能側面反應鋼中[O]的含量，統(tǒng)計鋼水Als與Ti含量關系（見圖1）。

圖1 鋼水w（Als）與鋼水中w（Ti）關系

同等量的鈦鐵加入鋼水時，Als含量越高鋼水中Ti越高，Ti的收得率越高。通過統(tǒng)計發(fā)現鋼水w（Als）≥0.030%，Ti回收率73.8%；w（Als）≤0.025%，Ti回收率只有67.75%。其主要原因為當鋼中w（Als）＜0.030%時鋼中平衡[O]含量較高，且加入鈦鐵后需要鋼水大氬氣攪拌，鋼水易吸氧造成鋼中Ti元素氧化，若提高鋼中Als含量可有效防止Ti的氧化。

2.3 鋼水中氮元素與鈦元素收得率的關系

由于Ti元素活潑的化學性質，其與鋼中[N]元素的親和能力很強。在高溫下，Ti與N結合形成穩(wěn)定的TiN第二相粒子[3]。影響Ti的收得率。

鋼水增氮嚴重，鋼中[N]與Ti發(fā)生反應，生成TiN，統(tǒng)計前期耐候鋼（SPA-H）鋼水[N]不同時將w（Ti）配至0.035%對應加入鈦鐵量如表2所示。

表2 鋼水不同氮含量加鈦鐵量

對于不同鋼水氮含量，按照同一目標加鈦，[N]含量較高爐次，鈦鐵消耗明顯增加。LF鋼水精煉過程需控制增氮。

2.4 爐渣與鈦元素收得率關系

在LF爐精煉過程中，造白渣工藝的控制是極為關鍵的，直接關系到LF爐還原精煉的效果[2]。而精煉爐渣氧化性是衡量精煉爐渣脫氧情況的一項重要指標，爐渣脫氧不完全，鈦元素與渣中氧反應，對鈦鐵收得率影響很大，統(tǒng)計加鈦前后爐渣數據如表3、表4，加鈦前爐渣中w（TiO2）平均為0.61%，加鈦后w（TiO2）達到1.93%，爐渣氧化性越高Ti的氧化越嚴重，在w（FeO+MnO）≤1%時爐渣氧化性較弱，對鈦元素收得率較好。

表3 加鈦前渣樣數據

表4 加鈦后渣樣數據

3 精煉過程鈦控制工藝優(yōu)化

根據影響鋼水鈦元素收得率因素，對精煉鈦控制工藝進行優(yōu)化。

3.1 耐候鋼等低鈦鋼種控鈦工藝優(yōu)化

以耐候鋼為例的低鈦品種鋼中鈦元素含量一般在0.025%～0.045%左右，因其鈦含量不高，合金添加量較小，采用BOF-LF-CC單聯(lián)工藝，LF精煉過程中要求鈦鐵在最后一次脫硫大攪后加入，加入后攪拌2～3min，并送電1min以上，保證合金充分熔化，對于耐候鋼等液相線較低鋼種，加鈦前溫度控制≥1580℃；對于低硅含鈦鋼等液相線較高鋼種，加Ti前溫度控制≥1 595℃；加鈦前控制爐渣w（FeO+MnO）≤1%，保證爐渣脫氧完全；加鈦時控制鋼中w（Als）介于0.030%～0.040%之間；通過調整精煉冶煉過程除塵開度，保持爐蓋除塵微正壓狀態(tài)，防止鋼水吸氮，目前耐候鋼鈦收得率穩(wěn)定在73%，鈦含量合格率達100%。

3.2 高強度汽車大梁鋼控鈦工藝優(yōu)化

汽車大梁鋼（RE700L）成分如表5所示。

表5 汽車大梁鋼成分

因汽車大梁鋼特殊的性能要求，鈦含量較高，在0.100%～0.120%之間，且對鋼水氮含量及純凈度要求較高，采用BOF-LF-RH-CC雙聯(lián)工藝，由于加入鈦合金量較大，考慮兩種鈦合金加入方案，方案一LF精煉冶煉終點加入部分鈦合金，RH精煉補足剩余鈦合金至滿足鋼水鈦成分要求；方案二LF精煉不加鈦合金，RH精煉將鈦合金補足至滿足鋼水鈦成分要求。汽車大梁鋼w（Ti）目標控制為0.110%合金加入量及鈦合金收得率統(tǒng)計如表6。

表6 兩種鈦合金加入方案對比

由于RH真空處理大部分反應發(fā)生在真空室中，僅有少量爐渣參與，且鋼水循環(huán)處理過程中處于真空狀態(tài)，不僅有利于鋼水脫氮，而且?guī)缀鯖]有空氣吸氧對鈦燒損，同時為滿足RH真空循環(huán)過程，RH爐鋼水到站溫度一般大于1 600℃，真空循環(huán)過程中溫度通常大于1 580℃，可完全解決鈦鐵合金結坨情況，通過控制鋼液中鋁含量優(yōu)化過程操作，真空室第一次使用鈦收得率可達93%，真空室連續(xù)使用時鈦鐵收得率可穩(wěn)定在98%，相較LF爐單聯(lián)法鈦鐵收得率提高20%～25%。

4 結語

通過對耐候鋼（SPA-H）、汽車大梁鋼（RE700L）等鋼種的鈦控制工藝優(yōu)化，不僅大大提高了鈦合金收得率，而且穩(wěn)定了耐候鋼、大梁鋼等品種鋼成分控制，對連鑄品種鋼提質增量奠定了良好基礎，隨著汽車鋼等品種鋼種類和數量的不斷提升，控鈦工藝優(yōu)化所帶來的效益優(yōu)勢與鋼材性能穩(wěn)定優(yōu)勢將更加凸顯。