马钢硬线钢硫含量控制的生产实践

硫在钢中主要以硫化物(Mn、Fe)S的形式存在，能够降低钢的韧性，对钢材的热加工性能、焊接性能、抗腐蚀性能均有一定影响，并显著降低钢材的抗氢致裂纹(HIC)的能力[1]。硫化锰夹杂是钢基体点腐蚀的发源地，钢的氢脆也与钢中硫化物夹杂密切相关。因此，最大限度地降低钢中硫含量对钢材的加工性能和使用性能具有重要意义。目前，铁水预处理、转炉终点控制、以及丰富的炉外精炼手段，可以实现对钢中硫元素的有效控制，国内某些钢厂的高级管线钢、深冲钢、IF钢中的硫含量w(S)为控制在8×10-6以下[2]。但由于各厂的原料水平、生产工艺流程、设备条件以及钢种自身对硫含量的要求不同，故而依照各厂自身特点进行钢中硫的有效控制具有重要意义。

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依据工艺要求，马钢生产低硫高碳硬线钢，LF造酸性渣不具备脱硫能力，通过铁水预处理深脱硫，转炉炼钢严格控制回硫，达到成品钢中硫质量分数满足小于0.015%的要求。本文重点介绍铁水预处理脱硫和转炉回硫的控制实现低硫高碳硬线钢的稳定生产情况。

1 生产工艺流程

马钢70t转炉生产低硫高碳硬线钢的工艺流程为：铁水预处理-转炉炼钢-LF-方坯连铸。由于LF造酸性渣，不具备后序的脱硫能力，所以铁水预处理脱硫和转炉炼钢控制回硫是冶炼低硫高碳硬线钢的关键，其主要化学成分见表1：

表1 硬线钢主要化学成分 %

钢种CSiMnPS400．38～0．40450．43～0．45500．48～0．50550．53～0．550．19～0．230．53～0．57≤0．020≤0．015600．58～0．60650．63～0．65700．68～0．70

2 铁水预处理脱硫

铁水中硫的活度系数大，所以铁水预处理脱硫效果最好且成本低，在钢铁生产流程中，铁水预处理脱硫是生产低硫钢的重要环节。

本刊2016年第9期《应用空间向量与三角函数解题的一个范例》(以下简称文[1])一文中介绍了物理教师给同学们提出的一个传统光学问题:

经过铁水预处理脱硫，保证脱硫后铁水中w(S)﹤0.005%，脱硫后扒渣，亮面大于90%，铁水渣量小于100 kg。转炉冶炼主要用的造渣料为石灰、抢烧白云石、冷压球和铁矿石。废钢全部采用内部自循环优质低硫废钢，废钢比为21%(冶炼一般钢种炉废钢比为19%)，由于化渣剂铁矿石和冷压球中的含硫量较高，提高入炉废钢比，可以减少铁矿石的加入量(比冶炼一般钢种减少了约10 kg/t)。为保证终渣碱度及控制炉内渣量，铁水w(Si) ﹥0.60%时，进行造双渣冶炼操作。炉冶炼一般钢种终渣硫含量为0.11%，故冶炼一般钢种接着冶炼低硫高碳硬线钢时不留渣，重新造渣进行冶炼，连续生产时采用全留渣操作，留渣量一般控制在总渣量的1/3-1/2。

表2 马钢铁水成分和温度

成分(质量分数)CSiMnPS温度/℃4．2-4．60．3-0．80．2．-0．40．090-0．1400．20-0．401280-1360

表3 脱硫后铁水渣成分(质量分数) %

CaOSiO2MgOAl2O3MnOP2O5TFeS19．3227．461．6510．961．120．4428．551．8

来自铁水包铁水带渣量较大平均为0.8t，而鱼雷罐铁水的带渣量平均为0.4t，为了稳定脱硫率及减少扒渣铁损，安排鱼雷罐铁水进行铁水预处理。由表2可已看出，脱硫后铁水渣中的含硫量为1.8%，是冶炼低硫高碳硬线钢转炉终渣中硫含量(0.65%)的3.3倍，脱硫后铁水带渣量每增加50 kg，回硫量增加0.001%。所以预处理脱硫后尽量扒除脱硫渣是控制转炉回硫的一个重要措施。

各地密切结合城市防洪实际需求，合理安排，统筹兼顾，有条不紊地推进城市河道治理、堤防建设、山洪灾害防治、水库涵闸除险加固等工程建设，进一步夯实了城市防洪减灾的工程基础。例如，福建省在全省72个县市开展了城区防洪工程建设，累计完成投资37亿元，建成县级城区防洪堤1 019km，使全省有防洪任务的县级以上城市基本达到国家规定的设防标准。武汉市完成397km长江、汉江干堤和123km府河、举水连江支堤堤防整险加固；建成总长195.16km的中心城区防洪保护圈；将防洪工程与城市滨水环境建设融合，建成长30km的两江四岸江滩。

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3 转炉冶炼回硫控制

3.1 入炉原料的控制

铁水预处理脱硫工艺流程：高炉铁水-铁水脱硫扒渣-转炉铁水罐-扒渣-深脱硫-扒渣-转炉。铁水成分见表1，喷吹脱硫前，尽量扒除高炉铁水渣，扒渣亮面大于90%，然后喷吹镁粉和流态化石灰进行深脱硫，经处理后铁水中硫含量﹤0.005%，脱硫率87%以上。为保证扒渣效果，铁水渣中加入凝渣剂，脱硫扒渣后，亮面大于90%，扒渣铁损﹤13 kg/t。脱硫后铁水渣成分见表2。

3.2 吹炼过程控制

转炉冶炼采用高拉补吹两倒出钢模式，一倒钢液的平均硫含量为0.013%，终点的平均硫含量为0.012%，补吹一次的平均脱硫量为0.001%，因此，一倒钢液中硫含量反应了转炉控制回硫的水平，故而在吹炼的后期形成高温、高碱度、低氧化铁的脱硫有利条件是转炉脱硫的关键时期。经LF后，成品中平均硫含量为0.011%。生产各工序平均硫质量分数变化如图1所示。

3.3 转炉终点硫状况

对46炉终点钢水成分及终点渣成分的统计见表4和表5。

3.3.1 终点钢水及炉渣成分

表4 倒炉及终点钢水成分

项目一倒C/%一倒S/%一倒P/%一倒T/℃终点C/%终点S/%终点P/%终点T/℃均值0．220．0130．01616270．090．0120．0131643

表5 终点炉渣成分 %

项目CaOSiO2FeOMgOP2O5(S)RLs均值50．4613．1718．266．82．70．0653．830．54

研究表明[3]-[4]，冶炼低硫钢时，转炉熔池内存在明显的回硫现象。在冶炼初期炉内起渣后，造渣料及脱硫渣中的硫使熔池硫含量升高，冶炼中期废钢熔化后，炉内熔池的硫含量达到最高峰，吹炼中后期，随着炉渣碱度和熔池温度的升高，熔池中硫被最大限度的脱除。生产中造渣料采取的加入量和时机为：头批石灰加入总量的约4/5，轻烧白云石加入总量的约1/2，冷压球和矿石依据热平衡加入总量的约1/3。采用留渣操作，头批料适当加重，能够保证前期化好渣，为避出现后期加入的石灰未完全熔化的现象，剩余石灰在吹炼8min前加完。为控制较高的过程熔池温度，使废钢尽早熔化，以保证后期脱硫效率，并控制终点温度不过高以保证脱磷率，剩余冷料在吹炼的后期少量分批加入。吹炼过程抢位及流量的控制：前期采用中等枪位(1.5±0.1)m和高供氧强度(14000±2000)m3/h，加强熔池搅拌，促进化渣。炉内起渣后抢位调整到(1.3±0.1)m，供氧强度调整为(133000±2000)m3/h，吹炼中期，碳氧反应激烈，采用高枪位(1.7±0.1)m和中等供氧强度(135000±2000)m3/h，以缓解和避免炉渣返干；吹炼后期采用中等供氧强度并不断变化抢位保持炉内熔渣的活跃性，倒炉前1min及补吹阶段，采用低抢位(0.9±0.1)m和高供氧强度(14000±2000)m3/h，加强熔池搅拌，提高渣钢间反应的动力学条件。

3.3.2 转炉终点对硫分配比的影响

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从表6可以看出，铁水带入硫占总硫量的23.2%，废钢占19.5% ，造渣剂占25.1%，留渣量占17.6%，脱硫渣占14.6%。入炉铁水S≤0.005%，废钢带入的硫为0.004%，两者带入熔池中的硫含量为0.009%，造渣料和脱硫渣带入的硫大于炉渣脱除的硫，成为转炉回硫的重要原因，转炉的平均回硫量为0.007%。即使入炉的总硫量12.47 kg全部进入钢液，则钢液的硫含量为0.019%，以转炉正常脱硫率为30%，终点钢液的硫含量为0.013%，这与实际控制的终点平均硫含量为0.012%极为相符。由此可见，转炉回硫的控制核心为，一方面控制入炉的总硫含量，另一方面要增强转炉渣的脱硫能力，提高硫在渣钢间的分配比，促进硫进入渣中。

图1 各工序硫质量分数平均变化趋势

依据生产实际，转炉终渣碱度为3.5-4.0，终渣FeO﹤20%，终点温度为1630 ℃-1350 ℃的控制条件下，渣钢间硫的平均分配比Ls为5.4，依照目前的目前入炉原料的控制水平和转炉冶炼工艺生产可以满足低硫高碳硬线钢成品w(S)≤0.015%的要求。同时，由于入炉铁水磷含量较高，所以转炉在最大限度控制回硫的同时，兼顾较重的脱磷的任务。合适的终渣碱度及适当降低转炉出钢温度及进行留碳操作，一方面有利于终点磷的控制，另一方面有利于降低钢液中的氧含量，减少脱氧剂的用量，为获得高洁净度钢水提供了条件。

图2 Ls与转炉终点温度的关系

图3Ls与终渣碱度的关系

图4Ls与终渣FeO含量的关系

3.4 转炉终点硫的物料平衡分析

表6 吹炼终点硫的物料平衡

硫收入质量/Kg比例/%硫支出质量/Kg比例/%铁水2．8522．9钢水7．9264废钢2．419．2炉渣4．5536造渣料3．1425．2留渣2．2818．3脱硫渣1．814．4总计12．47100总计12．47100

钢渣间脱硫是吸热反应[5]，高温有利于脱硫，其吸热反应热为108.2 kg/mol-128 kg/mol，热效应值不大，温度对脱硫反应的影响主要体现在能够促进化渣和提炉渣的流动性。从图2可以看出，硫在渣钢间的分配比Ls随温度的提高呈逐渐增加的趋势。依据转炉渣的离子理论，提高炉渣中碱性氧化物的浓度，主要是渣中CaO含量，渣中O-2浓度高，有利于脱硫。从图3可以看出，提高炉渣碱度有利于提高硫在渣钢间的分配比Ls，但是过高的碱度使得炉渣的流动性变差，渣钢分离效果差，增加钢铁料消耗。炉渣中FeO含量高意味着钢液中[O]增加，不利于脱硫，但在高碱度炉渣中，在一定范围内提高渣中FeO含量的可以增加炉渣的流动性，改善脱硫的动力学条件，有利于提高硫在渣钢间的分配比Ls。从图4可以看出，渣中FeO含量超过20%，则不利于脱硫。

4 结论

(1)依据工艺要求，由于LF造酸性渣不具备脱硫能力，所以铁水预处理脱硫和转炉控制回硫成为冶炼高碳硬线低硫钢的关键。

(2)经铁水预处理脱硫后，铁水S≤0.005%，扒渣后亮面大于90%，脱硫率大于87%，脱硫后铁水渣量控制小于100 kg。控制低的铁水硫含量及最大限度地扒除脱硫渣是铁水预处理的关键。

(3)转炉终渣碱度为3.5-4.0，终渣FeO﹤20%，终点温度1630 ℃-1650 ℃，渣钢间硫的平均分配比Ls为5.4，终点硫为0.012%。

(4)控制入炉原料总硫量是控制转炉回硫的重要措施，采用自循环低硫废钢，提高废钢比，控制造渣料代入的硫含量，入炉的总硫量为12.47 kg，在造渣料和脱硫渣带入的硫含量大于炉渣脱硫能力的情况下，转炉终点的硫含量依然可以满足生产要求。

参 考 文 献

[1] 杨森祥.洁净钢生产中硫的控制大型转炉炼钢脱硫的研究[J].北京科技大学学报,2011,33(1):151

[2] 潘秀兰,李震,王艳红,等.国内外纯净钢生产先进技术[J].炼钢,2007, 23(1):59

[3] 周俐,刘国平,丁长江.120t转炉熔池硫行为的研究[J].钢铁,2007, 42(10):29

[4] 杨文元,郑从杰,杜昆,等.大型转炉炼钢脱硫的研究[J].钢铁,2002,37(12):14

[5] 朱苗勇.现代冶金学[M].北京:冶金工业出版社,2001

卷积层之后接了一个4096维的全连接层，然后后边又全连接到一个7*7*30维的张量上。实际上这7*7就是划分的网格数，现在要在每个网格上预测目标两个可能的位置以及这个位置的目标置信度和类别，也就是每个网格预测两个目标，每个目标的信息有4维坐标信息（中心点坐标与长宽），1个是目标的置信度，还有类别数20，总共就是（4+1）*2+20=30维的向量。利用前边4096维的全图特征直接在每个网格上回归出目标检测需要的信息（边框信息加类别），这样便实现了对图像的目标检测问题。