硅鈣鋇在生產(chǎn)HRB400E鋼中的應用

徐 磊，白澈力格爾

（1.天津冶金集團軋三鋼鐵有限公司供應部，天津301606；2.天津冶金集團軋三鋼鐵有限公司煉鋼廠，天津301606）

硅鈣鋇在生產(chǎn)HRB400E鋼中的應用

徐 磊1，白澈力格爾2

（1.天津冶金集團軋三鋼鐵有限公司供應部，天津301606；2.天津冶金集團軋三鋼鐵有限公司煉鋼廠，天津301606）

為提高脫氧效率，降低中包水口堵塞事故，通過在HRB400E鋼生產(chǎn)中應用硅鈣鋇，有效降低了鋼水氧活度，投入量為1.9 kg/t時即可滿足鋼水溶解氧20×10-6～30×10-6的工藝要求。與鋁系合金脫氧相比，連鑄中包水口堵塞事故率也由原來的9.1%降低到2.3%。經(jīng)硅鋇鈣脫氧后的成品棒材力學性能符合HRB400E抗震鋼筋國標要求，值得推廣應用。

硅鋇鈣；復合脫氧；氧活度；力學性能

1 引言

硅鈣鋇合金是鋇系合金中高效新型復合合金，是煉鋼的脫氧劑、脫硫劑，還兼有脫磷（BaP2、BaP3）作用[1]。鋇為堿土金屬，從熱力學數(shù)據(jù)可知它的脫氧能力略低于鈣而遠高于鋁，鋇的脫硫能力和鈣相當。我國擁有豐富的鋇資源，含鋇合金用于鋼液脫氧，可取代鋁的用量[2]，節(jié)約鋁資源。近年來，鋇系合金因其優(yōu)良的冶金效果而得到迅速推廣。

當前硅鈣鋇合金牌號不一，價格迥異，綜合考慮產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)成本，我公司選用河南昱泰冶金材料有限公司生產(chǎn)的新型硅鈣鋇復合脫氧劑代替鋁脫氧，不僅降低了鋼水Al2O3夾雜量，提高鋼水潔凈度，而且水口堵塞情況也明顯減少。

2 硅鈣鋇脫氧基本原理

復合脫氧產(chǎn)物通常是氧化物的共熔體或化合物，其熔點比純氧化物低，因此復合脫氧時容易生成液態(tài)的脫氧產(chǎn)物，可改善去除脫氧產(chǎn)物的條件[3]。

相對于Ca-Si合金，鋇的加入能夠降低鈣的蒸氣壓，使鈣在鋼中的溶解度增大，從而提高了鈣的脫氧和球化夾雜的能力。因鋇在鋼液中的溶解度極低（0.004 3%），只在初期生成極少量的BaO，鋇原子半徑大，生成的脫氧產(chǎn)物半徑也大，與其他脫氧產(chǎn)物的碰撞、長大形成復合脫氧產(chǎn)物的幾率較高。夾雜物上浮一般符合斯托克斯定律[4]，上浮速度與夾雜物半徑的平方成正比，因而鋇系合金的脫氧產(chǎn)物上浮速度快，冶煉終點的夾雜物數(shù)量必然減少。

硅鈣鋇合金對夾雜物的變性改質(zhì)作用，顏根發(fā)等人認為含鋇的脫氧產(chǎn)物與SiO2碰撞結(jié)合成BaO·SiO2，熔點為1 604 ℃；含鋇硅酸鹽又進一步與鋼液中的CaO·SiO2結(jié)合生成低熔點的三元共晶物2CaO·BaO·3SiO2，熔點僅為1 320 ℃，在鋼水溫度下呈液態(tài)。相關反應式如下：

我公司選用的硅鋇鈣成分見表1。

表1 硅鈣鋇合金主要成分/%

3 硅鈣鋇在生產(chǎn)中的應用

我公司以生產(chǎn)棒材、線材為主，以帶肋鋼筋HRB400E生產(chǎn)為例，工藝流程為：120 t轉(zhuǎn)爐→擋渣出鋼→脫氧合金化→吹氬→連鑄→棒材廠。出鋼前硅鋇鈣一次加入包底，隨鋼流的混沖攪拌，一是使脫氧效果更充分，二是使鋼水預脫氧，合金元素損耗降低。此外，硅鋇鈣密度3.3 g/cm3，一般熔渣密度在2.8～3.2 g/cm3之間[5]，這就是鋁容易在爐渣中燒損，而鋇系合金利用率高的原因。

為跟蹤硅鈣鋇脫氧劑的使用效果，投入8 t硅鋇鈣為工業(yè)試驗用料，定氧設備為賀利氏MultilabCelox可編程定氧儀。經(jīng)統(tǒng)計，脫氧合金化后吹氬站軟吹3 min后測定的32爐次鋼水氧活度值離散數(shù)據(jù)見圖1，氧活度基本上小于30×10-6，表明活度氧較低。綜合考慮成本及鋼種合理[O]量，硅鋇鈣投入1.9 kg/t即可滿足生產(chǎn)要求。深脫氧不僅提高生產(chǎn)成本，而且過低的鋼水[O]量在保護澆注不足時容易吸氣，造成二次氧化，惡化鋼水質(zhì)量而且可澆性變差；淺脫氧時鋼水[O]量保持在50×10-6以上，連鑄坯常出現(xiàn)中心疏松、表面或皮下氣泡等質(zhì)量事故。

圖1 脫氧劑加入量與溶解氧關系圖

煉鋼廠目前已經(jīng)將硅鋇鈣代替了鋼芯鋁、硅鋁鋇以及硅鋁鋇鈣，無鋁脫氧工藝既降低了鋼水Al2O3夾雜物的含量，同時也避免了喂鈣線時的噴濺，使得工藝操作簡便而安全。通過脫氧工藝的改進，浸入式水口（SEN）堵塞事故率也由原來的9.1%降低到2.3%，很大程度上減少了因“套眼”而燒氧帶來的鋼水二次氧化問題。

4 連鑄坯顯微組織和晶粒度

通過對試樣顯微組織結(jié)構(gòu)分析，組織主要為鐵素體（F）和珠光體（P），晶粒度級別在10.5～11.5之間，屬于細晶粒鋼范疇，除了微合金化元素釩的細化晶粒作用，此外相關文獻[6-7]給出的解釋是，鈣和鋇是很強的表面活性元素，在金屬熔體中生成大量的石墨化核心，并有良好的吸附作用，促使一次結(jié)晶組織細化，因而能得到細晶粒鋼。

5 成品力學性能

對選取的32爐次鋼樣作光譜分析，相關元素含量見表2。

為分析無鋁脫氧劑對鋼材力學性能的影響，對用硅鋇鈣脫氧后的軋材進行了相應的力學性能檢測，抽檢成品80 t，規(guī)格為Φ14 mm，表3統(tǒng)計了實測的力學性能指標。

表2 HRB400E化學成分（熔煉分析）表 /%

表3 硅鋇鈣脫氧后成品的力學性能指標

實測抗拉強度和屈服強度均能滿足HRB400的力學性能要求。參照《鋼筋混凝土用鋼—熱軋帶肋鋼筋GB1499.2-2007》對于抗震鋼筋HRB400E的相關要求，即強屈比不小于1.25，屈屈比不大于1.30，最大力總伸長率Agt不小于9%，顯然該批次產(chǎn)品完全符合較高要求的抗震結(jié)構(gòu)標準，同時也說明硅鋇鈣復合脫氧劑能夠滿足鋼種冶煉和軋制的工藝要求。

6 結(jié)論

（1）硅鋇鈣加入1.9 kg/t可滿足鋼水溶解氧20×10-6～30×10-6的工藝要求，而且無需喂鈣線處理。

（2）無鋁脫氧工藝能提高鋼水潔凈度，水口結(jié)瘤事故率明顯降低。

（3）硅鋇鈣脫氧后的連鑄坯能保持細晶粒度，同時成品的力學性能完全滿足抗震鋼筋的國家標準，硅鋇鈣復合脫氧劑可以在鋼筋混凝土用鋼的冶煉中推廣應用。

[1] 趙乃成，張啟軒.鐵合金生產(chǎn)實用技術手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1988：298.

[2] 顏根發(fā)，張立蘭.含鋇硅系合金取代鋁脫氧工藝理論探討[C]//第十屆全國煉鋼學術會議論文集.鄭州：中國金屬學會，1998:402-406.

[3] 陳襄武.煉鋼過程的脫氧[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1991：60.

[4] 欒心漢，孫湘.復合脫氧劑對純凈鋼生產(chǎn)的影響[J].西安冶金建筑學院學報，1994，26（4）:399.

[5] 黃希祜.鋼鐵冶金原理[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2007：210.

[6] 湯曙光，焦興利.復合脫氧劑對鋼力學性能影響的研究[J].鋼鐵，2002，37（11）:60.

[7] 王進，孫維.硅鋇合金在煉鋼脫氧中的應用研究[J].煉鋼，2000，16（4）：40.

Application of Si-Ca-Ba to HRB400E Steel Production

XU Lei1and BAI Chelige'er2
（Supply Division1and Steel-making Plant2of Zhasan Iron and Steel Co., Ltd., Tianjin 301606, China）

In order to improve deoxidation efficiency and reduce nozzle clogging accidents, Si-Ca-Ba is adopted in the production of HRB400E steel, which effectively lowers oxygen activity in molten steel. When 1.9 kg/t Si-Ca-Ba is added, the process requirement of dissolving 20×10-6～30×10-6oxygen in steel can be met. Compared with aluminum-based alloy deoxidation, the rate of nozzle clogging incident in tundish has decreased from 9.1% to 2.3%. The mechanical properties of the finished bar with Si-Ca-Ba deoxidation treatment comply with the national standard requirements on HRB400E aseismic reinforcement bar and the product is worthy of promotion and application.

Si-Ca-Ba; compound deoxidation; oxygen activity; mechanical property

10.3969/j.issn.1006-110X.2014.05.003

2014-02-26

2014-03-09

徐磊（1985—），男，本科，主要從事冶金爐料采購工作。