唐鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的生產(chǎn)技術(shù)研究及控制

楊邊疆，崔耀輝，張毅軍，王強，楊琴

（河鋼集團(tuán)唐鋼公司長材部，河北唐山 063016）

唐鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的生產(chǎn)技術(shù)研究及控制

楊邊疆，崔耀輝，張毅軍，王強，楊琴

（河鋼集團(tuán)唐鋼公司長材部，河北唐山 063016）

系統(tǒng)介紹唐鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（硬線鋼）的生產(chǎn)工藝技術(shù)控制過程。通過對其生產(chǎn)技術(shù)的深入研究，明確了轉(zhuǎn)爐和除塵過程控制技術(shù)，全工序潔凈度控制技術(shù)，軋制的加熱、控軋、控冷、打包控制技術(shù)為唐鋼硬線的關(guān)鍵生產(chǎn)技術(shù)。唐鋼通過實施一系列生產(chǎn)工藝參數(shù)的優(yōu)化及控制，使硬線產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)步提高。

過程控制 硬線鋼 生產(chǎn)技術(shù) 產(chǎn)品質(zhì)量

唐鋼從20世紀(jì)90年代開始開發(fā)硬線品種，經(jīng)過20多年的技術(shù)積累，目前已具備40號—80號、47B-82B等16種牌號硬線批量生產(chǎn)的能力。產(chǎn)品具有良好的拉絲性能，經(jīng)下游用戶拉拔后，廣泛用于彈簧鋼絲、預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絲繩、輻條鋼絲、胎圈鋼絲、鍍鋅鋼絲及鍍鋅絞線等。唐鋼硬線鋼以其優(yōu)異的質(zhì)量水平和良好的市場服務(wù)，得到廣大用戶的一致認(rèn)可，多次獲得“冶金行業(yè)品質(zhì)卓越產(chǎn)品”獎、“冶金產(chǎn)品金杯獎”等。

1 唐鋼硬線鋼生產(chǎn)工藝路線

高爐煉鐵→65 t轉(zhuǎn)爐→65 t LF精煉→連鑄150方坯→加熱爐→高壓水除鱗→軋制→斯太爾摩冷卻→集卷→打包→稱重→檢驗、入庫。

2 唐鋼硬線鋼生產(chǎn)核心技術(shù)

唐鋼硬線產(chǎn)品的用途主要是由其較高的生產(chǎn)技術(shù)決定的，通過對生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行研究，可將其核心技術(shù)歸納為：硬線鋼的轉(zhuǎn)爐和除塵過程控制技術(shù)、硬線鋼的全工序潔凈度控制技術(shù)、硬線鋼的BOF-LF-CC全工序控氮技術(shù)、硬線鋼的原料和加熱的質(zhì)量控制技術(shù)、硬線鋼的軋制控制技術(shù)、硬線鋼的冷卻控制技術(shù)、硬線鋼的集卷溫度控制技術(shù)、硬線鋼的打包控制技術(shù)。

2.1 硬線鋼轉(zhuǎn)爐和除塵過程控制技術(shù)

2.1.1 硬線鋼轉(zhuǎn)爐和除塵主要技術(shù)控制

轉(zhuǎn)爐干法除塵系統(tǒng)的轉(zhuǎn)爐煙氣經(jīng)氣化冷卻煙道進(jìn)入蒸發(fā)冷卻器，收集粗灰后煙氣進(jìn)入電除塵器進(jìn)行精除塵，后續(xù)進(jìn)行煤氣回收或排放，如圖1所示。

轉(zhuǎn)爐加靜電除塵系統(tǒng)主要進(jìn)行四方面的控制：一是對廢鋼、冷卻劑和造渣料的控制；二是對造渣料和冷卻劑的控制；三是對轉(zhuǎn)爐吹氧流量與氧槍的控制；四是對風(fēng)機的控制。

通過以上控制，保證進(jìn)入除塵器的煙氣中CO、O2含量避開CO泄爆點。

圖1 唐鋼硬線轉(zhuǎn)爐和除塵控制技術(shù)流程

2.1.2 硬線鋼轉(zhuǎn)爐和除塵關(guān)鍵工藝控制

唐鋼采用高拉碳法出鋼，此法具有以下三個優(yōu)點：增碳量小，碳粉加入量少；鋼中氧含量低，合金消耗少，原始夾雜物較少；鋼中的氮、氫等氣體含量低。

干法除塵+高拉碳與常規(guī)濕法除塵系統(tǒng)的槍位控制類似，主要區(qū)別在供氧流量上，干法除塵工藝采用半氧開吹（見下頁圖2），終點高碳時提前降氧，因終點碳高，再次補吹時繼續(xù)使用半氧開吹，避免除塵管道氧含量超標(biāo)。

2.1.3 硬線鋼轉(zhuǎn)爐和除塵控制作用效果

通過以上控制技術(shù)，實現(xiàn)了干法除塵系統(tǒng)的高拉碳工藝，并有效控制了除塵器的泄爆問題。目前，將每月小型泄爆次數(shù)控制在1次以內(nèi)，未發(fā)生中型泄爆，突破了西門子奧鋼聯(lián)公司等干法除塵設(shè)計要求的鋼水中w(C)＜0.15%方可拉碳的技術(shù)要求，為采用雙渣法和保碳出鋼工藝創(chuàng)造了條件。

圖2 唐鋼硬線高拉碳法供氧模式

2.2 硬線鋼全工序潔凈度控制技術(shù)

硬線鋼全工序潔凈度控制技術(shù)主要通過轉(zhuǎn)爐和連鑄工序的控制技術(shù)，達(dá)到硬線鋼潔凈度的全面保障。轉(zhuǎn)爐工序的控制技術(shù)包括高拉碳、擋渣、低溫出鋼，LF工序快速造白渣及渣系控制、底吹氬優(yōu)化。連鑄工序的控制技術(shù)包括“三穩(wěn)”操作（中包液面穩(wěn)定、結(jié)晶器液面穩(wěn)定、拉速穩(wěn)定）、大包及中包保護(hù)澆鑄、優(yōu)化中包流場等。

重點通過高拉補吹工藝、LF渣系控制、保護(hù)澆鑄及中包流場優(yōu)化等三方面進(jìn)行潔凈度控制。

2.2.1 高拉補吹控制（BOF）

控制效果：終點碳含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）平均值由0.094%提高到0.258%；終點氧含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）平均值由329×10-6降低到141×10-6。

2.2.2 LF渣系控制

1）為減輕LF負(fù)荷，將部分造渣及改質(zhì)材料的熔化及脫氧任務(wù)轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)爐中完成。

2）在精煉過程中，通過埋弧和還原渣操作對鋼液進(jìn)一步脫氧。為滿足鋼中總氧含量的要求以及頂渣對于夾雜物的吸附能力，選取CaO-SiO2渣系作為精煉渣。

2.2.3 保護(hù)澆鑄及中包流場優(yōu)化（CC）

通過優(yōu)化中間包流場優(yōu)化模擬，三個流的響應(yīng)時間都有所增加，且趨于均衡。第二流和第三流的平均停留時間分別由591.7 s和573.1 s增加到730.7 s和786.2 s，鋼水死區(qū)減小，各流均衡性得到優(yōu)化。

2.2.4 BOF-LF-CC全工序控氮技術(shù)

2.2.4.1 唐鋼硬線增氮主要原因

1）轉(zhuǎn)爐基礎(chǔ)氮含量偏高，兩次測值w(N)分別為57×10-6、56×10-6。

2）LF增氮不穩(wěn)定，爐次4A04149 LF化渣階段吸氮（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）30×10-6，化渣至出站過程增氮（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）4×10-6。

3）連鑄工序增氮量偏大，爐次4A04366連鑄過程至成品材過程增氮（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）13×10-6。

2.2.4.2 全工序控氮的各關(guān)鍵影響因素及控制技術(shù)

1）由轉(zhuǎn)爐吹氧過程脫氮速度與脫碳速度的經(jīng)驗關(guān)系式可以看出，吹煉過程脫氮速度與脫碳速度成正比，應(yīng)盡量提高終點C控制含量，減少點吹次數(shù)，降低轉(zhuǎn)爐終點氮含量，避免出現(xiàn)轉(zhuǎn)爐基礎(chǔ)氮含量過高。從轉(zhuǎn)爐煉鋼使用的原材料中氮含量及增氮量分析看出，由于石油焦增碳劑的加入量大，使得增氮（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）達(dá)40×10-6，因此采用低氮低硫增碳劑。此外采用弱脫氧工藝，可降低出鋼過程中的吸氮量。

2）LF控氮機理主要控制電極起弧區(qū)，當(dāng)電弧溫度達(dá)2 130℃時，空氣中氮氣分解進(jìn)入鋼水，造成增氮。關(guān)鍵控制點有：在精煉站，調(diào)整底吹氣量、給電制度，確保對埋弧和軟吹的控制效果；嚴(yán)格控制電石加入時機，提前造還原渣；控制合理的除塵風(fēng)機頻率，結(jié)合實際生產(chǎn)情況進(jìn)行調(diào)整，實現(xiàn)精煉過程微正壓操作。

3）連鑄保護(hù)澆注系統(tǒng)從六個基本方面做好每項細(xì)節(jié)工作，將澆鑄過程增氮（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）控制在2× 10-6～4×10-6。

2.2.4.3 控氮效果

通過工藝優(yōu)化，唐鋼長材部各牌號高碳鋼出站氮含量均大幅度降低，出站氮含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）下降6×10-6～32×10-6，被控制在30×10-6～40×10-6。工藝優(yōu)化后效果明顯，最終可為用戶提供塑性優(yōu)良的優(yōu)質(zhì)硬線和金屬制品材產(chǎn)品。

2.3 硬線鋼軋鋼控制技術(shù)

2.3.1 加熱質(zhì)量控制

鋼坯加熱時應(yīng)防止表面脫碳，是硬線產(chǎn)品的基本要求。為了防止鋼坯脫碳應(yīng)根據(jù)含碳量合理地控制各段的加熱溫度和加熱速度及爐內(nèi)氣氛，應(yīng)嚴(yán)格地控制鋼坯在高溫區(qū)的加熱時間。唐鋼高線將硬線鋼坯出爐溫度控制在1 150℃以下，將開軋溫度控制在950～1 000℃。為最大限度地避免鋼坯脫碳，生產(chǎn)硬線鋼不允許長時間（3 h以上）臥爐。一般成品脫碳層深度不大于公稱直徑的2%（對于制繩用盤條，此值≤1.5%），唐鋼將硬線成品脫碳層深度控制在0.1 mm以下[1]。

2.3.2 軋制控制

成品的表面質(zhì)量和幾何尺寸的精度是靠軋制中的精心操作、調(diào)整和檢查來保證的。要認(rèn)真檢查軋機的調(diào)整、導(dǎo)衛(wèi)、軋輥（環(huán)）表面，不得有粘鋼、刮絲、錯輥現(xiàn)象，以防出現(xiàn)耳子、折疊、結(jié)疤等軋制缺陷。要嚴(yán)格控制軋制溫度的范圍，特別要控制終軋的奧氏體晶粒大小，以減小對轉(zhuǎn)變后組織性能的影響。對于硬線鋼來說，一般要求較高的吐絲溫度，因而相應(yīng)的終軋溫度亦較高，唐鋼高線生產(chǎn)硬線時控制進(jìn)精軋溫度在900～950℃[2]。

2.3.3 控制冷卻

在硬線生產(chǎn)時進(jìn)行控制冷卻的目的，就是要模擬一個鉛浴淬火的過程。經(jīng)控冷的硬線在金屬制品廠家可至少省掉一次鉛浴淬火，簡化了工藝并大大減少了氧化鐵皮量。為使高碳鋼線材獲得接近鉛浴處理的性能，根據(jù)C曲線的要求，需要較高的吐絲溫度和較快的冷卻速度，因此采用標(biāo)準(zhǔn)型冷卻工藝。唐鋼高線生產(chǎn)的硬線金相組織全部被控制為索氏體+少量鐵素體，并避免出現(xiàn)網(wǎng)狀鐵素體產(chǎn)生，其中索氏體比例占80%以上，產(chǎn)品全部滿足用戶使用要求。另外，佳靈裝置的調(diào)節(jié)控制對硬線同圈性能的影響非常顯著，需要定期檢驗同圈性能，隨時調(diào)節(jié)佳靈裝置。

唐鋼高線通過穩(wěn)定的控冷工藝保證了產(chǎn)品的實物質(zhì)量，各項力學(xué)性能均符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，同圈抗拉強度性能差控制水平為≤35 MPa。

2.3.4 打包控制

硬線鋼屬于強度較高的品種，打包機壓緊后的張開力比較大。打包壓力過小，盤卷長度過長，而且在運輸過程中出現(xiàn)散卷現(xiàn)象；打包壓力過大，容易在吊裝、運輸過程中出現(xiàn)崩腰問題。唐鋼硬線一般控制打包壓力在30～35 t的水平。

3 結(jié)語

唐鋼通過對鋼軋系統(tǒng)全流程硬線生產(chǎn)工藝進(jìn)行研發(fā)及控制，高線生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（硬線鋼）盤條各項性能均達(dá)到GB/T 24238—2009標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)要求且質(zhì)量穩(wěn)定，滿足用戶的使用要求。

唐鋼硬線生產(chǎn)仍存在不足，具體表現(xiàn)在以下幾方面：冶煉工藝條件波動導(dǎo)致夾雜物控制不穩(wěn)定；冶煉工序生產(chǎn)過程不穩(wěn)定，如LF過程碳含量控制差異、連鑄高碳鋼碳含量偏析等；由于冶煉工序與軋制工序距離較遠(yuǎn)（唐鋼本部向高線車間汽運鋼坯），無法實現(xiàn)熱裝熱送。

[1]戚翠芬，張樹海.加熱爐基礎(chǔ)知識與操作[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2009.

[2]強十涌，喬德庸，李曼云.高速軋機線材生產(chǎn)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2009.

[3]宋維錫.金屬學(xué)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1980.

（編輯：胡玉香）

Research and Control of Production Technology in Tangsteel Carbon Structure Steel with High Quality

YANG Bianjiang,CUI Yaohui,ZHANG Yijun,WANG Qiang,YANG Qin
（Long Material Section of Hesteel Group Tangsteel Company,Tangshan Hebei 063016）

The production process technology control process of carbon structural steel(hard steel wire)with high quality is systematically introduced.Through in-depth study on the production technology,the converter and dust removal process control,cleanliness control of the whole process,the heating,controlled rolling and controlled cooling, packaging of rolling are the key production technology for Tangshan hard line.Through the optimization and control of a series of production process parameters,the quality of hard wire products has been steadily improved.

process control,hard wire steel,production technology,product quality

TF 713；TG335.6

A

1672-1152（2016）06-0071-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.06.26

2016-12-08

楊邊疆（1984—），男，工程師，現(xiàn)從事軋鋼軋制技術(shù)研究工作。