含鈦焊絲鋼冶煉工藝優(yōu)化

李田茂，倪勤盛，劉真海

（本鋼集團(tuán)北營煉鋼廠，遼寧本溪117000）

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含鈦焊絲鋼冶煉工藝優(yōu)化

李田茂，倪勤盛，劉真海

（本鋼集團(tuán)北營煉鋼廠，遼寧本溪117000）

摘要：本鋼北營煉鋼廠在開發(fā)高鈦含量焊絲鋼時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)浸入水口結(jié)瘤、鑄坯卷渣、鈦收得率低等問題，特別是鑄坯卷渣嚴(yán)重影響軋后盤條表面質(zhì)量。分析認(rèn)為，高熔點(diǎn)的TiN、TiO2及Al2O3非金屬夾雜物是導(dǎo)致浸入水口結(jié)瘤的主要原因。通過控制鋼中氮含量、強(qiáng)化精煉渣中脫氧、優(yōu)化澆注過程工藝等有效手段，提高了高鈦含量焊絲鋼連澆爐數(shù)、盤條成材率等質(zhì)量指標(biāo)，優(yōu)化效果顯著。

關(guān)鍵詞：含鈦焊絲鋼；非金屬夾雜；浸入水口結(jié)瘤

李田茂，工程師，1997畢業(yè)于遼寧科技學(xué)院煉鋼及鐵合金專業(yè)。E-mail：LNBXLTM@163.com

Key words welding wire steel with titanium;non-metallic inclusion;clogging at submerged entry nozzle

鈦能和氮化合成TiN起固氮作用，提高焊縫金屬抗氮?dú)饪椎哪芰Γ琓i焊絲能夠滿足高強(qiáng)度鋼板對(duì)焊接材料的需求，在焊接電流較大時(shí)可減少飛濺30％～45％［1］，焊縫成形性也好，具有較好的市場(chǎng)前景。然而，由于含鈦焊絲鋼鋼水可澆性差、鋼中存在大量高熔點(diǎn)夾雜物等原因［2］，本鋼北營煉鋼廠利用小方坯連鑄機(jī)開發(fā)含鈦焊絲鋼初期，經(jīng)常出現(xiàn)連鑄浸入水口結(jié)瘤、連澆爐數(shù)低等問題，水口結(jié)瘤使拉速波動(dòng)大，導(dǎo)致結(jié)晶器鋼水卷渣，嚴(yán)重惡化了鑄坯質(zhì)量，并影響軋制后盤條表面質(zhì)量。此外，由于精煉過程渣中脫氧不完全，鈦與氧的強(qiáng)結(jié)合力，形成大量的TiO2夾雜；同時(shí)鈦與鋼中的氮形成TiN夾雜，導(dǎo)致鋼中鈦回收率低，僅為40％左右。因此，對(duì)含鈦焊絲鋼工藝問題進(jìn)行分析研究并采取優(yōu)化措施，具有重要意義。

1　焊絲鋼化學(xué)成分及生產(chǎn)工藝

開發(fā)初期，本鋼北營煉鋼廠對(duì)不同鈦含量的焊絲鋼進(jìn)行了試制，現(xiàn)以3個(gè)牌號(hào)不同鈦含量的焊絲鋼為例，進(jìn)行分析介紹，其化學(xué)成分見表1。

表1　不同鈦含量焊絲鋼化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）?。?/p>

本鋼北營煉鋼廠含鈦焊絲鋼生產(chǎn)工藝流程為：鐵水預(yù)處理(脫S、扒渣)—120 t轉(zhuǎn)爐(頂?shù)讖?fù)吹)—LF爐精煉—小方坯連鑄(液面自動(dòng)控制、結(jié)晶器電磁攪拌、凝固末端電磁攪拌)。

2　含鈦焊絲鋼存在的主要問題及分析

初次開發(fā)生產(chǎn)的ER55-Ti生產(chǎn)過程中未出現(xiàn)浸入水口結(jié)瘤、鑄坯卷渣、鈦回收率低等工藝問題，軋制后盤條表面質(zhì)量良好；初次研制BXY50-G時(shí)出現(xiàn)了鈦回收率偏低、澆注浸入水口結(jié)瘤、結(jié)晶器鋼水卷渣問題；初次研制的BZJ60-Ti出現(xiàn)同樣問題，后道軋制盤條出現(xiàn)結(jié)疤缺陷，外發(fā)過程如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)，將導(dǎo)致用戶在盤條拉拔過程出現(xiàn)嚴(yán)重?cái)嘟z。

試制過程發(fā)現(xiàn)，焊絲鋼工藝質(zhì)量問題與鋼中含鈦量高低有直接關(guān)系。隨著鋼中鈦含量的增加(Ti≥0.090％ )，浸入水口結(jié)瘤現(xiàn)象普遍存在，結(jié)晶器鋼水卷渣更為嚴(yán)重。

2.1浸入水口結(jié)瘤

在試制含鈦量超過0.090％的BXY50-G和BZJ60-Ti時(shí)，因?yàn)榻胨诮Y(jié)瘤導(dǎo)致澆注爐數(shù)較少，BXY50-G連續(xù)澆注4爐，和BZJ60-Ti連續(xù)澆注3爐，在下線浸入水口結(jié)瘤物處截取小塊試樣，電子顯微鏡下觀察其形貌，如圖1所示。在結(jié)瘤物上任取兩點(diǎn)進(jìn)行能譜分析，成分見表2。

(a) A點(diǎn)結(jié)瘤物　(b) B點(diǎn)結(jié)瘤物圖1　焊絲鋼水口結(jié)瘤產(chǎn)物形貌

表2　水口結(jié)瘤物成分?。?/p>

從表2可以看出，A點(diǎn)和B點(diǎn)結(jié)瘤產(chǎn)物成分主要是TiO2、TiN和Al2O3的復(fù)合夾雜物，是鋼中鋁、鈦、氮和氧結(jié)合形成的高熔點(diǎn)非金屬夾雜物以及澆注過程鋁和鈦與空氣中的氧形成的二次氧化產(chǎn)物。相關(guān)資料顯示［4］，含鈦鋼在澆注過程浸入水口結(jié)瘤鈦極易被二次氧化形成TiO2夾雜，隨著夾雜物大量增加，并在澆鑄過程中附著在浸入水口內(nèi)壁。

2.2鑄坯卷渣及軋制缺陷

在生產(chǎn)含鈦較低的ER55-Ti時(shí)，浸入水口無結(jié)瘤現(xiàn)象，拉速平穩(wěn)，鑄坯表面無缺陷，且清理后無氣泡、卷渣等缺陷。但在試制高鈦含量的BXY50-G和BZJ60-Ti焊絲鋼時(shí)，澆鋼過程拉速波動(dòng)大，焊絲鋼鑄坯及盤條有缺陷，焊絲鋼鑄坯及盤條缺陷見圖2。

圖2(a)顯示，鑄坯表面有大量的渣坑；在對(duì)鑄坯進(jìn)行火焰清理過程中，發(fā)現(xiàn)大量的皮下氣泡，見圖2(b)。表面渣坑和皮下氣泡顯然是因浸入水口結(jié)瘤、鋼水流動(dòng)性差、保護(hù)渣熔化性能惡化、結(jié)晶器液面波動(dòng)大導(dǎo)致的。首次試制上述鋼種時(shí)，因缺乏生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，缺陷發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，將卷渣鑄坯進(jìn)行了軋制，結(jié)果在第四架軋機(jī)出口99 mm圓坯發(fā)現(xiàn)明顯夾渣，見圖2(c)；成品盤條表面出現(xiàn)大量結(jié)疤，見圖2(d)，成材率僅為87％；在圓坯上缺陷部位截取試樣，在顯微鏡下觀察為白色顆粒狀?yuàn)A雜，見圖2(e)。能譜分析結(jié)果見表3。

(a)表面渣坑；(b)皮下卷渣；(c)軋制過程原坯夾渣；(d)盤條表面結(jié)疤；(e)99 mm圓坯夾渣微觀形貌圖2　焊絲鋼鑄坯及盤條缺陷

表3　?99 mm圓坯夾雜能譜成分?。?/p>

從表3看出，夾雜物含有Na、Mg、Ca等保護(hù)渣成分，進(jìn)一步確認(rèn)缺陷是由鑄坯澆注過程卷渣引起的。2.3鈦回收率低

冶煉含鈦鋼種鈦合金化一般使用的合金主要有FeTi70、FeTi40Al8及海綿鈦三種。開發(fā)初期，試制含鈦焊絲鋼鈦合金化采用的合金牌號(hào)為FeTi70，鈦回收率僅為40％～50％；后改用含鈦量更高的海綿鈦，其測(cè)算鈦回收率僅為20％左右，主要是由于其密度較輕、粉末多等原因所致。同時(shí)，如果冶煉過程增氮較多以及精煉過程渣中脫氧不完全，鈦和氮、氧形成了致密的高熔點(diǎn)TiN和Al2O3-TiO2復(fù)合夾雜物，不但導(dǎo)致鋼中夾雜物急劇增加，影響鋼水澆注，而且嚴(yán)重影響鈦的回收率。

3　工藝優(yōu)化及效果

3.1控制浸入水口結(jié)瘤

通過上述分析得知，浸入水口結(jié)瘤產(chǎn)物為鈦、鋁的脫氧產(chǎn)物，根據(jù)其產(chǎn)生機(jī)理，制定合理的Al2O3、TiO2以及TiN等夾雜物控制措施。

煉鋼環(huán)節(jié)：保持轉(zhuǎn)爐出鋼口潔凈、規(guī)則，防止出鋼過程鋼水散流增氮；鋼包受鋼前使用氬氣吹掃；選擇小包齡鋼包受鋼；合金化過程不能使用含鋁較高的合金、脫氧劑進(jìn)行沉淀脫氧及渣中擴(kuò)散脫氧。

精煉環(huán)節(jié)：精煉造白渣進(jìn)行鋼水完全脫氧，提高鈦鐵回收率；精煉爐采用微正壓操作；精煉結(jié)束弱吹氬時(shí)間由原來的12min提高到15min，確保夾雜物充分上??；不能用鋁粒、鋁線等進(jìn)行渣中脫氧。

連鑄環(huán)節(jié)：對(duì)保護(hù)渣進(jìn)行加熱，提高保護(hù)渣熔化效果；降低拉速，延長(zhǎng)鋼水在中間包內(nèi)停留時(shí)間，保證更多的大顆粒夾雜有充足的時(shí)間上浮；適當(dāng)提高鋼水過熱度，降低鋼水粘稠度；中間包受鋼前保持潔凈，用氬氣對(duì)中間包進(jìn)行吹掃。

工藝優(yōu)化后，生產(chǎn)鈦量超過0.09％的含鈦焊絲鋼時(shí)，中間包連澆爐數(shù)由原來的最多4爐提高到現(xiàn)在的9爐，效果明顯。

3.2鑄坯卷渣控制

能譜分析顯示，大量的Al2O3、TiO2以及TiN夾雜是導(dǎo)致鋼水純凈度惡化，可澆性變差的根本原因，后果則是澆注過程拉速波動(dòng)大，保護(hù)渣熔化性能急劇下降，如保護(hù)渣渣條挑出不及時(shí)，被卷入坯殼內(nèi)就會(huì)嚴(yán)重影響鑄坯內(nèi)部及表面質(zhì)量。

鋼水卷渣控制與鋼中非金屬夾雜物的控制密不可分，夾雜物控制效果明顯，鋼質(zhì)純凈，鋼水可澆性好，拉速控制就越平穩(wěn)，液面控制越穩(wěn)定，結(jié)晶器鋼水卷渣的幾率大大降低；另外，適當(dāng)降低保護(hù)渣粘度，改善潤(rùn)滑效果，澆注150 min左右進(jìn)行結(jié)晶器保護(hù)渣液渣層換渣操作，避免保護(hù)渣熔化性能惡化。以上措施均有利于控制鋼水卷渣，提高鑄坯質(zhì)量。

工藝優(yōu)化后生產(chǎn)高鈦含量焊絲鋼時(shí)，鑄坯清理后表面光澤，無卷渣、氣泡等缺陷，軋制后盤條成材率由試制初期的87％提高到現(xiàn)在的97％左右。

3.3提高鈦回收率

為提高鈦回收率，選用塊狀鈦鐵替代粉末較多、回收率低的海綿鈦。為減少鋼中鈦與氧的結(jié)合生成TiO2，保證在鋼水脫氧良好的前提下加入鈦鐵，采用了含鋁量更高的鈦鐵合金進(jìn)行鈦合金化，用含鋁量更高的鈦鐵FeTi40Al8取代原來的FeTi70，兩種合金成分［3］對(duì)比見表4。

表4　鈦鐵合金成分對(duì)比?。?/p>

冶煉過程控制鋼中外來增氮，盡量減少鈦與氮結(jié)合生產(chǎn)TiN夾雜，也能提高鈦的回收率；強(qiáng)化精煉過程渣中脫氧，鈦鐵合金加入時(shí)機(jī)為精煉渣脫氧完全，且呈白渣后加入，同樣有利于提高鈦的回收率。鈦的回收率由試制初期的低于50％提高到現(xiàn)在的70％～80％。

4　結(jié)論

(1)冶煉高鈦含量焊絲鋼時(shí)，鋼水中大量的Al2O3、TiO2以及TiN夾雜是導(dǎo)致澆注時(shí)浸入水口結(jié)瘤、結(jié)晶器鋼水卷渣的根本原因；精煉鋼水渣中脫氧不完全，TiO2和TiN夾雜生成較多是導(dǎo)致鈦回收率低的主要原因。

(2)通過控制鋼中氮含量、強(qiáng)化精煉渣中脫氧、優(yōu)化澆注過程工藝等有效手段，中間包連澆爐數(shù)由最多4爐提高到9爐，鈦回收率由試制初期的低于50％提高到70％～80％，鑄坯質(zhì)量大大提高，盤條成材率由試制初期的87％提高到97％左右。

參考文獻(xiàn)

［1］汪運(yùn)浩，劉珊中. CO2焊接逆變電源的模糊PI電流波形控制研究［J］.工程科技，2012(7)：41-45.

［2］常金寶，馬德剛，李雙武，等.含鈦焊絲鋼小方坯連鑄水口的結(jié)瘤機(jī)制［J］.鋼鐵，2013，48(7)：27-31.

［3］劉麟瑞，王丕珍.冶金爐料手冊(cè)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社. 1992.

［4］鄭宏光.含鈦不銹鋼連鑄水口結(jié)瘤和結(jié)晶器“結(jié)魚”［J］.寶鋼技術(shù)，2008(1)：53-57.

(編輯袁曉青)

修回日期：2015-04-19

Optim ization of Process for Sm elting W elding W ire Steelw ith Titanium

Li Tianmao，NiQinsheng，Liu Zhenhai
(Beiying Steelmaking Plant of Bensteel Group Corporation,Benxi117000,Liaoning,China)

Abstract:There exists such problems as frequent clogging at the submerged entry nozzle,slag entrapment in casting blank,low yield of titanium in developing the welding wire steel with high titanium by Beiying Steelmaking Plant of Bensteel Group Corporation.Among these problems the slag entrapment in casting blank badly influences the surface quality of the rolled wire rods.Based on the analytical results it is concluded that such non-metallic inclusions as TiN,TiO2and Al2O3with high melting points are the main causes leading to clogging at submerged entry nozzle.By taking such efficientmeasures as controlling the content of nitrogen in molten steel,strengthening the deoxidation of refining slag,optimizing the technology of casting process,continuous casting heats ofmolten welding wire steelwith high titanium are increased and such quality indexes as the product yield of wire rods are improved,indicating that the optimization of the casting process has a significant effect on improving the quality of thewire steel rods.

中圖分類號(hào)：TG422

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006-4613（2016）01-0051-04