SWRH82B鋼生產(chǎn)工藝分析及優(yōu)化

呂長海，程樹森，孫黎黎，趙麗華

1 前言

82B系列鋼種主要用于橋梁纜索、鐵路和公路橋梁、吊車梁、軌枕碼頭、電視塔、核反應堆、大跨度橋的“斜拉桿”及制作預應力混凝土輸水管道構(gòu)件等，要求鋼質(zhì)純凈度高、非金屬夾雜含量低，且要求具有較好的表面質(zhì)量，具備組織均勻、抗拉強度高、拉拔性能與延伸率較好、松弛值低、預應力損失小和耐疲勞性能優(yōu)良等特點。硬線盤條82B鋼作為高強度預應力鋼絲和鋼絞線的典型用鋼，對生產(chǎn)過程控制要求極其嚴格。本研究以萊鋼永鋒82B鋼生產(chǎn)線為對象，通過分析鑄坯質(zhì)量、軋制成圓鋼后的夾雜物類型及客戶使用過程中出現(xiàn)的問題，確定了影響產(chǎn)品質(zhì)量的主要因素，在每個工藝關(guān)鍵控制點采取有效措施，以降低夾雜物含量提升整體質(zhì)量，使82B鋼滿足了客戶的拉拔性能要求。

2 鑄坯質(zhì)量及連鑄工藝分析

2.1 鑄坯低倍質(zhì)量

SWRH82B鋼盤條生產(chǎn)工藝路線：200 t魚雷罐一120 t復吹轉(zhuǎn)爐冶煉一150 t精煉（LF）一8級8流方坯連鑄（電磁攪拌M-EMS+F-EMS、全保護澆鑄）—高速線材軋機軋制（控制軋制及控制冷卻）。

依據(jù)YB/T 4002—2013連鑄鋼方坯低倍組織缺陷評級圖判定各流鑄坯的低倍缺陷情況，判定結(jié)果見表1（其中角部裂紋、皮下裂紋、中間裂紋、中心裂紋及夾雜物各流評級均為0級）。各流鑄坯低倍組織形貌見圖1。

表1 低倍缺陷評級

圖1 SWRH82B連鑄坯低倍形貌

連鑄坯低倍形貌評級判定結(jié)果表明，中心疏松1流最大1.5級，其余均在0.5～1級；中心偏析1流1級，其余均為0.5級；縮孔7流為1.5級，其余均為0.5級。中心裂紋、中間裂紋、皮下裂紋、角部裂紋、夾雜物在低倍樣上均沒有發(fā)現(xiàn)，判定為0級。

2.2 拉速、溫度控制情況

SWRH82B鋼液相線溫度為1 465℃，溫度制度采用中包溫度比液相線溫度高20～30℃、大包溫度比中包溫度高40℃的原則進行設(shè)定，具體溫度控制情況見表2。不同中包溫度對應不同的拉速具體要求見表3。中包及大包溫度控制偏高。

表2 SWRH82B鋼連鑄溫度和拉速對應情況

表3 SWRH82B鋼連鑄溫度及拉速實際控制情況

2.3 一冷、二冷水量控制情況

結(jié)晶器采取弱冷方式，水量控制在1 800～1 900 L/min之間，正常按中限±10 L/min控制。二冷采用強冷方式和弱冷方式對鑄坯冷卻，使用兩種方式生產(chǎn)出來的鑄坯，低倍質(zhì)量都較好。

正常拉速下，強冷比水量按照1.1～1.2 L/kg控制；弱冷比水量按照0.58～0.61 L/kg控制，見表4。

表4 SWRH82B鋼連鑄強冷及弱冷各區(qū)水量控制情況

2.4 電磁攪拌控制情況

結(jié)晶器電磁攪拌技術(shù)是近幾年迅速發(fā)展起來的用于連續(xù)鑄鋼的一種新技術(shù)，在連鑄上合理采用電磁攪拌技術(shù)，能有效改善鑄坯的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，增加鑄坯心部的等軸晶率，促使鋼液中的非金屬夾雜物上浮，尤其對于改善鑄坯低倍裂紋類的缺陷效果顯著。

根據(jù)鋼種的碳含量和合金含量的不同，高碳82B鋼設(shè)計的電磁攪拌參數(shù)見表5。

表5 SWRH82B鋼連鑄電磁攪拌參數(shù)設(shè)定

2.5 保護澆注控制情況

1）大包長水口。大包長水口在保證插入鋼水液面以下一定深度的前提下，要做好長水口碗部的密封，一是加裝纖維密封墊保證鋼包水口和大包長水口之間的密封，二是在大包長水口碗部通入氬氣封閉氣隙以防空氣進入，造成鋼水的二次氧化。

2）浸入式水口。使用浸入式水口保護從中包進入結(jié)晶器的鋼水，防止二次氧化產(chǎn)生氧化物類的夾雜。浸入式水口碗部加裝纖維密封墊，另外優(yōu)化碗口部位和滑塊下部間的配合，保證兩者之間面接觸良好，減少此部位的吸氣量。

3）中包液面和結(jié)晶器液面。中包液面采用中包保溫劑，保證黑液面操作，一是保溫的作用，二是防止鋼液裸露與空氣產(chǎn)生二次氧化。結(jié)晶器液面保護渣保護，保護渣渣層厚度保證一定量的液渣層和燒結(jié)層。

2.6 穩(wěn)態(tài)澆注存在的問題

1）為保證溫度和拉速對應關(guān)系，在爐次之間溫度出現(xiàn)波動的情況下，頻繁調(diào)整拉速對穩(wěn)態(tài)澆注造成了影響，調(diào)整的過程中液面波動變大，增大了局部卷渣的風險。從軋材情況檢驗來看，個別爐次的鑄坯中C類夾雜物有超寬超長現(xiàn)象。

2）浸入式水口的使用壽命偏短，目前6 h的更換周期太短，生產(chǎn)過程中因個別流出現(xiàn)事故造成8個流的水口不能統(tǒng)一上下線更換，導致中包升降頻繁，對結(jié)晶器內(nèi)的液面擾動增大，破壞液面穩(wěn)定狀態(tài)，夾渣卷渣發(fā)生的概率增大，從出現(xiàn)的C類夾雜超國標的情況可以看出。

3）塞棒的耐侵蝕度不一，控流能力不同，另外塞棒安裝調(diào)試不到位，造成開澆后個別流次的塞棒出現(xiàn)松動或控流不穩(wěn)的情況，表現(xiàn)為生產(chǎn)過程中液面波動大。

4）開澆前期溫度控制不均衡，因事故造成低溫或鋼包溫度低的情況，容易造成塞棒頭部粘結(jié)冷鋼，自動控流的情況下出現(xiàn)跳棒的現(xiàn)象，表現(xiàn)為液面波動曲線大波浪。

以上幾項問題破壞了連鑄的穩(wěn)態(tài)澆注環(huán)境，容易造成鑄坯質(zhì)量缺陷。需要針對不同的問題制定改進措施［1］。

3 鋼材夾雜物分析及優(yōu)化控制

檢驗數(shù)據(jù)選取整澆次35爐，每爐檢驗兩個樣品，對各類高倍夾雜進行統(tǒng)計分析，從檢出率和檢驗級別兩方面來看，目前B類、D類、Ds類夾雜控制較好，C類出現(xiàn)兩個樣品超內(nèi)控指標，A類細系的硫化物檢出率偏高。在客戶拉拔使用的過程中未出現(xiàn)大量斷絲等異常情況，而是個別出現(xiàn)筆尖斷口和斜平斷口，由此斷定A類細系檢出率高對質(zhì)量不造成影響。從檢驗級別范圍來看，C類夾雜物級別最高有超內(nèi)控的情況，其余全部滿足內(nèi)控要求。因此，僅對檢出率高的A類、B類、C類夾雜物進行分析，具體見表6。

表6 SWRH82B鋼70個樣品中各類夾雜物檢驗情況

3.1 A類硫化物夾雜控制情況

鋼在脫氧過程中，一定含量的錳與硫生成了硫化錳夾雜物。硫化物的形態(tài)和分布可分為3類：球形、長條扇形以及成塊狀無規(guī)則分布。從對鋼材性能的影響方面考慮，球形對鋼材性能的影響最小。因此控制措施：一是控制鋼中硫含量，提高脫硫效率；二是促使鋼中長條和塊狀的硫化物轉(zhuǎn)變?yōu)榍蛐?。改變硫化物的形態(tài)主要取決于鋼中氧和微合金元素，生產(chǎn)中主要是控制脫硫率降低鋼中硫含量。鋼中硫含量最高0.016%，平均0.009 2%，具體控制情況見圖2。

圖2 SWRH82B鋼中S含量控制情況

3.2 B類氧化鋁夾雜控制情況

鋼中氧化物系夾雜物的來源主要是脫氧產(chǎn)物和鋼的二次氧化、卷渣及耐火材料內(nèi)襯侵蝕等情況造成的［2］。采取的措施主要有，轉(zhuǎn)爐提高終點碳含量，采用LF全程脫氧、改變精煉渣系、延長底吹氬氣攪拌、精煉小電流小電壓通電低溫保溫調(diào)成分。

1）精煉升溫曲線調(diào)整。由原來的進站大電流大電壓快速提溫，轉(zhuǎn)為小電流小電壓緩慢升溫，以減輕高溫對鋼包內(nèi)襯耐火操作的剝蝕，根據(jù)成分調(diào)整及節(jié)奏的控制，后期升溫軟吹出站。

2）提高轉(zhuǎn)爐終點碳含量。主要采用高拉碳法，將轉(zhuǎn)爐的終點碳在保證去磷的前提下，盡量拉高出鋼，以減少鋼中含氧量。

高拉碳依據(jù)脫磷理論，采用脫磷的經(jīng)典計算公式，即黑勒公式（公式1）和復吹轉(zhuǎn)爐脫磷經(jīng)驗公式（公式2），分析復吹轉(zhuǎn)爐煉鋼條件下脫磷過程的主要影響因素和脫磷限度：

熔池反應：2［P］+5［O］=（P2O5）；渣鋼反應：（P2O5）+3（CaO）=（3CaO·P2O5）。根據(jù)上述反應，可計算出渣、鋼間磷的分配系數(shù)。溫度對渣鋼間磷分配系數(shù)的影響見圖3。

圖3 溫度對渣鋼間磷分配系數(shù)的影響

高拉碳操作主要是保證前期的低溫去磷效果，通過適當加入化渣劑促進前期早開渣，過程渣化好，防止粘槍。改進后的終點碳提升明顯，平均0.22%，最高到0.42%，見圖4。

圖4 SWRH82B鋼高拉碳操作后終點碳控制情況

3.3 C類硅酸鹽夾雜控制情況

C類硅酸鹽夾雜具有高的延展性，有較寬范圍形態(tài)比（一般≥3），呈單個黑色或深灰色，一般端部呈銳角。如硅酸亞錳2MnO·SiO2、硅酸亞鐵2FeO·SiO2、鐵錳硅酸鹽（mFe0·Mn0·SiO2）等。對檢驗超標的C類夾雜做高倍電鏡分析，夾雜物中均含有F、Na等堿金屬元素，由此斷定應為連鑄結(jié)晶器內(nèi)鋼液的穩(wěn)態(tài)被破壞后，保護渣卷入鋼中形成的硅酸鹽類雜質(zhì)，具體見圖5［3］。

圖5 SWRH82B鋼C類夾雜物掃描電鏡分析結(jié)果

3.4 精煉渣優(yōu)化調(diào)整

從精煉渣的調(diào)整來看，適當增大了堿度，提高了Al2O3含量。生產(chǎn)過程中增加鋁含量高的精煉渣加入量，在精煉化渣的過程中適當添加石灰調(diào)整合適的渣黏稠度。優(yōu)化前后的精煉渣組成見表7。

表7 精煉渣優(yōu)化前后組成 %

優(yōu)化后的精煉渣系易于吸收鋼中氧化類夾雜物，脫硫效果良好；但熔點較高，黏度較大，容易形成高熔點不變形的硅酸鹽類夾雜物，對C類夾雜的產(chǎn)生有一定影響［4］。

3.5 氮氧含量控制情況

取樣分析鋼中N、O含量，平均N為0.002 9%，平均O為0.002 5%，統(tǒng)計情況見圖6、圖7。個別爐次控制氧含量不穩(wěn)定，氧含量超高；氮含量控制較為穩(wěn)定。

圖6 SWRH82B鋼中氮含量控制情況

圖7 SWRH82B鋼中氧含量控制情況

4 成本控制措施

1）轉(zhuǎn)爐工序采用高拉碳法，提高轉(zhuǎn)爐的出鋼碳含量，以減少增碳用電極粒的加入量，降低成本。在條件允許的情況下應最大限度拉高碳，以減少電極粒的使用。

2）轉(zhuǎn)爐吹煉過程加入化渣劑，提高終點化渣的能力，降低渣中M-Fe含量，降低成本。

3）提高進站溫度，進精煉采取小電流小電壓緩慢升溫的方式，取代大電流大電壓升溫，以降低精煉電耗，降低噸鋼成本。

5 存在的問題及改進方向

1）C類夾雜的超標問題。從連鑄穩(wěn)態(tài)入手，提高水口的使用壽命，減少生產(chǎn)過程中水口的更換次數(shù)。單個流在更換水口時，需起升中包造成多個流的浸入式水口插入不足，影響連鑄穩(wěn)態(tài)。

2）進一步優(yōu)化精煉渣系，減少夾雜影響。

3）針對用戶使用過程中出現(xiàn)的問題開展攻關(guān)，一是筆尖斷口的形成原因及控制措施；二是拉拔時出現(xiàn)的斜平斷口裂紋。

參考文獻：

［1］ 常鍔.連鑄過程鋼中夾雜物行為的研究［D］.武漢：武漢科技大學，2003.

［2］ 薛正良，劉振清，韓俊，等.鋼簾線用高碳鋼（82B）氧化物夾雜控制熱力學［J］.煉鋼，2002，18（2）：31-34.

［3］ 卓曉軍，王立峰，王新華，等.簾線鋼中MnO-SiO2-Al2O3類夾雜物生成條件的探討［C］//冶金工程科學論壇.2004.

［4］ 德國鋼鐵工程師協(xié)會.渣圖集［M］.王儉，彭堉強，毛裕文，譯.北京：冶金工業(yè)出版社，1989.