LF精煉爐生產(chǎn)E+級鋼的工藝實踐

王雪 賈長江

摘 要：近年來，隨著鐵路貨車"提速、重載"不斷的發(fā)展，對鐵路貨車整車及零部件的制造質(zhì)量要求也越來越高，特別是出口車。車鉤作為鐵路貨車鉤緩部分的重要連接部件，在貨車重車運行中承受著較大拉伸應(yīng)力及沖擊應(yīng)力，運行中容易發(fā)生斷裂。為進(jìn)一步提高車鉤類鑄鋼件質(zhì)量，保證出口貨車重載工況下鐵路貨車的行車安全，通過LF精煉工藝生產(chǎn)E+級鋼車鉤產(chǎn)品，降低鋼水[P]、[S]、[O]、[N]含量，降低夾雜物數(shù)量，控制夾雜物尺寸和形態(tài)，均勻鋼水化學(xué)成分和溫度，鑄鋼件的性能指標(biāo)達(dá)到同行業(yè)世界先進(jìn)水平。

關(guān)鍵詞：EBT；弱攪拌； LF精煉；熔氧結(jié)合工藝；夾雜物

我國至今已向澳大利亞力拓公司、BHP公司、FMG公司和巴西淡水河谷公司生產(chǎn)了近2萬輛礦石車。最大的礦石車編組為240輛/列，總牽引重量為3.84萬噸，為大秦線總牽引重量的1.7倍，其運用車鉤產(chǎn)品已經(jīng)達(dá)到了35噸、37噸和40 噸軸重，可見其運行工況非常惡劣。從技術(shù)上看，對鑄鋼件質(zhì)量日益苛刻的要求主要表現(xiàn)在純潔度高，各向異性小，合金成分范圍窄等方面。由于傳統(tǒng)煉鋼方法合金的收得率波動很大，所以鋼的化學(xué)成分范圍較寬。同鋼種的不同爐號性能差別較大。夾雜含量高，加之在鋼中存在形態(tài)無法控制，必然導(dǎo)致鋼的機(jī)械性能在不同方向上存在較大的差異。齊齊哈爾車輛有限公司研究開發(fā)了鐵路貨車高端車鉤鑄件新鋼種E+級鋼，傳統(tǒng)的煉鋼設(shè)備和煉鋼工藝難以滿足新鋼種的工藝要求，通過精煉技術(shù)提高鑄鋼件質(zhì)量是鐵路鑄鋼件生產(chǎn)發(fā)展的必然趨勢，偏心底出鋼電弧爐的留鋼留渣操作，可實現(xiàn)無渣出鋼，鋼流短且呈直線狀，為精煉爐提供優(yōu)質(zhì)鋼液。LF爐精煉具有精確控制鋼水成分和澆注溫度，降低鋼中[O]、[P]、[S]含量，降低鋼中夾雜物含量和改變夾雜物形態(tài)等功能。

1工藝流程及主要設(shè)備參數(shù)

主要生產(chǎn)工藝流程：電弧爐準(zhǔn)備、鋼包準(zhǔn)備、原輔材料準(zhǔn)備→補(bǔ)爐→裝料→熔化→氧化→出鋼→LF精煉→喂線→熱裝塞桿→引流澆注

EBT電弧爐及鋼包爐（LF）的主要技術(shù)參數(shù)見表1。生產(chǎn)主要產(chǎn)品如圖1

2 主要研究內(nèi)容

2.1 E+級鋼化學(xué)成分中P、S、Al的控制，通過LF鋼包精煉可以更加精確的控制P、S、Al的化學(xué)成分。機(jī)械性能及氣體含量要求見表2

2.2操作過程控制

2.2.1磷的控制

E+級鋼要求P≤0.015%，初煉爐留鋼留渣操作，熔氧結(jié)合工藝，造高堿度、強(qiáng)氧化性、流動性良好的氧化渣，在熔氧前期溫度較低的情況下對脫磷十分有利，熔氧后期流渣操作，放掉高磷爐渣造新渣，出鋼前可控制在較低水平。多次裝料在最后一次裝料前根據(jù)前期流渣情況部分放渣，一般為渣量的10%-30%。去磷操作應(yīng)在熔氧前期基本完成，保證爐渣的堿度的氧化性，及時補(bǔ)加石灰和吹氧操作，及時放掉高磷爐渣，以免后期發(fā)生返磷。在磷能達(dá)到要求的情況下應(yīng)盡量避免補(bǔ)加渣料和流渣。全爐所需渣料盡可能在全熔前加完，特殊情況（如全熔P高或低P鋼），全熔后可進(jìn)行換渣操作。整個熔化、氧化過程渣量要達(dá)到3%-4%，前期渣量大，后期偏小，堿度達(dá)到2-3。熔氧前期大渣量脫磷，不斷流渣，及時放掉高磷爐渣并造新渣。自動流渣后，及時補(bǔ)加石灰和碳粉組成的泡沫渣料，保持爐渣的堿度和發(fā)泡能力。留鋼操作，出鋼過程不下渣，減少了后期還原的回磷。出鋼過程要保證爐體傾動速度合適，保證出鋼口上面的鋼水深度基本不變，出鋼箱內(nèi)的鋼水液位不能過高，防止鋼水從EBT填料孔溢出或者燒壞水冷盤。但鋼水液位也不能太低，否則出鋼時的渦流現(xiàn)象卷渣進(jìn)入鋼包。

2.2.2硫的控制

E+級鋼要求S≤0.015%，出鋼過程隨鋼流加入低熔點合成渣，利用鋼渣混沖擴(kuò)大脫硫反應(yīng)界面，可去除鋼中30%-50%的硫，LF精煉過程中造高堿度、低氧化性、流動性良好的爐渣，在較高溫度下利用氬氣的攪拌，硫可控制在0.010%以下甚至更低。

鋼包到位后，降下爐蓋，補(bǔ)加石灰、螢石并以中低功率供電，化渣階段中等強(qiáng)度供氬，以加速化渣并促進(jìn)鋼渣反應(yīng)。精煉過程中，總渣量保持在當(dāng)爐鋼水量的1.5%-2.5%，爐渣堿度2.5-3.5?；戤吋尤隨iC粉脫氧造渣，爐渣轉(zhuǎn)白后，高強(qiáng)供氬，促進(jìn)鋼渣界面反應(yīng)，時間控制在4-6分鐘。測溫，鋼液溫度大于1550℃時，取樣分析鋼液化學(xué)成分。升溫階段降低吹氬強(qiáng)度，造泡沫渣，以較大功率供電，促進(jìn)快速升溫。視渣況分批少量加入碳化硅粉，保持還原氣氛。白渣FeO含量小于1%，白渣保持20分鐘以上，保證充分的脫硫反應(yīng)時間。

2.2.3鋁的控制

鋁的含量控制范圍0.020%-0.050%，保證充分脫氧的同時，適量的氮化鋁起到細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度的作用。采用喂線工藝精確控制鋼水中鋁的含量。精煉結(jié)束，根據(jù)鋼水中鋁含量確定鋁線喂入量。吹氬壓力0.15-0.25MPa，根據(jù)透氣磚情況適當(dāng)調(diào)節(jié)，禁止鋼液裸露。鋁線鋁含量≥99%，鋁線直徑φ9.5mm。喂線速度70-140m/min，保證鋁線穿入鋼水內(nèi)，避免飄浮在表面燒損。喂入量0.5-0.7Kg/t（成品要求鋁含量：0.020%-0.050%）。喂線之后，采用較小吹氬量，軟吹不小于3分鐘后取樣分析鋼種全成分，合格后允許澆注產(chǎn)品。

2.2.4 [O]、[N]和夾雜物控制

熔氧期脫碳量在0.30%以上，脫碳速度控制在0.01-0.03%/min，保證熔池均勻活躍的沸騰，去除鋼液氣體（氫和氮）及夾雜物。鋼水中碳氧反應(yīng)生成CO氣泡，并在鋼液中上浮。這些CO氣泡對于熔解在鋼中的[H]、[N]就是一個真空室，鋼中的氫和氮將不斷向CO氣泡擴(kuò)散，隨氣泡上浮而帶出熔池。同時懸浮在鋼液中的SiO2、TiO2、Al2O3等細(xì)小固體夾雜物，在氧化性的鋼液中易形成FeO·SiO2、FeO·TiO2和FeO·Al2O3等低熔點大顆粒夾雜物，在沸騰的鋼液中夾雜物容易相互碰撞形成更大的夾雜物，并上浮到渣中被爐渣吸收。CO氣泡在上浮過程中，其表面也會粘附一些氧化物夾雜，在鋼液沸騰時去除。

LF爐操作過程中鋼液會吸氮。在精煉溫度下，鋼液中的氮遠(yuǎn)未達(dá)到平衡，只要鋼液與大氣接觸就會吸氮，因此合理控制精煉時間，控制吹氬強(qiáng)度和高強(qiáng)度供氬時間，減少鋼液裸露時間非常重要。鋼水弱攪拌凈化處理技術(shù)是通過弱的氬氣攪拌促使夾雜物上浮，它對提高鋼水質(zhì)量起到關(guān)鍵作用。由于鋼包熔池深，鋼液循環(huán)帶入包底的夾雜和卷入鋼液的渣需要一定時間和動力促使上浮。弱攪拌不會導(dǎo)致卷渣，吹入的氬氣泡可為10微米或更小的不易排出的夾雜顆粒粘附在氣泡表面，隨著氣泡的上浮而排入渣中。弱攪拌時間為3-5min，夾雜物總量可降低50%左右。

3 生產(chǎn)實踐

2017年1-6月為BHP、FMG公司生產(chǎn)的高強(qiáng)度車鉤產(chǎn)品均采用LF精煉工藝生產(chǎn)，隨機(jī)抽取8爐車鉤產(chǎn)品統(tǒng)計P，S含量如表3，機(jī)械性能如表4，[O]、[N]及夾雜物如表5。

4 結(jié)論

1、LF精煉工藝生產(chǎn)E+鋼，鋼水成分得到較精確控制，磷可控制在0.015%以下，硫可控制在0.010以下。

2、[O]可控制在50PPm以下，[N] 可控制在80PPm以下，夾雜物數(shù)量、尺寸和形狀得到有效控制。

3、LF精煉工藝生產(chǎn)E+鋼的鐵路鑄鋼件能夠滿足國際高端鐵路貨車提速重載的發(fā)展要求。

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作者簡介：

王雪（1982-），男，工程師，從事煉鋼技術(shù)工作。