重軌鋼冶煉過(guò)程中夾雜物的控制研究

劉祥

（鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院，遼寧 鞍山 114009）

我國(guó)鐵路現(xiàn)處于大跨越大發(fā)展的時(shí)代，尤其是高速鐵路的建設(shè)正邁向新的臺(tái)階，時(shí)速200 km/h以上的線路主型鋼軌正在更換每支鋪100 m長(zhǎng)60 kg/m的重型鋼軌，這就對(duì)重軌鋼的質(zhì)量提出了更高的要求［1］。鋼液中的夾雜物會(huì)嚴(yán)重破壞重軌鋼基體的連續(xù)性，是誘發(fā)重軌鋼質(zhì)量缺陷的重要因素［2-3］。重軌鋼針對(duì)夾雜物控制方面的要求非常嚴(yán)格，A類夾雜物要求2.0級(jí)以下，B類夾雜物要求1.0級(jí)以下。鞍鋼在重軌鋼生產(chǎn)過(guò)程中，由于煉鋼連鑄原材料波動(dòng)、設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定、過(guò)程操作異常等造成重軌鋼夾雜物超標(biāo)，導(dǎo)致重軌鋼探傷不合格，傷軌率曾一度高達(dá)0.35%。因此，對(duì)原生產(chǎn)工藝進(jìn)行了優(yōu)化，顯著提高了重軌鋼中夾雜物的控制水平，降低了傷軌率。

1 生產(chǎn)工藝和存在的問(wèn)題

鞍鋼重軌鋼生產(chǎn)工藝路線為：鐵水預(yù)處理脫硫→100 t氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐冶煉→鋼包精煉爐（LF）精煉→真空脫氣爐（雙工位VD爐）脫氣→大方坯連鑄機(jī)澆鑄→熱送大型加熱爐→軋制→鋼軌在線全程淬火→預(yù)彎→矯直→超聲波探傷→表面檢查。煉鋼過(guò)程中，鐵水硫含量高直接影響出鋼成分進(jìn)而影響精煉的處理，最終導(dǎo)致生產(chǎn)的波動(dòng)，造成傷軌的出現(xiàn)。重軌鋼要求全部鐵水脫硫，而受實(shí)際生產(chǎn)條件的影響，轉(zhuǎn)爐出鋼硫含量受鐵水硫含量的制約，很難控制在0.020%以下，從而影響LF爐脫硫，導(dǎo)致LF爐攪拌時(shí)間和攪拌量增加，A類夾雜物增加。同時(shí)夾雜物上浮不徹底，澆注時(shí)夾雜物隨鋼水卷入鑄坯內(nèi)部，探傷時(shí)產(chǎn)生傷軌的幾率增大。所以，目前煉鋼過(guò)程主要是控制夾雜物，特別是硅酸鹽夾雜。

2 改進(jìn)措施及效果

為了提高鋼水純凈度減少傷軌的發(fā)生，主要從兩個(gè)方面控制鋼水中的夾雜物：一是控制整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程以減少夾雜物的數(shù)量；二是VD真空處理后期弱吹和增加VD處理后至上機(jī)前的靜置時(shí)間，使夾雜物有一定的動(dòng)力學(xué)條件和充分上浮的時(shí)間。協(xié)調(diào)好前后生產(chǎn)工序的銜接和控制時(shí)間節(jié)點(diǎn)有利于提高LF精煉的效率，降低鋼液中的硫含量。

2.1 采用KR攪拌法預(yù)處理脫硫

鐵水預(yù)脫硫是冶煉高品質(zhì)鋼、提高產(chǎn)品質(zhì)量、減輕后道工序生產(chǎn)壓力以及降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)超低硫鋼生產(chǎn)的重要手段［4-5］。為最大限度地降低鋼中S含量，減輕A類夾雜物對(duì)重軌鋼的危害，將原先的鎂鈣混合噴吹脫硫改為KR攪拌法脫硫，脫硫劑平均用量7.5 kg/t鋼 （脫硫劑中氧化鈣:氟化鈣=9.5:0.5）。若鐵水初始S含量過(guò)高，則加大渣料的加入量至10～12 kg/t鋼左右進(jìn)行脫硫。

2.2 精煉渣組份優(yōu)化

精煉渣長(zhǎng)時(shí)間與鋼液接觸，能夠吸收鋼液中上浮的夾雜物，起到凈化鋼液的作用［6-7］。為控制重軌鋼中的夾雜物，對(duì)精煉渣成分進(jìn)行了優(yōu)化，形成了重軌鋼專用精煉渣系，其成分及堿度見表1。

表1 重軌鋼專用精煉渣成分及堿度Table 1 Compositions of Refining Slag for Heavy Rail Steel and its Basicity

由表1看出，重軌鋼專用精煉渣的堿度得到了適當(dāng)?shù)奶岣撸@有利于Al2O3（B類）夾雜物的控制。表2為精煉渣優(yōu)化前后重軌鋼中夾雜物的對(duì)比，從表2中可以看出，優(yōu)化后鋼中夾雜物主要為球、點(diǎn)狀的硫化物夾雜，夾雜物的數(shù)量降低了8.31個(gè)/mm2，夾雜物的尺寸降低了約 20 μm，這對(duì)重軌鋼的生產(chǎn)十分有利。

表2 精煉渣優(yōu)化前后重軌鋼中夾雜物的對(duì)比Table 2 Comparison of Inclusions in Heavy Rail Steel before and after Optimization of Refining Slag

表3為精煉渣優(yōu)化前后夾雜物評(píng)級(jí)的對(duì)比，從表3中可以看出，優(yōu)化后A類和B類夾雜物的評(píng)級(jí)提高了0.5級(jí)。

表3 精煉渣優(yōu)化前后鋼中夾雜物評(píng)級(jí)的對(duì)比Table 3 Comparison of Grades on Inclusions in Heavy Rail Steel before and after Optimization of Refining Slag

2.3 工藝優(yōu)化

（1）轉(zhuǎn)爐出鋼結(jié)束到吊罐時(shí)間不超過(guò)3 min；從吊罐到坐精煉鋼水渡車時(shí)間為：轉(zhuǎn)爐爐后扒渣罐次不超過(guò)18 min，非扒渣罐次不超過(guò)12 min；坐精煉鋼水渡車到坐LF爐鋼包車時(shí)間不超過(guò)12 min。

（2）生產(chǎn)組織中，首罐開澆前15 min轉(zhuǎn)爐第4爐鋼水出鋼，第2罐開澆前15 min轉(zhuǎn)爐第5爐鋼水出鋼，依此類推至尾罐。

（3）除外界或設(shè)備原因外，轉(zhuǎn)爐每爐鋼熔煉時(shí)間控制不大于35 min，控制關(guān)鍵點(diǎn)為出鋼硫含量和掛罐溫度，杜絕連續(xù)兩罐鋼水硫含量大于0.015%或者掛罐溫度低于1 585℃，避免增加LF處理負(fù)擔(dān)。

（4）除外界、設(shè)備原因、鋼水條件惡劣（出鋼后溫度低于標(biāo)準(zhǔn)12℃以上、出鋼硫含量高于成品0.012%以上）及大罐吹氬效果不好等情況以外，LF爐處理周期不大于30 min。

（5）精煉時(shí)若出現(xiàn)因某罐鋼水條件惡劣等情況而影響生產(chǎn)節(jié)奏時(shí)，要做好生產(chǎn)組織，確保下一罐鋼水進(jìn)VD的時(shí)機(jī)（可以先進(jìn)VD）及充足的壓力，弱吹，開澆前靜置時(shí)間共20 min以上。

2.4 取得的效果

通過(guò)采取上述措施，重軌鋼中的硫含量得到了有效控制。對(duì)高速重軌鋼夾雜物進(jìn)行了跟蹤，結(jié)果為A類夾雜小于等于2.0級(jí)的比例從85.5%提升至90.3%，B、C、D類夾雜小于等于1.0級(jí)的比例從94.5%提升至99.1%，夾雜物控制水平明顯提高，重軌鋼傷軌率由0.35%降至平均0.25%以下。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)采取KR攪拌法進(jìn)行鐵水預(yù)處理脫硫，重組精煉渣組份、VD弱吹并靜置20 min以上、優(yōu)化轉(zhuǎn)爐冶煉和LF精煉工藝等措施，鞍鋼生產(chǎn)的重軌鋼中A類夾雜小于等于2.0級(jí)的比例從85.5%提升至90.3%，B、C、D類夾雜小于等于1.0級(jí)的比例從94.5%提升至99.1%。夾雜物控制水平明顯提高，重軌鋼傷軌率由0.35%降至平均0.25%以下。