軋制電力角鋼用Q355B鋼坯生產(chǎn)實(shí)踐

李 勇，郭建峰，李炳岳，李睿翀，李海青，武 將

（呂梁建龍技術(shù)中心，山西 呂梁 032100）

呂梁建龍自2020年10月恢復(fù)生產(chǎn)以來(lái)，燒結(jié)、煉鐵、煉鋼工序關(guān)鍵設(shè)備逐漸恢復(fù)到設(shè)計(jì)水平，1800立高爐鐵水日產(chǎn)量基本達(dá)到4500噸/日左右，120噸轉(zhuǎn)爐鋼坯日產(chǎn)量基本達(dá)到5000噸/日左右，轉(zhuǎn)爐冶煉鋼種以低合金HRB400E、普碳鋼Q235為主，從下游軋鋼用戶反饋情況看，鋼坯在成分控制、鑄坯表面質(zhì)量、彎曲度等方面均滿足了軋制的需要。為更高的創(chuàng)造利潤(rùn)，結(jié)合山東、天津等地區(qū)的市場(chǎng)用戶的需要，開發(fā)了軋制電力角鋼用Q355B鋼坯，軋制電力角鋼用Q355B鋼坯對(duì)質(zhì)量要求較高，化學(xué)成分C、Si、Mn成分要求按中高限且窄區(qū)間控制，鑄坯低倍缺陷級(jí)別要求縮孔≤0.5級(jí)、裂紋級(jí)別≤0.5級(jí)、無(wú)氣泡、疏松≤1級(jí)。為滿足用戶需求，攻關(guān)小組從冶煉用原輔材料質(zhì)量管控、轉(zhuǎn)爐冶煉、鋼包吹氬、連鑄澆鑄等關(guān)鍵工序參數(shù)設(shè)計(jì)等方面開展攻關(guān)，經(jīng)過幾輪嘗試，終于開發(fā)出質(zhì)量合格用戶滿意的Q355B鋼坯，現(xiàn)將開發(fā)攻關(guān)過程及關(guān)鍵參數(shù)控制做以簡(jiǎn)介。

1 主要工裝設(shè)備及生產(chǎn)流程

1.1 工裝設(shè)備

呂梁建龍煉鋼廠現(xiàn)有120噸頂?shù)讖?fù)合吹煉轉(zhuǎn)爐1座，底吹流量數(shù)控可調(diào)吹氬站1處，R8米8機(jī)8流斷面150mm*150mm小方坯連鑄機(jī)1臺(tái)，連鑄實(shí)行全程保護(hù)澆鑄，澆鑄采用結(jié)晶器液面自動(dòng)控制技術(shù)。

（1）120噸轉(zhuǎn)爐工裝簡(jiǎn)介。

表1 120噸轉(zhuǎn)爐工藝

（2）8機(jī)8流連鑄機(jī)簡(jiǎn)介。

表2 8機(jī)8流連鑄機(jī)信息

1.2 工藝路線

（高爐鐵水）------魚雷罐-------120噸轉(zhuǎn)爐-------吹氬站鋼包全程底吹氬(≥10分鐘）---------8機(jī)8流連鑄機(jī)（150mm*150mm）------（軋鋼廠）。

1.3 Q355B化學(xué)成分

1.4 Q355B鑄坯低倍缺陷等級(jí)要求

表4 Q355B鑄坯低倍缺陷等級(jí)

2 Q355B鋼種冶煉、澆鑄工藝

針對(duì)Q355B鋼種對(duì)化學(xué)成分、鑄坯低倍組織的要求，結(jié)合現(xiàn)有工裝實(shí)際水平，制定了如下工藝制度。

2.1 轉(zhuǎn)爐冶煉工藝

（1）裝入制度。采取定量裝入制度，鐵水105噸/爐，廢鋼25噸/爐，出鋼量117±2噸/爐；鐵水條件：物理熱：1280℃～1350℃，含硅量：0.35%～0.60%，含硫量：≤0.040%；廢鋼：嚴(yán)禁使用高硫生鐵塊。

（2）供氧制度。氧氣壓力0.8MPa～0.95MPa，流量：26600 立方米/小時(shí)，開吹槍位：1.3m，化渣槍位1.45m，去碳槍位0.9m，按中--略高--中--高--低原則“恒壓變槍”控制搶位，終點(diǎn)壓槍≥50秒；底槍氮?dú)迩袚Q方式供氣，終點(diǎn)前3分鐘切換成氬氣，出鋼后濺渣時(shí)切換回氮?dú)猓粏沃У讟寶鍤饬髁浚?50立方米/小時(shí)，4支底槍在爐底不均勻布置。

（3）造渣制度。采用單渣法造渣，造渣材料：活性石灰，輕燒白云石，化渣材料：燒結(jié)礦；爐渣堿度：R=2.8～3.2，按中上限控制，渣中MgO=8.5%～10%，渣中氧化鐵：TFe=15%～18%，造渣原則：前期早化渣，過程渣化透，終渣做黏 ；當(dāng)鐵水含硫量偏上限時(shí)，采用高堿度R=3.0～3.3，大渣量等措施，提高去硫效果。

（4）溫度制度。冶煉過程按先低后高的原則進(jìn)行溫度控制，冶煉終點(diǎn)溫度：1630℃～1650℃；，鋼包采用全程加蓋方式，可實(shí)現(xiàn)紅包出鋼，根據(jù)生產(chǎn)節(jié)奏具體情況，連鑄全流生產(chǎn)時(shí)氬后溫度：1575℃±5℃，開機(jī)溫度：1620℃～1635℃。

（5）冶煉終點(diǎn)控制。為保證成品硫、磷含量合格及終點(diǎn)溫度適中，參照供氧時(shí)間、槍位高度、爐口火焰狀態(tài)等因素采用“高拉補(bǔ)吹”的方式控制冶煉終點(diǎn)，并根據(jù)“一倒樣”結(jié)果決定“補(bǔ)吹”時(shí)間，通常狀況下，冶煉終點(diǎn)C：0.08%～0.12%，S:≤0.025%,P:≤0.018%,終點(diǎn)溫度：T=1630℃～1650℃；為保證提高“一次倒?fàn)t”命中率，采用“投彈”定碳、定氧、定溫技術(shù)，有效的降低了倒?fàn)t次數(shù)。

（6）脫氧合金化。爐后脫氧劑采用復(fù)合脫氧劑硅-鈣-鋇、硅錳合金、硅鐵組合使用方法，脫氧材料在出鋼1/3～2/3時(shí)間內(nèi)隨合金溜槽緩慢加入，硅-鈣-鋇加入量0.8公斤/噸，為減少下渣對(duì)合金收得率及爐渣下渣“回磷”的影響，采用“雙擋渣”方式，及先期“擋渣帽”+后期“擋渣錐”復(fù)合擋渣，擋渣成功率可達(dá)98%左右，鋼包渣層厚度≈40mm，此方法保證了硅鐵、硅錳合金回收率的穩(wěn)定，成品合金成分溫定在Si：0.4%±3%， Mn：1.42±3%，大大降低了鋼包補(bǔ)料微調(diào)的次數(shù)。

（7）氬站鋼包吹氬。為保證脫氧劑、合金的充分熔化，鋼液成分、溫度的均勻穩(wěn)定，在出鋼時(shí)采取全程吹氬方式，出鋼時(shí)氬氣壓力：1.1MPa ，流量：400立方米/小時(shí) ；到氬站后， 氬氣壓力：0.8 MPa，前5分鐘流量：350 立方米 /小時(shí) ，后5分鐘流量：250立方米/小時(shí)；全程吹氬時(shí)間：出鋼時(shí)間+氬站時(shí)間≥13分鐘 ，充足的吹氬時(shí)間使鋼中夾雜物得以充分上浮， 軋材全氧含量約55ppm～75ppm。

2.2 連鑄澆鑄工藝

為確保連鑄澆鑄順行，連鑄坯低倍缺陷級(jí)別滿足用戶需要，制定了如下澆鑄工藝制度：

（1）中間包鋼液溫度。Q355B鋼種液相線溫度=1512℃+2℃，為杜絕縮孔缺陷，執(zhí)行低過熱度澆鑄制度，中間包溫度區(qū)間：1532℃～1545℃。

（2）拉坯速度。為保證鑄坯低倍組織缺陷達(dá)標(biāo)，拉速控制在2.4～2.8m/分鐘，杜絕高拉速。

（3）二冷比水量。二冷比水量按1.3～1.4Kg/公斤控制，同時(shí)對(duì)拉矯前溫度進(jìn)行監(jiān)控，確保拉矯前坯溫≥950℃；足輥段：一段：二段：三段=43:38:15:4 。

（4）振幅、振頻。實(shí)行小振幅高振頻控制，振幅=±4mm,振頻=120～195次/分鐘（振頻隨拉速自行調(diào)整），小振幅、高振頻對(duì)鑄坯表面振痕深度的“淺化”作用明顯，振痕深度在0.1mm～0.2mm。

（5）中間包液面高度。中間包液面高度≥500mm，有利的保證了夾雜物的上浮效果，同時(shí)對(duì)澆鑄溫度的穩(wěn)定幫助較大。中間包渣層厚度控制在60mm以內(nèi)，及時(shí)排渣，排渣完畢加保溫覆蓋劑，厚度約50mm左右。

3 生產(chǎn)過程簡(jiǎn)述

按上述工藝制度生產(chǎn)了10爐Q355B鋼坯，化學(xué)成分全部合格，部分爐號(hào)低倍組織不夠理想，成分、低倍組織如下。

（1）化學(xué)成分。

表5 生產(chǎn)過程化學(xué)成分

（2）鑄坯低倍組織缺陷。

表6 鑄坯低倍組織缺陷

10 無(wú) 0 0 0 0 內(nèi)弧少許 2.2～2.5 1532～1537 1.4

（3）鑄坯代表缺陷圖示分析。

圖1 鑄坯代表缺陷圖示

（4）鑄坯缺陷產(chǎn)生原因分析及相應(yīng)措施。通過對(duì)鑄坯低倍組織缺陷種類與連鑄工藝參數(shù)控制對(duì)應(yīng)分析，可以看出“縮孔”出現(xiàn)與中間包溫度、拉坯速度有關(guān)聯(lián)性，中間包溫度≥1540℃，拉速≥2.5m/分鐘時(shí)，鑄坯“縮孔”缺陷出現(xiàn)且級(jí)別較高，在中間包溫度在1528℃～1540℃之間，拉速在2.0～2.6m/分鐘時(shí)，“縮孔”缺陷趨于消失，呈現(xiàn)一種趨勢(shì)：即隨著中間包鋼液過熱度的降低、拉坯速度的降低，“縮孔”缺陷呈逐漸降低的趨勢(shì)，盡管試驗(yàn)的爐數(shù)（10爐）偏少，但是缺陷與連鑄工藝參數(shù)控制之間有相互關(guān)聯(lián)性還是可以分析出來(lái)的。“縮孔”產(chǎn)生的機(jī)理過程應(yīng)該是：鑄坯初生坯殼在出結(jié)晶器銅管下沿時(shí)厚度僅8mm～10mm左右，中間包鋼液過熱度高、拉坯速度快時(shí)，坯殼減薄1mm～2mm，伴隨著鑄坯下行，在二冷室中坯殼經(jīng)二次冷卻后逐漸增厚，伴隨著鑄坯下行行程的增加，坯殼內(nèi)包裹的鋼液逐漸冷凝成固態(tài)鑄坯基體組織，而由于高過熱度、高拉速鋼坯坯殼內(nèi)包裹的液態(tài)鋼液總量高于低過熱度、低拉速鋼液所形成坯殼內(nèi)液態(tài)鋼液總量，導(dǎo)致鑄坯在二冷段下行過程中，液態(tài)鋼液將熱量傳遞出去后，由液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)形態(tài)，體積整體收縮，無(wú)法填充原有坯殼內(nèi)初始空間，而拉坯速度相對(duì)又快，導(dǎo)致弧形段鑄坯上部鋼液無(wú)法及時(shí)下行“填充”，而由于鋼液熱量釋放是向四周均勻進(jìn)行的，所以鑄坯“芯部”鋼液最后冷凝成固態(tài)組織后，“芯部”呈現(xiàn)圓柱型空腔，即“縮孔”出現(xiàn)，這是類似于模鑄澆鑄過程中形成的“小鋼錠”結(jié)構(gòu)，鋼錠頂部鋼液由于熱量外傳而凝固，而頂部鋼液的初始充溢空間無(wú)法得到后續(xù)鋼液的補(bǔ)充而出現(xiàn)“空腔”，二種缺陷產(chǎn)生的機(jī)理是相同的。而減少或杜絕連鑄坯“縮孔”出現(xiàn)的措施，應(yīng)是控制好鋼液過熱度在10℃～30℃以內(nèi)，拉速2.5m/分鐘以內(nèi)（不同鋼種、不同斷面臨界拉速不同，且差異顯著，應(yīng)該具體問題具體分析）。

（5）修定工藝參數(shù)（中間包鋼液溫度、拉速）后重新生產(chǎn)。對(duì)連鑄中間包鋼液溫度（1525℃～1540℃）、拉坯速度（2～2.5m/分鐘）修定后重新生產(chǎn)了30爐Q355B鋼坯，低倍組織僅2爐“縮孔”缺陷級(jí)別最高0.5級(jí)，其它缺陷同樣沒有超過0.5級(jí)。

表7 修訂過程中工藝參數(shù)

4 結(jié)語(yǔ)

（1）對(duì)連鑄工藝參數(shù)合理控制后是可以生產(chǎn)出低倍組織合格的Q355B鑄坯的。

（2）鑄坯“縮孔”缺陷產(chǎn)生的主要原因是中間包鋼液過熱度偏高、拉速快。

（3）合理的中間包鋼液溫度是1525℃～1540℃，合理的拉坯速度是2.0～2.5m/分鐘；

（4）按修定后的要點(diǎn)批量生產(chǎn)Q355B鋼坯，完全滿足了下游用戶的質(zhì)量要求。