焊絲鋼H08A煉鋼工藝開(kāi)發(fā)實(shí)踐

孫福來(lái)

（天津鋼鐵集團(tuán)有限公司，天津 300301）

0 引言

天津鋼鐵集團(tuán)有限公司（下稱天鋼）煉鋼廠裝備有3 座120t 頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐，3 座120t LF 爐，1 座120t VD 爐，2 臺(tái)方圓坯連鑄機(jī)，2 臺(tái)板坯連鑄機(jī)，設(shè)備裝備水平較高，這為品種鋼冶煉提供有利條件。天鋼根據(jù)現(xiàn)有工藝、裝備對(duì)H08A 焊絲鋼進(jìn)行了開(kāi)發(fā)。H08A 屬于低碳鋼，同時(shí)要求鋼中硅含量低，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)鋼水氧含量高，這就使得后面工序如果鋼水保護(hù)隔絕做的不好，一旦接觸空氣，就很容易增氧。因此在整個(gè)冶煉過(guò)程中控制好鋼水氧含量是開(kāi)發(fā)H08A焊絲鋼的關(guān)鍵。

本文結(jié)合天鋼現(xiàn)有煉鋼裝備和H08A焊絲鋼的特點(diǎn)制定了生產(chǎn)工藝路線，對(duì)H08A 焊絲鋼成分控制要求進(jìn)行了分析，同時(shí)對(duì)H08A 焊絲鋼生產(chǎn)過(guò)程中的難點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行了探討，從轉(zhuǎn)爐工藝操作、鋼水氧含量控制、脫氧工藝等方面制定了相應(yīng)的優(yōu)化措施，并對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐效果進(jìn)行了總結(jié)。

1 H08A焊絲鋼生產(chǎn)工藝路線

H08 系列焊絲鋼根據(jù)S、P 含量不同分為A、E、C 3 級(jí)，H08A 在H08 系列焊絲鋼中的硫、磷含量要求不是很高。因此，根據(jù)H08A 鋼種特點(diǎn)和成分控制要求制定了煉鋼工藝路線，天鋼H08A 煉鋼產(chǎn)生工藝路線如圖1所示。

圖1 H08A煉鋼生產(chǎn)工藝路線

2 H08A焊絲鋼冶煉控制要求

2.1 成分控制要求

2.1.1 C成分控制

焊絲鋼中如果C 含量過(guò)高，焊縫的裂紋傾向增加，而且沖擊韌性下降，但是C 含量過(guò)低就會(huì)導(dǎo)致焊絲過(guò)軟，焊藥擠壓困難，焊縫的金屬?gòu)?qiáng)度不夠。因此H08A 鋼C 含量要求控制在0.06～0.08%的范圍。實(shí)際我們將C 成分設(shè)定在≤0.08%，0.06～0.08%作為內(nèi)控要求。

當(dāng)轉(zhuǎn)爐出鋼C 成分小于0.04%時(shí)，可根據(jù)實(shí)際冶煉情況適當(dāng)加入鋁進(jìn)行脫氧；而當(dāng)碳成分不小于0.04%時(shí)，可不加鋁塊，靠鋁錳鐵中鋁進(jìn)行鋼水脫氧。如果碳成分過(guò)低時(shí)，可根據(jù)實(shí)際冶煉情況在出鋼過(guò)程中適當(dāng)加入增碳劑。

2.1.2 Si、Mn成分控制

Si 成分在鋼中會(huì)影響焊絲鋼的冷拔加工性能，并降低焊絲鋼的焊縫塑性。因此，H08A 鋼的Si 成分要求不大于0.03%。

Mn 成分在鋼中可以提高焊絲鋼的焊縫抗拉強(qiáng)度，同時(shí)提高塑形、韌性以及焊縫的抗裂能力，因此，H08A鋼的Mn成分設(shè)定為0.45～0.57%。

鋼水中的Si、Mn 等主要元素是通過(guò)配加合金來(lái)進(jìn)行成分控制的。在合金化操作中，通過(guò)合金中C 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算，使用中碳錳鐵和鋁錳鐵來(lái)進(jìn)行鋼水中增Mn，并根據(jù)冶煉的終點(diǎn)C 含量，合金增C應(yīng)符合碳成分控制要求。需要注意的是在配合金時(shí)應(yīng)注意終點(diǎn)鋼水中的殘Mn含量。

2.1.3 S、P成分控制

S含量越高，焊絲鋼焊縫的熱裂傾向越大，而且更容易使焊縫產(chǎn)生氣孔。而P 含量越高，焊縫的冷裂傾向增大，同時(shí)低溫沖擊性能降低。另一方面，在H08 類鋼材中，根據(jù)S、P 含量的不同對(duì)此類鋼進(jìn)行了分級(jí)，磷、硫含量越低，鋼種的級(jí)別越高。因此冶煉H08A時(shí)，要求S、P含量要求不大于0.025%。

綜上所述，焊絲鋼H08A 化學(xué)成分為表1 所示。另外由于工藝路線不過(guò)精煉，而且沒(méi)有鐵水預(yù)處理的情況下，只能要求鐵水中硫含量要小于0.025%。實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐中，鐵水中硫成分控制穩(wěn)定，符合生產(chǎn)要求。

表1 H08A化學(xué)成分

2.2 轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度控制要求

焊絲鋼H08A 由于低碳低硅，因此液相線溫度相對(duì)于其他鋼種要高許多，而且設(shè)定工藝要求不過(guò)LF 精煉，這就使得轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度不能太低。但是轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度過(guò)高，會(huì)降低磷在鋼-渣中的分配比，影響鋼水脫磷，這就要求鋼水在冶煉過(guò)程中要為脫磷創(chuàng)造有利條件。

因此在實(shí)際冶煉前期，需要操槍工降低槍位，快速提高熔池溫度，以實(shí)現(xiàn)前期快速成渣，這樣可在脫磷的有效溫度1450～1500℃時(shí)，實(shí)現(xiàn)高效脫磷。隨著熔池溫度的升高，會(huì)降低磷在鋼-渣中的分配比，出現(xiàn)“返磷”現(xiàn)象，但是生產(chǎn)實(shí)踐證明，良好的轉(zhuǎn)爐渣控制可以彌補(bǔ)終點(diǎn)溫度高帶來(lái)的不利影響。

2.3 轉(zhuǎn)爐造渣控制要求

脫磷是H08A 冶煉工藝的最重要任務(wù)，而造渣是鋼水脫磷的關(guān)鍵。普遍認(rèn)為，高的渣堿度、高的氧化性、大渣量，較低的鋼水溫度是鋼水有效脫磷的條件，但是在一般煉鋼過(guò)程中，渣的堿度過(guò)高，會(huì)造成渣的粘度過(guò)高、流動(dòng)性不好，反而不利于脫磷。因此在H08A 冶煉過(guò)程中，我們要控制加入的造渣料，使轉(zhuǎn)爐渣穩(wěn)定到合適的堿度，另一方面可以通過(guò)加入鐵礦或采用高槍位供氧來(lái)增加渣的氧化性[1]，使轉(zhuǎn)爐渣盡量達(dá)到有效脫磷的目的。表2 是冶煉焊絲鋼H08A時(shí)轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)渣樣的分析。

表2 焊絲鋼H08A轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)渣樣

2.4 鋼水脫氧控制要求

H08A 焊絲鋼由于含C 量、含Si 量低，鋼水極易吸氧，如果用鋁進(jìn)行鋼水脫氧，鋼水中氧很難控制，吸氧過(guò)多會(huì)產(chǎn)生皮下氣泡，另外，在澆鑄過(guò)程中氧會(huì)與鋼水中鋁反應(yīng)，生成氧化物，使水口處結(jié)瘤，造成澆鑄中斷。因此，使用鋁錳鐵代替鋁進(jìn)行鋼水脫氧。在使用鋁錳鐵的過(guò)程中，要考慮其錳含量來(lái)配高碳錳鐵。

為了使操作更為簡(jiǎn)便，轉(zhuǎn)爐爐后（已進(jìn)行脫氧合金化3 分鐘后）需定氧，目標(biāo)控制范圍50～200ppm。根據(jù)定氧結(jié)果，在吹氬喂絲站進(jìn)行喂鋁線操作，喂鋁線結(jié)束后3 分鐘，再次定氧，定氧達(dá)到35～55ppm 的目標(biāo)值后，立即加覆蓋劑，同時(shí)必須保證軟吹效果和不小于8分鐘的軟吹時(shí)間。

3 H08A生產(chǎn)中的問(wèn)題及解決方案

3.1 轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)控制問(wèn)題

由于H08A 鋼生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)不經(jīng)過(guò)LF 精煉的，因此轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)控制成為冶煉H08A的關(guān)鍵。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，出現(xiàn)的問(wèn)題主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：

3.1.1 終點(diǎn)磷的控制

由于焊絲鋼H08A 鋼種和生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，要求轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)出鋼溫度要控制到較高的溫度。而提高了終點(diǎn)出鋼溫度，就意味著熔池溫度升高，也就降低了磷在渣中的分配系數(shù)，對(duì)鋼水脫磷不利。但鋼水溫度的升高有利于降低轉(zhuǎn)爐渣的粘度，使石灰熔化更容易，這又是有利于轉(zhuǎn)爐脫磷的，但是隨著轉(zhuǎn)爐渣粘度的降低，出鋼也更容易出現(xiàn)下渣現(xiàn)象，造成鋼水回磷。

3.1.2 終點(diǎn)溫度的控制

根據(jù)H08A 鋼種的液相線溫度反推吹氬站溫度和鋼水脫氧合金化后溫度，以及轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度，同時(shí)在整個(gè)生產(chǎn)工序中要考慮出鋼過(guò)程的溫降、脫氧合金化產(chǎn)生的溫降、鋼包與鋼水溫度差異產(chǎn)生的溫降、吊運(yùn)過(guò)程產(chǎn)生的溫降、喂線軟吹造成的溫降等因素，最終設(shè)定轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度在1650～1680℃。

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，轉(zhuǎn)爐吹煉后期有部分爐次溫度大于1700℃，最高溫度爐次達(dá)到1723℃。過(guò)高的轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度除了影響關(guān)鍵工藝的執(zhí)行，還不利于生產(chǎn)節(jié)奏。

3.1.3 脫氧劑的加入

轉(zhuǎn)爐出鋼時(shí)，當(dāng)鋼水鋪滿包底時(shí)首先加入鋁塊，然后按鋁錳鐵、中碳錳鐵的順序加入，最后對(duì)鋼水進(jìn)行測(cè)溫、取樣、定氧，鋼水氧目標(biāo)為50～200ppm。如果定氧結(jié)果小于50ppm，連鑄澆鑄過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量結(jié)瘤，造成澆鑄中斷。H08A 鋼種澆鑄過(guò)程中塞棒開(kāi)度趨勢(shì)圖如圖2所示。由圖2可以看出H08A 鋼種澆鑄過(guò)程中塞棒開(kāi)度一直是上升趨勢(shì)，這說(shuō)明澆鑄過(guò)程中水口因結(jié)瘤在不斷縮小。

圖2 澆鑄過(guò)程連鑄塞棒趨勢(shì)圖

3.2 轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)控制問(wèn)題解決方案

針對(duì)上述問(wèn)題，提出相應(yīng)的解決方案：

（1）加強(qiáng)操槍工技術(shù)水平，使渣堿度達(dá)到2.5～3.5，不要太大渣量，適量加入鐵皮調(diào)節(jié)渣的氧化性，最終達(dá)到彌補(bǔ)因轉(zhuǎn)爐出鋼溫度過(guò)高造成的不利于脫磷的目的。

（2）對(duì)于轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)出鋼溫度高、磷符合出鋼要求的爐次，可加入返礦進(jìn)行降溫，并對(duì)鋼水進(jìn)行補(bǔ)吹約30 秒；對(duì)于出鋼溫度高且脫磷不符合出鋼要求的爐次，加入石灰石和石灰（根據(jù)實(shí)際冶煉情況加入）進(jìn)行降溫、脫磷；對(duì)于出鋼溫度不高且脫磷不符合工藝要求的，加入石灰來(lái)增加堿度脫磷（加入量根據(jù)實(shí)際情況加入）。

另外，如果鐵水磷含量過(guò)高，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)分析，認(rèn)為不能通過(guò)單渣工藝達(dá)到的去除磷的目的，根據(jù)需要還可以采用雙渣冶煉工藝，通過(guò)倒掉部分含磷量高的前期渣并二次造渣，使H08A 鋼終點(diǎn)溫度和磷含量達(dá)到出鋼要求。

（3）為防止鋼水中氧含量過(guò)低，規(guī)定爐后脫氧劑最多加3 袋（30Kg）。生產(chǎn)實(shí)踐證明，一般情況爐后出鋼氧含量控制在100～200ppm，對(duì)于個(gè)別爐次超過(guò)200ppm 的爐次，根據(jù)每米鋁線去氧量，在爐后吹氬喂絲站調(diào)整鋁線喂入量，實(shí)現(xiàn)最終氧含量35～55ppm的控制目標(biāo)。

4 生產(chǎn)實(shí)踐結(jié)果

4.1 化學(xué)成分情況

在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，由于H08A 焊條鋼設(shè)計(jì)的工藝路線不過(guò)精煉，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)成分控制是H08A 生產(chǎn)的重要控制環(huán)節(jié)。因此，化學(xué)成分方面應(yīng)同時(shí)關(guān)注成品成分和轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)成分。生產(chǎn)試驗(yàn)爐次的轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)成分見(jiàn)表3，相對(duì)于的成品成分見(jiàn)表4。

表3 轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)成分

表4 成品成分

4.2 低倍情況

對(duì)H08A 焊絲鋼鑄坯取低倍樣觀察，低倍情況良好，符合客戶需求（見(jiàn)圖3）。

圖3 H08A低倍照片

4.3 性能指標(biāo)情況

對(duì)H08A 焊絲鋼盤(pán)條進(jìn)行取樣分析，各性能指標(biāo)符合質(zhì)量要求（見(jiàn)表5）。

表5 H08A性能檢測(cè)指標(biāo)

5 結(jié)語(yǔ)

H08A 焊絲鋼的生產(chǎn)實(shí)踐表明，不過(guò)LF 精煉爐，采用轉(zhuǎn)爐+吹氬喂絲工藝生產(chǎn)H08A焊絲鋼是可行的，產(chǎn)品的化學(xué)成分、低倍質(zhì)量以及盤(pán)條性能指標(biāo)完全能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定和用戶需求，也為今后品種開(kāi)發(fā)提供了經(jīng)驗(yàn)借鑒。

（1）由于此鋼種的特點(diǎn)和工藝路線設(shè)定的限定，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)控制成為整個(gè)冶煉環(huán)節(jié)的關(guān)鍵點(diǎn)。通過(guò)制定合理的造渣和補(bǔ)吹制度，更好的實(shí)現(xiàn)了H08A 焊絲鋼的轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)控制目標(biāo)，其中包括工藝要求的出鋼溫度和轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)碳、磷成分的準(zhǔn)確控制。出鋼碳控制在0.04～0.06%的范圍，出鋼磷控制在0.018%，能夠滿足成品鋼的成分要求。

（2）通過(guò)低倍和軋制性能指標(biāo)顯示，冶煉的焊絲鋼H08A符合產(chǎn)品質(zhì)量要求，達(dá)到客戶使用標(biāo)準(zhǔn)。

（3）此次通過(guò)對(duì)焊絲鋼工藝開(kāi)發(fā)的實(shí)踐，為今后開(kāi)發(fā)更高級(jí)別的焊絲鋼或是類似鋼種開(kāi)發(fā)提供寶貴經(jīng)驗(yàn)。