冷鐓鋼SWRCH22A生產(chǎn)工藝優(yōu)化與實(shí)踐

李寶龍 裘文 邢維義 羅洪彥 常軍

摘 要：介紹北營煉鋼廠在現(xiàn)有設(shè)備工藝條件下，分析生產(chǎn)冷鐓鋼SWRCH22A過程中間包水口結(jié)瘤的原因，優(yōu)化過程生產(chǎn)工藝，制定結(jié)瘤控制措施，確保軋制質(zhì)量控制。

關(guān)鍵詞：冷鐓鋼；中間包水口結(jié)瘤；Al2O3；鈣處理

OPTIMIZATION AND PRACTICE OF SWRCH22A PRODUCTION PROCESS

Li baolong? ? Qiu wen? ? Xing Weiyi? ? Luo hongyan? ? Chang jun

（Beiying Steel-making plant of BX Steel.? ? Benxi? ? 117017， China）

Abstract：The article introduces the existing equipment and process conditions of Beiying Steelmaking Plant， analyzes the reasons for nodulation at the tundish nozzle during the production of cold heading steel SWRCH22A， optimizes the process production process， and formulates nodulation control measures.

Key words： Cold heading steel; nodulation at the tundish nozzle; Al2O3; Calcium treatment

0? ? 前? ? 言

冷鐓鋼SWRCH22A是一種熱軋無扭控冷盤條，被廣泛使用于汽車、造船、裝置制造、家電、輕鋼構(gòu)造和建筑等行業(yè)，適用于制造各種高強(qiáng)度螺栓、螺母、軸承和彈簧等零件。通常要求冷鐓鋼的抗拉強(qiáng)度在540 MPa，斷面要求鋼材表層品質(zhì)好，沒有劃傷、結(jié)疤以及微裂紋。本鋼北營煉鋼廠使用小方坯連鑄機(jī)生產(chǎn)冷鐓鋼SWRCH22A，其中包水口內(nèi)徑為25 mm，生產(chǎn)過程中包上水口及塞棒結(jié)瘤現(xiàn)象時有發(fā)生，輕者造成鋼水無法澆鑄、剩鋼熱回收，重者造成鑄機(jī)停澆事故，嚴(yán)重影響正常的生產(chǎn)秩序。因此，解決中間包上水口結(jié)瘤問題，十分必要。本文通過對生產(chǎn)工藝優(yōu)化及夾雜物的控制進(jìn)行深入研究，抑制中間包結(jié)瘤，確保連鑄澆鑄順行，同時采取連鑄澆鑄過程防止卷渣等有效措施，進(jìn)而提高產(chǎn)品質(zhì)量。

1? ? 北營煉鋼廠主體設(shè)備簡介

煉鋼廠新區(qū)主體設(shè)備包括：兩座倒罐站、三條鎂基混合噴吹鐵水預(yù)處理線、三座120 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐，三座LF精煉爐、兩座RH真空精煉爐，兩臺小方坯連鑄機(jī)（分別為六機(jī)六流、八機(jī)八流），三臺國產(chǎn)立彎式板坯連鑄機(jī)（其中兩臺雙流、一臺單流）。

2? ? 冷鐓鋼SWRCH22A化學(xué)成分

冷鐓鋼SWRCH22A熱軋盤條化學(xué)成分控制如表1所示。

3? ? 煉鋼工藝路徑

鐵水魚雷罐→倒罐站→鐵水預(yù)處理→120 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐→鋼包底吹氬→爐外精煉（LF）→小方坯連鑄機(jī)（電磁攪拌）→線材軋機(jī)（加熱→軋制→控冷→精整→檢查→包裝）。

4? ? 水口結(jié)瘤原因

水口結(jié)瘤主要原因是鋼水流動性差，而造成鋼水流動性差的主要因素是鋼中非金屬夾雜物含量高導(dǎo)致。鋼中夾雜物有五個來源。

1）在脫氧合金化時的脫氧產(chǎn)物；

2）在澆注過程中鋼水中的合金元素與空氣中氧的反應(yīng)產(chǎn)物；

3）隨著鋼水溫度的降低，合金元素和氧在鋼中的溶解度降低析出的合金元素與析出的氧原子之間反應(yīng)的產(chǎn)物；

4）鋼水微合金化或精煉過程中，鋼水中元素之間反應(yīng)的產(chǎn)物；

5）進(jìn)入鋼中的熔蝕耐火材料組成物。

通過對我廠生產(chǎn)冷鐓鋼SWRCH22A過程進(jìn)行分析，氧化鋁是水口結(jié)瘤主要原因。

5? ? 夾雜物控制措施

北營煉鋼廠LF爐采用鋁脫氧及高堿度還原精煉渣的擴(kuò)散脫氧技術(shù)，降低鋼中氧含量來控制Al2O3和含Al2O3的脆性復(fù)合夾雜物，同時連鑄區(qū)域采取控制澆鑄過程卷渣等措施，以提高鋼水潔凈度。

5.1? ? 轉(zhuǎn)爐優(yōu)化脫氧方式

北營煉鋼廠生產(chǎn)冷鐓鋼SWRCH22A過程中，以往采用轉(zhuǎn)爐出鋼使用脫氧劑以及高錳進(jìn)行完全脫氧合金化工藝，爐后Als目標(biāo)：0.010% ～ 0.030%，此工藝轉(zhuǎn)爐完全脫氧到LF爐開始通電期間鋁損失較大，導(dǎo)致進(jìn)LF爐Als含量不穩(wěn)定，增加鋼中鋁系夾雜總量，不利于成本管控。

為了解決上述問題，將轉(zhuǎn)爐加鋁完全脫氧改為兩部法加鋁脫氧：一是出鋼時加鋁鐵脫除鋼水中超出C-O平衡的過剩氧量，出鋼過程中使用鋁鐵進(jìn)行脫氧，預(yù)留50 ～150 ppm氧；二是精煉加鋁量為脫除C相平衡的氧+目標(biāo)鋁含量（喂鋁線），LF爐進(jìn)站后定氧，根據(jù)鋼種氧含量喂入鋁線，在鋼水量一定的情況下，使用鋁量為：

MAl=f（w[O]，T，w（FeO））? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

式中，MAl為加鋁量；w[O]為鋼水中氧含量；T為鋼水溫度，w（FeO）為渣中FeO含量。

當(dāng)鋼水溫度，渣中FeO含量恒定時，加鋁量可認(rèn)為僅與鋼種氧含量有關(guān)，及加鋁量MAl=脫氧鋁量+Als成分要求的鋁量[1]，結(jié)合鋁線單重及收得率，北營煉鋼廠總結(jié)出鋁線使用量公式：鋁線使用量=（氧含量ppm/1.5+200）m；通過LF爐定氧喂鋁線工藝有效解決進(jìn)LF爐Als含量不穩(wěn)定的問題，為后續(xù)頂渣改質(zhì)奠定基礎(chǔ)。

5.2? ? 精煉優(yōu)化造渣工藝

造渣工藝采用兩步造渣法，即轉(zhuǎn)爐出鋼過程改渣、LF爐精煉過程改渣。

5.2.1? ? 轉(zhuǎn)爐頂渣改質(zhì)

轉(zhuǎn)爐出鋼過程中加入石灰、鋁渣球，利用鋼水出鋼時的攪拌動能及鋼水顯熱將頂渣部分熔化，實(shí)現(xiàn)終渣預(yù)脫氧，降低了LF爐渣料的加入量和化渣時間，起到了對原始渣改質(zhì)及預(yù)脫氧的作用。

5.2.2? ? LF爐精煉過程造還原渣

為了使CaO-Al2O3基渣系精煉渣具有較好的脫硫和有利于對上浮Al2O3等脫氧產(chǎn)物的同化和吸收效果， 常將精煉終渣成分選定在12CaO-7Al2O3生成區(qū)域，見圖1，該區(qū)域Al2O3含量為30%左右、CaO%/Al2O3%=1.8左右時存在LS較高的區(qū)域，并且在該區(qū)域精煉渣熔點(diǎn)較低，有利于與夾雜的結(jié)合。

以三元渣系相圖為基礎(chǔ)，結(jié)合現(xiàn)場生產(chǎn)實(shí)踐，確定合理的精煉渣系，對造渣工藝進(jìn)行了優(yōu)化。

1）化渣期間使用鋁粒造渣，鋁粒加入要求少加勤加，每批次加入要求小于15 kg，確保鋁粒充分與渣中氧進(jìn)行反應(yīng)。

2）使用氧化鋁球增加熔渣中Al2O3含量，氧化鋁球主要是以Al2O3·SiO2形式化合物存在， 在950 ℃左右受熱分解為γ-Al2O3以及其他物質(zhì)。其中γ-Al2O3是一種表面疏松、多細(xì)孔結(jié)構(gòu)的比表面大的活性氧化鋁，這種活性氧化鋁可使?fàn)t渣中CaO熔點(diǎn)降低至1 395 ℃，不僅能起到快速化渣作用，還能提高鋁粒利用率。優(yōu)化后的精煉終渣成分見表2。

5.3? ? 精煉優(yōu)化鈣處理工藝

1）采用鈣處理方法對鋼中Al2O3夾雜物進(jìn)行改性的原理是通過增加鋼中有效鈣含量，一方面使大顆粒Al2O3夾雜改性成低熔點(diǎn)復(fù)合夾雜物，促使夾雜物上浮，凈化鋼水，同時也可防止水口結(jié)瘤，改善澆注性。隨著夾雜物中鈣含量的增加，Al2O3夾雜物將沿Al2O3→CaO-6Al2O3→CaO-2Al2O3→CaO-Al2O3→12CaO-7Al2O3→3CaO- Al2O3的路線改變性質(zhì)[2]，鈣對夾雜物變性的反應(yīng)式如下[3]：

3[Ca]+（Al2O3）inc =2[Al]+3（CaO）inc? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

3（CaO）inc+2[Al]+3[S]=3（CaS）inc+（Al2O3）inc? ? ? （3）

對Al2O3的變性作用實(shí)質(zhì)是，鈣的加入能夠使夠Al2O3蛻變?yōu)榈腿埸c(diǎn)鈣鋁酸鹽C3A、C12A7、CA、CA2和CA4 （C=CaO，A= Al2O3）等，其中前三者的熔點(diǎn)比鋼液低。

鈣合金元素存在易氧化、易揮發(fā)的特性，如何提高鈣線的收率是鈣處理面臨的最大問題。

2）優(yōu)化LF爐鈣處理時機(jī)。北營煉鋼廠鈣處理工藝采用先中吹7 min后進(jìn)行鈣處理，鈣處理后再進(jìn)行軟吹3 ～ 5 min；通電結(jié)束后先中吹7 min促進(jìn)夾雜物的碰撞聚合，使鋼水中部分夾雜物充分上浮溶于渣中，后續(xù)再進(jìn)行鈣處理將鋼水中殘余的Al2O3夾雜物進(jìn)行變性，再次軟吹3 ～ 5 min使變性后的夾雜物及鈣處理過程中卷入的鋼水中的精煉渣充分上浮，此種鈣處理工藝即保證了鈣處理效果，同時也可以減少鈣線使用量，有效降低制造成本。

5.4? ? 連鑄鋼水澆鑄

為保證鑄坯的冶金質(zhì)量，連鑄采用保護(hù)澆注。保護(hù)澆注是否到位同樣直接影響鋼水的可澆性。北營煉鋼廠在生產(chǎn)冷鐓鋼SWRCH22A前期出現(xiàn)了鋼水鋁損偏大，中包絮流的情況，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)外掛長水口存在嚴(yán)重的吸氣現(xiàn)象，吸氣直接導(dǎo)致鋼水二次氧化加劇并產(chǎn)生了大量氧化鋁夾雜，從而導(dǎo)致絮流。后經(jīng)過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)外掛水口密封圈與鋼包長水口不匹配，改進(jìn)后問題得以解決。

北營煉鋼廠冷鐓鋼SWRCH22A生產(chǎn)過程中，澆次第一爐因中間包水口結(jié)瘤產(chǎn)生非計(jì)劃停機(jī)的比例高達(dá)30%，主要原因?yàn)榇蟀_澆鋼水由大包至中間包的過程中，鋼水的二次氧化，產(chǎn)生大量Al2O3夾雜附著水口內(nèi)壁導(dǎo)致水口結(jié)瘤產(chǎn)生非計(jì)劃停機(jī)。

為解決上述問題，采用中間包鈣處理技術(shù)，開機(jī)、換包爐次向中間包注流口以及兩側(cè)烘烤口加入50 ～ 80 m鈣線段，使因鋼水二次氧化產(chǎn)生的Al2O3夾雜物再次變性處理，進(jìn)一步提升開機(jī)換包的成功率，開機(jī)、換包爐次因中間包水口結(jié)瘤導(dǎo)致事故停機(jī)的比例降低至4.8%。

另外，澆鑄過程中采用內(nèi)置結(jié)晶器電磁攪拌、凝固末端電磁攪拌，控制鋼水過熱等，以細(xì)化鑄態(tài)組織。同時采用液面自動控制、結(jié)晶器自動加保護(hù)渣等措施，以減少澆鑄過程卷渣幾率。

經(jīng)驗(yàn)顯示，連鑄澆注過程結(jié)晶器卷渣也是鋼中非金屬夾雜的主要來源之一，影響后部軋制質(zhì)量，通過以下方法加以控制：

1）對鋁鎮(zhèn)靜鋼而言，鈣處理效果適中（成品鈣含量25 ～ 35 ppm即可），不能過度，保證鋼水澆注過程順行，確保拉速平穩(wěn)，是控制結(jié)晶器卷渣的有效手段；

2）水口插入深度符合工藝要求，10 ～?12 mm；

3）水口插入位置垂直、居中，防止偏流導(dǎo)致流場不穩(wěn)卷渣；

4）保護(hù)渣性能符合鋼種凝固需求、自動加保護(hù)渣設(shè)備設(shè)定供給量滿足要求，保護(hù)渣熔速均勻，防止保護(hù)渣未溶化卷渣。

6? ? 軋鋼盤條軋制

鑄坯加熱采用步進(jìn)式加熱爐，利用無扭高速線材軋機(jī)軋制，軋后進(jìn)入延遲型斯太爾摩工藝?yán)鋮s，保證有足夠的強(qiáng)度和良好的韌性和塑性，具有較好的綜合力學(xué)性能，其金相組織為鐵素體加珠光體?？估瓘?qiáng)度在460 ～ 540 MPa之間、斷面收縮率不小于60%，在軋鋼生產(chǎn)中采用快速水冷和吐絲后緩冷相結(jié)合的工藝。

6.1? ? 化學(xué)成分及抗拉強(qiáng)度控制

化學(xué)成分（尤其是[C]）以及抗拉強(qiáng)度的控制是影響冷鐓鋼SWRCH22A產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)，直接影響用戶的使用效果。

6.1.1? ? 化學(xué)成分控制

[C]含量的穩(wěn)定控制直接影響盤條的力學(xué)性能抗拉強(qiáng)度指標(biāo)，影響用戶使用過程拉拔效果及加工成本。因此[C]含量控制至關(guān)重要。圖2是北營公司生產(chǎn)冷鐓鋼SWRCH22A盤條鋼的[C]成分控制情況。

從圖2可以看出，盤條的實(shí)際成分[C]含量的控制均基本均處于內(nèi)控成分范圍之內(nèi)，這對于保證盤條良好的拉拔性能非常有利。

6.1.2? ? 抗拉強(qiáng)度控制

軋鋼生產(chǎn)中采用快速水冷和吐絲后緩冷相結(jié)合的工藝確保冷鐓鋼SWRCH22A物理性能符合質(zhì)量要求。圖3是北營公司生產(chǎn)的冷鐓鋼SWRCH22A盤條抗拉強(qiáng)度控制情況。

6.2? ? 盤條的內(nèi)部質(zhì)量

表3列出了部分爐次鑄坯低倍缺陷的評定結(jié)果。可以看出，鑄坯內(nèi)部缺陷評級較低，表明質(zhì)量良好。

6.3? ? 盤條的顯微組織和非金屬夾雜物

部分批次盤條的顯微組織和非金屬夾雜物檢驗(yàn)結(jié)果見表4和圖4、圖5。

可以看出，盤條的顯微組織非常均勻，鐵素體晶粒度適中，并且非金屬夾雜物含量非常少。冷鐓冷擠壓用鋼而言，用戶需要拉拔、鐓粗等工藝，對盤條的純凈度要求非常高。良好的顯微組織及純凈鋼質(zhì)，保證了用戶的拉拔、鐓粗等工藝要求。

7? ? 結(jié)? ? 論

針對冷鐓鋼SWRCH22A生產(chǎn)過程中引起中間包結(jié)瘤的原因進(jìn)行了系統(tǒng)性分析，對脫氧方式、精煉造渣、鈣處理等工藝進(jìn)行了優(yōu)化，得到如下結(jié)論：

1） 將轉(zhuǎn)爐加鋁完全脫氧改為兩部法加鋁脫氧，可穩(wěn)定控制LF爐進(jìn)站Als含量在0.030%左右。

2）使用氧化鋁球增加熔渣中Al2O3含量可使?fàn)t渣中CaO熔點(diǎn)，提高化渣速率，提升鋁粒使用效率；Al2O3夾雜總量明顯減少，鋼水純凈度提高、可澆性明顯改善，確保了生產(chǎn)連續(xù)性。

3）LF爐采用先中吹、再鈣處理、再軟吹工藝，Al2O3夾雜總量明顯減少，鋼水純凈度提高、可澆性明顯改善，確保了生產(chǎn)連續(xù)性。

4）中間包鈣處理技術(shù)可有效提高開機(jī)換包成功率。

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