鄧 偉 楊新泉 李慕耘 肖邦志 唐樹平 梁明強(qiáng)

(寶鋼股份武鋼有限煉鋼廠 湖北 武漢:430080)

0 引言

某煉鋼廠煉鋼產(chǎn)線生產(chǎn)的鈣處理鋼種較多，以一種典型的熱軋車輪鋼RCL540為例，該鋼種要求代號(hào)為A、B、C、D的各類夾雜物控制水平在1.5級(jí)以下?，F(xiàn)有的煉鋼工藝為BOF-AR-LF(鈣處理)-CC。BOF轉(zhuǎn)爐煉鋼的主要任務(wù)除了常規(guī)脫除磷、硫、氧化硅、錳及脫碳，升溫之外，在轉(zhuǎn)爐出鋼時(shí)加入鋁鐵預(yù)脫氧，加入石灰預(yù)造渣脫硫；吹氬站底吹氬氣攪拌及加脫氧劑進(jìn)行預(yù)造渣；LF鋼包爐為最主要的精煉工藝，其主要任務(wù)是脫硫，升溫，合金化，底吹氬氣攪拌，使成分、溫度均勻，且控制精煉軟吹時(shí)間使夾雜物充分上浮，在LF鋼包爐精煉結(jié)束后向鋼水中喂入CaSi線進(jìn)行鈣處理，并確保喂完CaSi線后的底吹氬軟吹時(shí)間符合標(biāo)準(zhǔn)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼中無(wú)法去除的夾雜物進(jìn)行變性處理，以改善鋼水的可澆性，以及減輕夾雜物對(duì)鋼材性能的影響[1-2]。

但是，從目前熱軋車輪鋼RCL540執(zhí)行的煉鋼工藝來(lái)看，在實(shí)際生產(chǎn)中也存在以下問題：由于鋼水鈣處理前必須在LF爐造高堿度還原渣，造渣料及鋁丸消耗較高，工序時(shí)間較長(zhǎng)，工序成本較高；同時(shí)，當(dāng)存在鈣處理前精煉還原渣未造好、不合理的喂線等操作，將伴隨嚴(yán)重的吸氣現(xiàn)象，導(dǎo)致鋼中總氧量上升，夾雜物增多，鋼水潔凈度下降[3]，鈣處理控制不當(dāng)會(huì)發(fā)生鋼包水口結(jié)瘤現(xiàn)象，惡化鋼的澆鑄性能[4-5]。鈣處理鋼在連鑄澆鑄過程中對(duì)塞棒侵蝕較快[6]，也不利于提高中間包連澆爐數(shù)，不利于降低成本。鈣處理設(shè)備喂絲機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，無(wú)法加入CaSi線，誤時(shí)導(dǎo)致鋼水連澆中斷。喂CaSi線工藝及喂完CaSi線后的底吹氬軟吹等都會(huì)導(dǎo)致鋼水熱量損失，降低溫度。

因此，結(jié)合車輪鋼對(duì)鋼水純凈度和夾雜物的控制要求，在RCL540鋼種上開展不同精煉工藝對(duì)鋼水潔凈度及夾雜物控制影響研究。通過對(duì)LF+RH、LF+Ca處理、RH三種不同精煉工藝下鋼水潔凈度、夾雜物變化規(guī)律以及成品性能的對(duì)比分析，以評(píng)估車輪鋼取消鈣處理工藝的可行性。如果車輪鋼在取消鈣處理工藝的條件下，其鋼水潔凈度和夾雜物控制水平以及成品各項(xiàng)性能可以滿足用戶需求，那么取消鈣處理工藝可避免鈣處理工藝所帶來(lái)的上述一系列問題，利于生產(chǎn)順行，利于降低工序成本。

1 試驗(yàn)方法與過程

試驗(yàn)在煉鋼產(chǎn)線進(jìn)行，試驗(yàn)鋼種為典型熱軋車輪鋼RCL540。對(duì)同鋼種在不同精煉工藝條件下進(jìn)行鋼水鈣處理及非鈣處理，考察鋼水潔凈度及夾雜物的水平。試驗(yàn)工藝分別為：BOF-AR-LF-RH(非鈣處理)-CC；BOF-AR-LF(鈣處理)-CC；BOF-AR-RH(非鈣處理)-CC；對(duì)三種不同工藝分別取過程及中包提桶樣、渣樣。用作成分分析、中包T[O]分析、對(duì)渣樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，并利用夾雜物檢測(cè)分析儀對(duì)過程鋼樣和成品板樣進(jìn)行夾雜物檢測(cè)分析。

表1給出了試驗(yàn)爐次及相關(guān)工藝。表2給出了試驗(yàn)爐次各工序溫度、冶煉周期控制以及試驗(yàn)爐次物料消耗對(duì)比。

表1 試驗(yàn)爐次及工藝

表2 試驗(yàn)爐次工藝參數(shù)控制及物料消耗對(duì)比

由表2可以看出，由于純RH處理工藝不需加熱造渣，僅在轉(zhuǎn)爐出鋼后加入一定量的改質(zhì)劑進(jìn)行渣改質(zhì)，該處理工藝冶煉周期遠(yuǎn)低于LF+RH和LF+Ca處理工藝；由于LF處理工藝需要造渣，其石灰和鋁丸消耗遠(yuǎn)高于純RH處理工藝。由以上分析可知，單純RH處理工藝成本要遠(yuǎn)低于其它處理工藝。

2 鋼水潔凈度分析

表3給出了不同精煉工藝得到的成品成分。由表3可以看出，三種工藝條件下得到的鋼水成分相差不大，特別是鋼中[S]基本可控制在0.004%以內(nèi)，由于LF造渣并進(jìn)行鈣處理，LF+Ca處理工藝條件下鋼中[S]最低。

表3 試驗(yàn)爐次對(duì)應(yīng)成品成分(wt%)

表4給出了試驗(yàn)爐次鋼中T[O]變化。由表4可以看出，三種工藝條件下，純RH處理工藝鋼水T[O]最低，RH離站T[O]為0.0012%，LF+RH和LF+Ca處理工藝精煉結(jié)束鋼中T[O]控制在0.0020%左右；表5給出了試驗(yàn)爐次渣樣成分。

表4 試驗(yàn)爐次鋼水 T[O]變化

表5 試驗(yàn)爐次渣樣成分(wt%)

3 不同工藝條件下鋼中夾雜物變化

3.1 夾雜數(shù)量分布

表6給出了三種不同工藝條件下鋼中夾雜物數(shù)量分布變化。由表6看出，LF+RH處理工藝中，RH離站時(shí)夾雜密度最低；LF處理工藝中，離站時(shí)夾雜密度最高；三種處理工藝中，中包鋼水夾雜物密度基本相當(dāng)。由表6也看出，三種工藝精煉結(jié)束時(shí)，鋼水中大于或等于10μm夾雜比例基本相當(dāng)?？傮w看，三種工藝條件下，鋼中夾雜數(shù)量控制基本相當(dāng)。

表6 不同工藝鋼中夾雜數(shù)量分布

3.2 夾雜物組成

對(duì)不同工藝路線鋼中夾雜物組成進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析(見表7)。由表7可知，不同工藝條件下，鋼中夾雜組成不同：LF+RH工藝中，由于LF造還原渣，通過渣-鋼反應(yīng)，鋼中夾雜主要為Al2O3夾雜和Al-Ca-O復(fù)合夾雜，另外，成品中發(fā)現(xiàn)有少量Al-S-Mn夾雜；LF+Ca處理工藝中，由于鈣處理對(duì)Al2O3夾雜變性作用，鋼中夾雜主要為Al-Ca-O復(fù)合夾雜和Al2O3夾雜，且成品中未發(fā)現(xiàn)有MnS夾雜；純RH處理工藝中，鋼中夾雜主要為Al2O3夾雜、Al-S-Mn以及少量Al-Ca-O夾雜。由以上分析可知，工藝不同，鋼中夾雜組成并不相同。

表7 不同工藝鋼中夾雜物組成及其數(shù)量百分量

3.3 夾雜物形貌

圖1給出了試驗(yàn)爐次中包鋼水典型夾雜物形貌。由圖1看出，LF+RH處理工藝中，由于渣鋼反應(yīng)，鋼中存在球狀的Al-Ca-O夾雜，另外，由于開澆爐加覆蓋劑存在卷渣，中包鋼水也發(fā)現(xiàn)有Al-Si-Na-Ca-O復(fù)合夾雜；LF+Ca處理工藝中，由于鈣對(duì)夾雜的變性作用，鋼中夾雜主要為球狀A(yù)l-Ca-O和CaS夾雜；純RH處理工藝中，鋼中夾雜主要為大顆粒簇狀或塊狀的Al2O3夾雜以及小顆粒MnS夾雜。由以上分析可知，不同工藝，夾雜物形貌不同，LF+RH和LF+Ca處理工藝中，鋼中存在相當(dāng)數(shù)量球狀?yuàn)A雜，而純RH處理工藝中，夾雜主要為塊狀或簇狀，另外有條狀MnS。

圖1 試驗(yàn)爐次中包鋼水典型夾雜物形貌與組成

圖2給出了試驗(yàn)爐次成品中典型夾雜物形貌與組成。由圖2可以看出，三種工藝中，成品中都存在鏈狀?yuàn)A雜；LF+RH和純RH工藝中的鏈狀?yuàn)A雜主要為Al2O3，LF+Ca處理工藝中，鏈狀?yuàn)A雜主要為Al-Ca-O；另外LF+Ca處理工藝中相當(dāng)數(shù)量夾雜為球狀A(yù)l-Ca-O夾雜，其它兩種工藝中，成品中夾雜主要為不規(guī)則Al2O3和Al-S-Mn夾雜。三種工藝路線得到的成品夾雜控制水平基本相當(dāng)。

圖2 試驗(yàn)爐次成品中典型夾雜物形貌與組成

3.4 不同工藝成品性能對(duì)比

為評(píng)估車輪鋼在取消硅鈣線后對(duì)成品板的性能影響，對(duì)取消鈣處理工藝的成品樣進(jìn)行抽樣檢驗(yàn)，并與原工藝“LF+鈣處理”生產(chǎn)的鋼板性能進(jìn)行了對(duì)比。表8給出了鋼卷不同部位拉伸性能對(duì)比。由表8可知，取消硅鈣線后，成品板的拉伸各向異性差異不明顯，各板寬部位橫縱向屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和延伸率的波動(dòng)水平與添加硅鈣線時(shí)基本相當(dāng)。

表8 鋼卷不同部拉伸性能差異

3.5 取消鈣處理擴(kuò)大試驗(yàn)

目前，已經(jīng)在RCL490，RCL450等其他同類型熱軋車輪鋼進(jìn)行了取消鈣處理的擴(kuò)大試驗(yàn)，由于LF鋼包爐脫硫穩(wěn)定，且能加熱升溫，所以在轉(zhuǎn)爐降低鐵鋼比的大環(huán)境下，所選取的煉鋼工藝是BOF-AR-LF(取消鈣處理)-CC。對(duì)比分析了成品材的拉伸性能、冷彎性能、沖擊性能，以及夾雜物水平，無(wú)明顯差別。下一步準(zhǔn)備在同類型鋼種上采取BOF-AR-LF(取消鈣處理)-CC工藝，進(jìn)一步擴(kuò)大試驗(yàn)，逐步取消鈣處理工藝，并固化到標(biāo)準(zhǔn)中去。

4 結(jié)論

對(duì)同一典型熱軋車輪鋼RCL540進(jìn)行不同精煉工藝試驗(yàn)，結(jié)果表明：

(1)純RH處理工藝不需要加熱造渣，該處理工藝冶煉周期遠(yuǎn)低于LF+RH和LF+Ca處理工藝；由于LF處理工藝需要造渣，因此，其石灰和鋁丸消耗遠(yuǎn)高于純RH處理工藝。單純RH處理工藝成本要遠(yuǎn)低于其它處理工藝。

(2)三種精煉工藝中，鋼中成分控制基本相當(dāng)，特別是[S]均可控制在0.004%以內(nèi)；純RH處理工藝，鋼中T[O]可控制在0.0015%以內(nèi)，其它工藝可控制在0.0020%左右。

(3)不同精煉工藝條件下，所有處理工藝中均存在Al2O3夾雜；由于鋼中[S]較低，所有工藝未發(fā)現(xiàn)大尺寸的MnS夾雜；取消鈣處理工藝的成品中發(fā)現(xiàn)有細(xì)小(≤10μm)的Al-S-Mn夾雜；LF+RH處理工藝和純RH處理工藝中，夾雜物主要為Al-Ca和Al2O3夾雜；三種精煉工藝條件下，鋼中夾雜物控制水平總體相當(dāng)。

(4)三種精煉工藝的成品性能檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，取消鈣處理后，成品板的拉伸各向異性差異不明顯，各板寬部位，橫縱向屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和延伸率的波動(dòng)水平與添加硅鈣線時(shí)基本相當(dāng)。