硅鈣鋇在生產HRB400E鋼中的應用

徐 磊，白澈力格爾

（1.天津冶金集團軋三鋼鐵有限公司供應部，天津301606；2.天津冶金集團軋三鋼鐵有限公司煉鋼廠，天津301606）

硅鈣鋇在生產HRB400E鋼中的應用

徐 磊1，白澈力格爾2

（1.天津冶金集團軋三鋼鐵有限公司供應部，天津301606；2.天津冶金集團軋三鋼鐵有限公司煉鋼廠，天津301606）

為提高脫氧效率，降低中包水口堵塞事故，通過在HRB400E鋼生產中應用硅鈣鋇，有效降低了鋼水氧活度，投入量為1.9 kg/t時即可滿足鋼水溶解氧20×10-6～30×10-6的工藝要求。與鋁系合金脫氧相比，連鑄中包水口堵塞事故率也由原來的9.1%降低到2.3%。經硅鋇鈣脫氧后的成品棒材力學性能符合HRB400E抗震鋼筋國標要求，值得推廣應用。

硅鋇鈣；復合脫氧；氧活度；力學性能

1 引言

硅鈣鋇合金是鋇系合金中高效新型復合合金，是煉鋼的脫氧劑、脫硫劑，還兼有脫磷（BaP2、BaP3）作用[1]。鋇為堿土金屬，從熱力學數據可知它的脫氧能力略低于鈣而遠高于鋁，鋇的脫硫能力和鈣相當。我國擁有豐富的鋇資源，含鋇合金用于鋼液脫氧，可取代鋁的用量[2]，節約鋁資源。近年來，鋇系合金因其優良的冶金效果而得到迅速推廣。

當前硅鈣鋇合金牌號不一，價格迥異，綜合考慮產品結構及生產成本，我公司選用河南昱泰冶金材料有限公司生產的新型硅鈣鋇復合脫氧劑代替鋁脫氧，不僅降低了鋼水Al2O3夾雜量，提高鋼水潔凈度，而且水口堵塞情況也明顯減少。

2 硅鈣鋇脫氧基本原理

復合脫氧產物通常是氧化物的共熔體或化合物，其熔點比純氧化物低，因此復合脫氧時容易生成液態的脫氧產物，可改善去除脫氧產物的條件[3]。

相對于Ca-Si合金，鋇的加入能夠降低鈣的蒸氣壓，使鈣在鋼中的溶解度增大，從而提高了鈣的脫氧和球化夾雜的能力。因鋇在鋼液中的溶解度極低（0.004 3%），只在初期生成極少量的BaO，鋇原子半徑大，生成的脫氧產物半徑也大，與其他脫氧產物的碰撞、長大形成復合脫氧產物的幾率較高。夾雜物上浮一般符合斯托克斯定律[4]，上浮速度與夾雜物半徑的平方成正比，因而鋇系合金的脫氧產物上浮速度快，冶煉終點的夾雜物數量必然減少。

硅鈣鋇合金對夾雜物的變性改質作用，顏根發等人認為含鋇的脫氧產物與SiO2碰撞結合成BaO·SiO2，熔點為1 604 ℃；含鋇硅酸鹽又進一步與鋼液中的CaO·SiO2結合生成低熔點的三元共晶物2CaO·BaO·3SiO2，熔點僅為1 320 ℃，在鋼水溫度下呈液態。相關反應式如下：

我公司選用的硅鋇鈣成分見表1。

表1 硅鈣鋇合金主要成分/%

3 硅鈣鋇在生產中的應用

我公司以生產棒材、線材為主，以帶肋鋼筋HRB400E生產為例，工藝流程為：120 t轉爐→擋渣出鋼→脫氧合金化→吹氬→連鑄→棒材廠。出鋼前硅鋇鈣一次加入包底，隨鋼流的混沖攪拌，一是使脫氧效果更充分，二是使鋼水預脫氧，合金元素損耗降低。此外，硅鋇鈣密度3.3 g/cm3，一般熔渣密度在2.8～3.2 g/cm3之間[5]，這就是鋁容易在爐渣中燒損，而鋇系合金利用率高的原因。

為跟蹤硅鈣鋇脫氧劑的使用效果，投入8 t硅鋇鈣為工業試驗用料，定氧設備為賀利氏MultilabCelox可編程定氧儀。經統計，脫氧合金化后吹氬站軟吹3 min后測定的32爐次鋼水氧活度值離散數據見圖1，氧活度基本上小于30×10-6，表明活度氧較低。綜合考慮成本及鋼種合理[O]量，硅鋇鈣投入1.9 kg/t即可滿足生產要求。深脫氧不僅提高生產成本，而且過低的鋼水[O]量在保護澆注不足時容易吸氣，造成二次氧化，惡化鋼水質量而且可澆性變差；淺脫氧時鋼水[O]量保持在50×10-6以上，連鑄坯常出現中心疏松、表面或皮下氣泡等質量事故。

圖1 脫氧劑加入量與溶解氧關系圖

煉鋼廠目前已經將硅鋇鈣代替了鋼芯鋁、硅鋁鋇以及硅鋁鋇鈣，無鋁脫氧工藝既降低了鋼水Al2O3夾雜物的含量，同時也避免了喂鈣線時的噴濺，使得工藝操作簡便而安全。通過脫氧工藝的改進，浸入式水口（SEN）堵塞事故率也由原來的9.1%降低到2.3%，很大程度上減少了因“套眼”而燒氧帶來的鋼水二次氧化問題。

4 連鑄坯顯微組織和晶粒度

通過對試樣顯微組織結構分析，組織主要為鐵素體（F）和珠光體（P），晶粒度級別在10.5～11.5之間，屬于細晶粒鋼范疇，除了微合金化元素釩的細化晶粒作用，此外相關文獻[6-7]給出的解釋是，鈣和鋇是很強的表面活性元素，在金屬熔體中生成大量的石墨化核心，并有良好的吸附作用，促使一次結晶組織細化，因而能得到細晶粒鋼。

5 成品力學性能

對選取的32爐次鋼樣作光譜分析，相關元素含量見表2。

為分析無鋁脫氧劑對鋼材力學性能的影響，對用硅鋇鈣脫氧后的軋材進行了相應的力學性能檢測，抽檢成品80 t，規格為Φ14 mm，表3統計了實測的力學性能指標。

表2 HRB400E化學成分（熔煉分析）表 /%

表3 硅鋇鈣脫氧后成品的力學性能指標

實測抗拉強度和屈服強度均能滿足HRB400的力學性能要求。參照《鋼筋混凝土用鋼—熱軋帶肋鋼筋GB1499.2-2007》對于抗震鋼筋HRB400E的相關要求，即強屈比不小于1.25，屈屈比不大于1.30，最大力總伸長率Agt不小于9%，顯然該批次產品完全符合較高要求的抗震結構標準，同時也說明硅鋇鈣復合脫氧劑能夠滿足鋼種冶煉和軋制的工藝要求。

6 結論

（1）硅鋇鈣加入1.9 kg/t可滿足鋼水溶解氧20×10-6～30×10-6的工藝要求，而且無需喂鈣線處理。

（2）無鋁脫氧工藝能提高鋼水潔凈度，水口結瘤事故率明顯降低。

（3）硅鋇鈣脫氧后的連鑄坯能保持細晶粒度，同時成品的力學性能完全滿足抗震鋼筋的國家標準，硅鋇鈣復合脫氧劑可以在鋼筋混凝土用鋼的冶煉中推廣應用。

[1] 趙乃成，張啟軒.鐵合金生產實用技術手冊[M].北京：冶金工業出版社，1988：298.

[2] 顏根發，張立蘭.含鋇硅系合金取代鋁脫氧工藝理論探討[C]//第十屆全國煉鋼學術會議論文集.鄭州：中國金屬學會，1998:402-406.

[3] 陳襄武.煉鋼過程的脫氧[M].北京：冶金工業出版社，1991：60.

[4] 欒心漢，孫湘.復合脫氧劑對純凈鋼生產的影響[J].西安冶金建筑學院學報，1994，26（4）:399.

[5] 黃希祜.鋼鐵冶金原理[M].北京：冶金工業出版社，2007：210.

[6] 湯曙光，焦興利.復合脫氧劑對鋼力學性能影響的研究[J].鋼鐵，2002，37（11）:60.

[7] 王進，孫維.硅鋇合金在煉鋼脫氧中的應用研究[J].煉鋼，2000，16（4）：40.

Application of Si-Ca-Ba to HRB400E Steel Production

XU Lei1and BAI Chelige'er2
（Supply Division1and Steel-making Plant2of Zhasan Iron and Steel Co., Ltd., Tianjin 301606, China）

In order to improve deoxidation efficiency and reduce nozzle clogging accidents, Si-Ca-Ba is adopted in the production of HRB400E steel, which effectively lowers oxygen activity in molten steel. When 1.9 kg/t Si-Ca-Ba is added, the process requirement of dissolving 20×10-6～30×10-6oxygen in steel can be met. Compared with aluminum-based alloy deoxidation, the rate of nozzle clogging incident in tundish has decreased from 9.1% to 2.3%. The mechanical properties of the finished bar with Si-Ca-Ba deoxidation treatment comply with the national standard requirements on HRB400E aseismic reinforcement bar and the product is worthy of promotion and application.

Si-Ca-Ba; compound deoxidation; oxygen activity; mechanical property

10.3969/j.issn.1006-110X.2014.05.003

2014-02-26

2014-03-09

徐磊（1985—），男，本科，主要從事冶金爐料采購工作。