LF精煉爐生產E+級鋼的工藝實踐

王雪 賈長江

摘 要：近年來，隨著鐵路貨車"提速、重載"不斷的發展，對鐵路貨車整車及零部件的制造質量要求也越來越高，特別是出口車。車鉤作為鐵路貨車鉤緩部分的重要連接部件，在貨車重車運行中承受著較大拉伸應力及沖擊應力，運行中容易發生斷裂。為進一步提高車鉤類鑄鋼件質量，保證出口貨車重載工況下鐵路貨車的行車安全，通過LF精煉工藝生產E+級鋼車鉤產品，降低鋼水[P]、[S]、[O]、[N]含量，降低夾雜物數量，控制夾雜物尺寸和形態，均勻鋼水化學成分和溫度，鑄鋼件的性能指標達到同行業世界先進水平。

關鍵詞：EBT；弱攪拌； LF精煉；熔氧結合工藝；夾雜物

我國至今已向澳大利亞力拓公司、BHP公司、FMG公司和巴西淡水河谷公司生產了近2萬輛礦石車。最大的礦石車編組為240輛/列，總牽引重量為3.84萬噸，為大秦線總牽引重量的1.7倍，其運用車鉤產品已經達到了35噸、37噸和40 噸軸重，可見其運行工況非常惡劣。從技術上看，對鑄鋼件質量日益苛刻的要求主要表現在純潔度高，各向異性小，合金成分范圍窄等方面。由于傳統煉鋼方法合金的收得率波動很大，所以鋼的化學成分范圍較寬。同鋼種的不同爐號性能差別較大。夾雜含量高，加之在鋼中存在形態無法控制，必然導致鋼的機械性能在不同方向上存在較大的差異。齊齊哈爾車輛有限公司研究開發了鐵路貨車高端車鉤鑄件新鋼種E+級鋼，傳統的煉鋼設備和煉鋼工藝難以滿足新鋼種的工藝要求，通過精煉技術提高鑄鋼件質量是鐵路鑄鋼件生產發展的必然趨勢，偏心底出鋼電弧爐的留鋼留渣操作，可實現無渣出鋼，鋼流短且呈直線狀，為精煉爐提供優質鋼液。LF爐精煉具有精確控制鋼水成分和澆注溫度，降低鋼中[O]、[P]、[S]含量，降低鋼中夾雜物含量和改變夾雜物形態等功能。

1工藝流程及主要設備參數

主要生產工藝流程：電弧爐準備、鋼包準備、原輔材料準備→補爐→裝料→熔化→氧化→出鋼→LF精煉→喂線→熱裝塞桿→引流澆注

EBT電弧爐及鋼包爐（LF）的主要技術參數見表1。生產主要產品如圖1

2 主要研究內容

2.1 E+級鋼化學成分中P、S、Al的控制，通過LF鋼包精煉可以更加精確的控制P、S、Al的化學成分。機械性能及氣體含量要求見表2

2.2操作過程控制

2.2.1磷的控制

E+級鋼要求P≤0.015%，初煉爐留鋼留渣操作，熔氧結合工藝，造高堿度、強氧化性、流動性良好的氧化渣，在熔氧前期溫度較低的情況下對脫磷十分有利，熔氧后期流渣操作，放掉高磷爐渣造新渣，出鋼前可控制在較低水平。多次裝料在最后一次裝料前根據前期流渣情況部分放渣，一般為渣量的10%-30%。去磷操作應在熔氧前期基本完成，保證爐渣的堿度的氧化性，及時補加石灰和吹氧操作，及時放掉高磷爐渣，以免后期發生返磷。在磷能達到要求的情況下應盡量避免補加渣料和流渣。全爐所需渣料盡可能在全熔前加完，特殊情況（如全熔P高或低P鋼），全熔后可進行換渣操作。整個熔化、氧化過程渣量要達到3%-4%，前期渣量大，后期偏小，堿度達到2-3。熔氧前期大渣量脫磷，不斷流渣，及時放掉高磷爐渣并造新渣。自動流渣后，及時補加石灰和碳粉組成的泡沫渣料，保持爐渣的堿度和發泡能力。留鋼操作，出鋼過程不下渣，減少了后期還原的回磷。出鋼過程要保證爐體傾動速度合適，保證出鋼口上面的鋼水深度基本不變，出鋼箱內的鋼水液位不能過高，防止鋼水從EBT填料孔溢出或者燒壞水冷盤。但鋼水液位也不能太低，否則出鋼時的渦流現象卷渣進入鋼包。

2.2.2硫的控制

E+級鋼要求S≤0.015%，出鋼過程隨鋼流加入低熔點合成渣，利用鋼渣混沖擴大脫硫反應界面，可去除鋼中30%-50%的硫，LF精煉過程中造高堿度、低氧化性、流動性良好的爐渣，在較高溫度下利用氬氣的攪拌，硫可控制在0.010%以下甚至更低。

鋼包到位后，降下爐蓋，補加石灰、螢石并以中低功率供電，化渣階段中等強度供氬，以加速化渣并促進鋼渣反應。精煉過程中，總渣量保持在當爐鋼水量的1.5%-2.5%，爐渣堿度2.5-3.5。化渣完畢加入SiC粉脫氧造渣，爐渣轉白后，高強供氬，促進鋼渣界面反應，時間控制在4-6分鐘。測溫，鋼液溫度大于1550℃時，取樣分析鋼液化學成分。升溫階段降低吹氬強度，造泡沫渣，以較大功率供電，促進快速升溫。視渣況分批少量加入碳化硅粉，保持還原氣氛。白渣FeO含量小于1%，白渣保持20分鐘以上，保證充分的脫硫反應時間。

2.2.3鋁的控制

鋁的含量控制范圍0.020%-0.050%，保證充分脫氧的同時，適量的氮化鋁起到細化晶粒，提高強度的作用。采用喂線工藝精確控制鋼水中鋁的含量。精煉結束，根據鋼水中鋁含量確定鋁線喂入量。吹氬壓力0.15-0.25MPa，根據透氣磚情況適當調節，禁止鋼液裸露。鋁線鋁含量≥99%，鋁線直徑φ9.5mm。喂線速度70-140m/min，保證鋁線穿入鋼水內，避免飄浮在表面燒損。喂入量0.5-0.7Kg/t（成品要求鋁含量：0.020%-0.050%）。喂線之后，采用較小吹氬量，軟吹不小于3分鐘后取樣分析鋼種全成分，合格后允許澆注產品。

2.2.4 [O]、[N]和夾雜物控制

熔氧期脫碳量在0.30%以上，脫碳速度控制在0.01-0.03%/min，保證熔池均勻活躍的沸騰，去除鋼液氣體（氫和氮）及夾雜物。鋼水中碳氧反應生成CO氣泡，并在鋼液中上浮。這些CO氣泡對于熔解在鋼中的[H]、[N]就是一個真空室，鋼中的氫和氮將不斷向CO氣泡擴散，隨氣泡上浮而帶出熔池。同時懸浮在鋼液中的SiO2、TiO2、Al2O3等細小固體夾雜物，在氧化性的鋼液中易形成FeO·SiO2、FeO·TiO2和FeO·Al2O3等低熔點大顆粒夾雜物，在沸騰的鋼液中夾雜物容易相互碰撞形成更大的夾雜物，并上浮到渣中被爐渣吸收。CO氣泡在上浮過程中，其表面也會粘附一些氧化物夾雜，在鋼液沸騰時去除。

LF爐操作過程中鋼液會吸氮。在精煉溫度下，鋼液中的氮遠未達到平衡，只要鋼液與大氣接觸就會吸氮，因此合理控制精煉時間，控制吹氬強度和高強度供氬時間，減少鋼液裸露時間非常重要。鋼水弱攪拌凈化處理技術是通過弱的氬氣攪拌促使夾雜物上浮，它對提高鋼水質量起到關鍵作用。由于鋼包熔池深，鋼液循環帶入包底的夾雜和卷入鋼液的渣需要一定時間和動力促使上浮。弱攪拌不會導致卷渣，吹入的氬氣泡可為10微米或更小的不易排出的夾雜顆粒粘附在氣泡表面，隨著氣泡的上浮而排入渣中。弱攪拌時間為3-5min，夾雜物總量可降低50%左右。

3 生產實踐

2017年1-6月為BHP、FMG公司生產的高強度車鉤產品均采用LF精煉工藝生產，隨機抽取8爐車鉤產品統計P，S含量如表3，機械性能如表4，[O]、[N]及夾雜物如表5。

4 結論

1、LF精煉工藝生產E+鋼，鋼水成分得到較精確控制，磷可控制在0.015%以下，硫可控制在0.010以下。

2、[O]可控制在50PPm以下，[N] 可控制在80PPm以下，夾雜物數量、尺寸和形狀得到有效控制。

3、LF精煉工藝生產E+鋼的鐵路鑄鋼件能夠滿足國際高端鐵路貨車提速重載的發展要求。

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作者簡介：

王雪（1982-），男，工程師，從事煉鋼技術工作。