低碳低硅冷鐓鋼LF爐精煉工藝淺析

霍昌軍 楊應(yīng)兵 趙佳磊

(江蘇沙鋼集團(tuán)有限公司 江蘇蘇州215625)

1 前言

冷鐓鋼主要用于生產(chǎn)螺栓、螺釘、螺母、墊圈和鉚釘?shù)龋瑥V泛用于機(jī)械制造、汽車和工程建筑等領(lǐng)域的緊固件。冷鐓鋼是利用金屬的塑性進(jìn)行冷鐓加工，變形量很大(約60%～80%)，所承受的變形速度也很高，為避免工件在冷鐓成型中開裂, 要求冷鐓鋼具有良好的塑性和韌性,因此對鋼中非金屬夾雜物和盤條表面質(zhì)量有較高的要求[1]。本文通過對低碳低硅冷鐓鋼LF爐精煉造渣及精煉工藝的優(yōu)化，提高鋼水的純凈度，改善小方坯連鑄的可澆性，并降低冷鐓鋼產(chǎn)品因夾雜物引起的冷鐓開裂比例。

2 鋼種及工藝流程

低碳低硅冷鐓鋼成分控制見表1，本廠生產(chǎn)工藝流程為：110t EAF電爐→LF精煉爐→六機(jī)六流方坯連鑄機(jī)(140*140)→大盤卷軋機(jī)(φ16mm～φ60mm)。

3 冶煉過程控制

3.1 EAF電爐控制特點(diǎn)

低碳低硅冷鐓鋼在電爐冶煉過程中，終點(diǎn)[C]一般控制較低，自由氧含量較高常達(dá)到700～1100ppm，電爐終渣的(FeO)高達(dá)28%～30%，出鋼過程應(yīng)盡量避免過多的下渣量，否則對精煉造白渣不利[2]。電爐出鋼過程采用鋁錠進(jìn)行沉淀脫氧，并加入石灰(400kg/爐)以及低碳錳鐵，鋁錠的加入量是根據(jù)電爐終點(diǎn)氧含量來確定的(150-250kg/爐)。

表1 沙鋼冷鐓鋼工藝成分控制(%)

3.2 造渣工藝

根據(jù)低碳低硅冷鐓鋼的成分特點(diǎn)，提出使用CaO—Al2O3的精煉渣系，通過電爐出鋼所加鋁錠及石灰，使得鋼包初期石灰及鋁脫氧產(chǎn)物Al2O3形成的前期CaO—Al2O3渣系，以ML08Al實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)為例。

表2 鋼包初期渣樣分析(%)

表2中鋼包初期的渣系基本達(dá)到電爐出鋼加料的目標(biāo)渣系成分，該渣系成渣速度較快，從現(xiàn)場跟蹤來看，渣的流動性較好，但渣中(SiO2)的含量略偏高，從加料來看并未加入硅合金和SiO2渣料，因此目前形成的(SiO2)主要來自電爐出鋼的部分帶渣量，因?yàn)殡姞t渣中(SiO2)約占12%左右。

3.3 LF精煉工藝的分析

從鋼包初期渣系來看，(FeO)+(MnO)遠(yuǎn)大于1.0%，且電爐終點(diǎn)[S]較高平均在0.040%左右，為了快速脫氧脫硫，精煉過程通過增加石灰來提高堿度，并在前期加入部分鋁錠和電石進(jìn)行綜合脫氧，為了避免粘渣，精煉過程增加螢石進(jìn)行調(diào)渣(螢石50-150kg/爐，石灰400-500kg/爐)，以達(dá)到良好的渣金反應(yīng)動力學(xué)條件。從現(xiàn)場冶煉控制來看，精煉時(shí)間28分鐘之內(nèi)便能將[S]降低到0.010%以下，且精煉渣的顏色較白，說明脫氧良好，其喂絲前的精煉渣系如表3，以ML08Al為生產(chǎn)數(shù)據(jù)例。

從表3可以看出，精煉過程的控制較好，(FeO)+(MnO)全部小于1.0%，堿度在6.0以上，脫硫能力較強(qiáng)，LF出鋼平均[S]在0.007%左右，此渣系在CaO—SiO2—Al2O3三元渣系中的紅色區(qū)域，具體如圖1。

表3 LF精煉終點(diǎn)渣樣分析(%)

圖1 三元渣系圖

紅色區(qū)域的渣系熔點(diǎn)在1500～1550℃左右，再加入一定的螢石調(diào)節(jié)，可以使熔點(diǎn)獲得更低，且CaO/Al2O3大于1.8，對吸附Al2O3夾雜有利，從而提高鋼水的純潔度。

為進(jìn)一步改善小方坯低碳低硅冷鐓鋼([Al]≥0.020%)的可澆性，在精煉出鋼前喂入鈣鐵線(150-250m/爐)，為了達(dá)到通過喂絲來改善夾雜物變性的目的，喂絲必須具備兩個(gè)條件：

① 精煉終點(diǎn)[S]<0.010%；

② 鋼中[Ca]/[Al]>0.1 。

以上兩個(gè)條件能促使鈣處理既可以避免CaS夾雜物的析出對澆注不利，也容易生成低熔點(diǎn)12CaO·7Al2O3的夾雜物(熔化溫度1455 ℃, 密度2 .83g/cm3)，從而消除連鑄結(jié)瘤[3]。

4 產(chǎn)品質(zhì)量分析

4.1 鋼的純潔度方面

4.1.1總氧控制水平

目前低碳低硅冷鐓鋼如ML08Al總氧含量控制水平如表4，平均[O]為16ppm。

4.1.2夾雜物控制水平

冷鐓鋼對B類(氧化鋁夾雜)和D類(復(fù)合球形夾雜)要求較高，本廠低碳低硅冷鐓鋼ML08Al夾雜物控制水平良好，未發(fā)現(xiàn)有高級別夾雜物(≥2.0)，B類和D類的夾雜物級別基本都在1.5以內(nèi)，具體數(shù)據(jù)如表5。

表4 低碳低硅冷鐓鋼ML08Al總氧含量

4.2 冷鐓性能

低碳低硅鋼冷鐓鋼主要用于做常用螺栓≤6.8級，以熱軋狀態(tài)交貨前廠內(nèi)必須做1/2冷鐓試驗(yàn)，從低碳低硅鋼冷鐓鋼所做的冷鐓試樣來看，冷鐓合格率達(dá)98.6%，1.4%冷鐓開裂的試樣當(dāng)中主要是由于盤條表面質(zhì)量引起的開裂。

5 結(jié)論

結(jié)合鋁脫氧及其氧化物生成特點(diǎn)，制定合理的精煉工藝，能最大限度的去除尺寸較大Al2O3簇狀氧化物，為鋼液的鈣處理創(chuàng)造條件[4]。鋼液鈣處理時(shí)必須Ca與Al之間的關(guān)系，造渣工藝的確定必須綜合考慮爐渣吸附Al2O3夾雜和脫硫能力，[S]越低越有利于Al2O3夾雜的變性處理，夾雜物的改善可以有效地提高鋼水的可澆性。

在目前的造渣及精煉工藝條件下，鋼中全氧和夾雜物控制水平較好，平均[O]為16ppm，夾雜物控制水平尤其是氧化鋁夾雜和復(fù)合球形夾雜基本能控制在1.5級以內(nèi)。

表5 低碳低硅冷鐓鋼ML08Al夾雜物控制水平

從低碳低硅鋼冷鐓鋼所做的冷鐓試樣來看，冷鐓合格率達(dá)98.6%，1.4%冷鐓開裂的試樣當(dāng)中主要是由于盤條表面質(zhì)量引起的開裂。