重軌鋼冶煉過程中夾雜物的控制研究

劉祥

（鞍鋼集團鋼鐵研究院，遼寧 鞍山 114009）

我國鐵路現處于大跨越大發展的時代，尤其是高速鐵路的建設正邁向新的臺階，時速200 km/h以上的線路主型鋼軌正在更換每支鋪100 m長60 kg/m的重型鋼軌，這就對重軌鋼的質量提出了更高的要求［1］。鋼液中的夾雜物會嚴重破壞重軌鋼基體的連續性，是誘發重軌鋼質量缺陷的重要因素［2-3］。重軌鋼針對夾雜物控制方面的要求非常嚴格，A類夾雜物要求2.0級以下，B類夾雜物要求1.0級以下。鞍鋼在重軌鋼生產過程中，由于煉鋼連鑄原材料波動、設備運行不穩定、過程操作異常等造成重軌鋼夾雜物超標，導致重軌鋼探傷不合格，傷軌率曾一度高達0.35%。因此，對原生產工藝進行了優化，顯著提高了重軌鋼中夾雜物的控制水平，降低了傷軌率。

1 生產工藝和存在的問題

鞍鋼重軌鋼生產工藝路線為：鐵水預處理脫硫→100 t氧氣頂吹轉爐冶煉→鋼包精煉爐（LF）精煉→真空脫氣爐（雙工位VD爐）脫氣→大方坯連鑄機澆鑄→熱送大型加熱爐→軋制→鋼軌在線全程淬火→預彎→矯直→超聲波探傷→表面檢查。煉鋼過程中，鐵水硫含量高直接影響出鋼成分進而影響精煉的處理，最終導致生產的波動，造成傷軌的出現。重軌鋼要求全部鐵水脫硫，而受實際生產條件的影響，轉爐出鋼硫含量受鐵水硫含量的制約，很難控制在0.020%以下，從而影響LF爐脫硫，導致LF爐攪拌時間和攪拌量增加，A類夾雜物增加。同時夾雜物上浮不徹底，澆注時夾雜物隨鋼水卷入鑄坯內部，探傷時產生傷軌的幾率增大。所以，目前煉鋼過程主要是控制夾雜物，特別是硅酸鹽夾雜。

2 改進措施及效果

為了提高鋼水純凈度減少傷軌的發生，主要從兩個方面控制鋼水中的夾雜物：一是控制整個生產過程以減少夾雜物的數量；二是VD真空處理后期弱吹和增加VD處理后至上機前的靜置時間，使夾雜物有一定的動力學條件和充分上浮的時間。協調好前后生產工序的銜接和控制時間節點有利于提高LF精煉的效率，降低鋼液中的硫含量。

2.1 采用KR攪拌法預處理脫硫

鐵水預脫硫是冶煉高品質鋼、提高產品質量、減輕后道工序生產壓力以及降低生產成本，實現超低硫鋼生產的重要手段［4-5］。為最大限度地降低鋼中S含量，減輕A類夾雜物對重軌鋼的危害，將原先的鎂鈣混合噴吹脫硫改為KR攪拌法脫硫，脫硫劑平均用量7.5 kg/t鋼 （脫硫劑中氧化鈣:氟化鈣=9.5:0.5）。若鐵水初始S含量過高，則加大渣料的加入量至10～12 kg/t鋼左右進行脫硫。

2.2 精煉渣組份優化

精煉渣長時間與鋼液接觸，能夠吸收鋼液中上浮的夾雜物，起到凈化鋼液的作用［6-7］。為控制重軌鋼中的夾雜物，對精煉渣成分進行了優化，形成了重軌鋼專用精煉渣系，其成分及堿度見表1。

表1 重軌鋼專用精煉渣成分及堿度Table 1 Compositions of Refining Slag for Heavy Rail Steel and its Basicity

由表1看出，重軌鋼專用精煉渣的堿度得到了適當的提高，這有利于Al2O3（B類）夾雜物的控制。表2為精煉渣優化前后重軌鋼中夾雜物的對比，從表2中可以看出，優化后鋼中夾雜物主要為球、點狀的硫化物夾雜，夾雜物的數量降低了8.31個/mm2，夾雜物的尺寸降低了約 20 μm，這對重軌鋼的生產十分有利。

表2 精煉渣優化前后重軌鋼中夾雜物的對比Table 2 Comparison of Inclusions in Heavy Rail Steel before and after Optimization of Refining Slag

表3為精煉渣優化前后夾雜物評級的對比，從表3中可以看出，優化后A類和B類夾雜物的評級提高了0.5級。

表3 精煉渣優化前后鋼中夾雜物評級的對比Table 3 Comparison of Grades on Inclusions in Heavy Rail Steel before and after Optimization of Refining Slag

2.3 工藝優化

（1）轉爐出鋼結束到吊罐時間不超過3 min；從吊罐到坐精煉鋼水渡車時間為：轉爐爐后扒渣罐次不超過18 min，非扒渣罐次不超過12 min；坐精煉鋼水渡車到坐LF爐鋼包車時間不超過12 min。

（2）生產組織中，首罐開澆前15 min轉爐第4爐鋼水出鋼，第2罐開澆前15 min轉爐第5爐鋼水出鋼，依此類推至尾罐。

（3）除外界或設備原因外，轉爐每爐鋼熔煉時間控制不大于35 min，控制關鍵點為出鋼硫含量和掛罐溫度，杜絕連續兩罐鋼水硫含量大于0.015%或者掛罐溫度低于1 585℃，避免增加LF處理負擔。

（4）除外界、設備原因、鋼水條件惡劣（出鋼后溫度低于標準12℃以上、出鋼硫含量高于成品0.012%以上）及大罐吹氬效果不好等情況以外，LF爐處理周期不大于30 min。

（5）精煉時若出現因某罐鋼水條件惡劣等情況而影響生產節奏時，要做好生產組織，確保下一罐鋼水進VD的時機（可以先進VD）及充足的壓力，弱吹，開澆前靜置時間共20 min以上。

2.4 取得的效果

通過采取上述措施，重軌鋼中的硫含量得到了有效控制。對高速重軌鋼夾雜物進行了跟蹤，結果為A類夾雜小于等于2.0級的比例從85.5%提升至90.3%，B、C、D類夾雜小于等于1.0級的比例從94.5%提升至99.1%，夾雜物控制水平明顯提高，重軌鋼傷軌率由0.35%降至平均0.25%以下。

3 結語

通過采取KR攪拌法進行鐵水預處理脫硫，重組精煉渣組份、VD弱吹并靜置20 min以上、優化轉爐冶煉和LF精煉工藝等措施，鞍鋼生產的重軌鋼中A類夾雜小于等于2.0級的比例從85.5%提升至90.3%，B、C、D類夾雜小于等于1.0級的比例從94.5%提升至99.1%。夾雜物控制水平明顯提高，重軌鋼傷軌率由0.35%降至平均0.25%以下。