PC3預應力混泥土鋼生產工藝及事故應對措施

張啟明

（福建省三鋼（集團）有限責任公司，福建 三明 365000）

PC3棒主要特點鋼中硅含量高達1.55%～1.85%，高硅不僅能增加鋼的淬透性，還能顯著提高鋼的彈性極限、屈服點和抗拉強度。關鍵是高硅含量可增加鋼的抗回火性，阻止軟化，使鋼能在相對較高的溫度下回火而強度的降低不大，有效地控制微裂紋擴展，提高其抗延遲斷裂性能，對改善綜合力學性能有利[1]。由于它具有高強度韌性、良好的可焊接性、墩鍛性等特點，PC3在我國主要用于管樁廠制作港口混凝土管樁、高層建筑基混凝土管樁、橋墩混凝土管樁等。由于其錳硅比極低，考慮其澆注性能，對生產工藝有著較嚴格的要求。

1 三鋼煉鋼廠PC3鋼生產工藝流程

鐵水+廢鋼→130噸頂底復吹轉爐→130噸LF精煉→7機7流160mm×160mm方坯連鑄→熱送軋鋼廠。

2 PC3鋼煉鋼生產工藝

2.1 成分設計

表1 三鋼成分控制目標

2.2 轉爐主要控制思路

（1）出鋼量：125t。

（2）終點成分及溫度控制范圍：出鋼C：≥0.08%、P≤0.015%、出鋼溫度1610～1640℃。

（3）出鋼控制：①使用硅鈣鋇脫氧：C≤0. 06%加入100kg/爐，0.06%＜C≤0.08%加入50kg/爐, C>0.08%不加硅鈣鋇。②出鋼采用石灰渣洗：無鋼包返回渣加石灰200kg/爐；有鋼包返回渣加石灰100kg/爐。③吹氬：出鋼前期吹氬強攪拌，到出鋼后期（出鋼量≥2/3）底吹流量可適當調小。氬站吹氬時間≥3分鐘。

2.3 精煉關鍵點

造渣及脫氧控制：

（1）使用碳化硅強化擴散脫氧，白渣穩定時間≥20分鐘。

（2）精煉渣系的選擇：CaO:50～60% 、SiO2:20～30% 、Al2O3:≤10% 、 MgO:5～7%。(FeO+MnO)＜1%。

（3）在線喂入純鈣線100m/爐。

（4）軟吹時間控制≥10分鐘。

2.4 連鑄關鍵點

（1）使用φ30mm中包水口。

（2）主拉速2.1m/min。

（3）實施保護澆注。

經過采取上述思路及工藝措施，PC3鋼煉鋼每年產量約3萬噸，市場異議零起，其成品成分及過熱度控制情況，見表2。

表2 成品成分及過熱度

3 PC3鋼在生產過程中所遇到的問題及解決措施

因在生產過程中發生一些突發性事故，導致PC鋼在精煉爐大量配合金、多次精煉、溫度補償等事故，造成鋼水在澆注過程中發生絮流事故，嚴重的甚至是倒機事故，對質量及生產順行帶來極大影響。出鋼溫度在1600℃以上的只有4爐，終點P含量均在0.008%以下，但是碳含量偏低，不符合出鋼0.08%～0.20%的要求，這樣給后續的脫氧工作帶來困難。應該繼續摸索生產操作要點，積累經驗，還有很大的進步空間。爐后出鋼精準配碳,11爐中只有5爐在要求范圍之內，其中2爐次因為碳高判廢或回爐，這主要與出鋼量和下渣量的不穩定造成的。今后穩定下渣量，目前轉爐的最大瓶頸就是下渣量控制不住，這是需要解決的首要問題。

相關問題及解決措施如下。

3.1 鋼水二次精煉事故

精煉爐已處理過的鋼水需要再次進行精煉，簡稱為二次精煉，為保證鋼水的可澆性，措施如下。

（1）冶煉周期：精煉周期（即工位處理時間）≥25min。

（2）造渣：①鋼包已黑面（覆蓋劑加入量＞60kg）的需要二次精煉：需倒渣后（倒出1/2以上渣）重新精煉，按全新鋼水工藝模式處理。渣系配比,本次冶煉已經通過之前的活度模型計算對于渣系的配比進行了一定調整，也在夾雜物情況中得到的反饋結果良好，表明理論上進行的渣系分析是合理可行的，在今后的生產中可以繼續根據實際情況進行微調。②鋼水未加覆蓋劑或鋼水兌摻的，需要來回精煉的：在未確定時間上臺前，以升溫防止凍包及凍透氣磚為主，不進行造渣，石灰+螢石用量＜800kg，且在軟吹工位需小流量吹氬，鋼水不裸露。在確認時間及銜接順序后，添加新渣料，石灰+螢石≥400kg進行造渣并加入碳化硅進行擴散脫氧，促使爐渣具備良好的流動性。

（3）鈣處理控制：150m/爐，喂線速度3m/秒。

（4）軟吹控制：軟吹時間控制在13～18min。

圖1 鋼材連鑄關鍵過程圖

（5）過熱度控制：28℃～34℃，比常規澆注過熱度高4℃，以保證具備一定的溫度對意外事故進行處理。

3.2 其它常見事故處理方法

（1）精煉軟吹后發現低溫事故的，需要再次提溫的，實施措施如下。

鋼水精煉完畢，開至軟吹工位（軟吹時間≤10min)，發現上臺溫度不夠的但是有必須上臺銜接的，可以開至精煉工位補償溫度（補償溫度送電時間≤2min），溫度補償期間禁止大流量吹氬攪拌，防止高熔點覆蓋劑卷入鋼水中，鋼水升溫后，重新軟吹時間不低于8min。

（2）精煉大量配合金事故（合金加入量＞800kg/爐），因生產、操作、設備事故，需要大量配合金的，實施措施如下。

精煉爐需在精煉前期（精煉周期的1/3以前）加入大部分合金（2/3以上），且保證本爐有正常的精煉周期（精煉周期≥30min）。同時控制相關參數：過熱度為28±6℃，鈣線150m/爐，喂線速度3m/秒。

（3）精煉進站發現渣面上混有大量碳粉，實施措施如下。

降低精煉石灰加入量，精煉前期石灰加入量≤600kg，配加螢石，以化渣為主，同時通電過程中打開小爐門，抬電極后強攪拌時間≥3min，避免電石渣生成，因為在通電過程中電弧高溫條件下，石灰與碳粉混合在一起發生反應生成CaC2。

4 處理效果

4.1 事故鋼水處理成功率

表3 措施實施前后數據對比

4.2 低倍缺陷

以常規精煉鋼水與事故狀態下鋼水措施實施后低倍缺陷對比，見圖2，可以看出在鋼水事故狀態下，實施工藝措施，低倍缺陷未發生惡化，與正常生產鋼水低倍缺陷級別控制在一個較低的水平。

圖2 低倍缺陷級別

5 結論

（1）三鋼PC3鋼成分設計錳硅比在0.48，平均澆注過熱度為28.5℃具備良好的可澆性，自產品開發以來未接到市場質量異議。

（2）通過對二次精煉鋼水重新造渣措施，可以有效提高鋼水的可澆性。

（3）實施事故工藝措施后，事故鋼水的處理成功率從33.3%提升至90%，大幅度降低了生產及蓄流事故。

（4）實施事故工藝措施后，低倍缺陷未發生惡化，繼續保持在一個較低級別的水平。