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1、H08A碳素焊条钢钢水质量控制闫绍维，刘景元，刘作金（河北唐银钢铁有限公司，技术部）摘要： H08A碳素焊条钢在生产过程中钢水脱氧程度、成分控制对铸坯质量起到了重要作用，在理论分析和生产实践的基础上总结了合理的钢水质量控制要点。关键词：钢水质量 焊条钢 H08A 脱氧Quality Control of Molten Steel for H08A Carbon Weld Electrode SteelYan Shaowei, Liu Jingyuan, Liu Zuojin(Technical Department, Hebei Tangyin Iron & Steel Co.,Ltd)Abs
2、tract: Deoxidate degree and composition control of continuous casting billet make an important effect for H08A carbon weld electrode steel, this paper generalized the key factor of appropriate quality control of molten steel in base of productive practice and theory analysis.Key word: Quality of Mol
3、ten Steel, Weld Electrode Steel, H08A, Deoxidation.0. 前言H08A碳素焊条钢主要用于制作电焊条钢芯，必须具有低电焊耗电、高熔敷效率及优良的熔敷金属性能，为避免钢中Si高造成焊接飞溅大、影响焊缝的冲击韧性的缺点，H08A碳素焊条钢一般采用铝进行脱氧。但是使用铝作为脱氧剂，造成钢的冶炼难度增加，由于小方坯连铸对钢水质量要求较严格，铝加入量过大，尽管脱氧完全，但钢中大量的Als容易在浇注过程发生二次氧化，产生大量的Al2O3夹杂，导致浇注过程水口堵塞；铝加入量过小，又容易造成钢中aO偏高，使铸坯产生皮下气泡，因此，制定合理的钢水质量控制制度是提高
4、H08A综合合格率的关键因素。唐银钢铁公司自开发H08A碳素焊条钢以来，采用了转炉吹氩站连铸保护浇注工艺路线进行生产，通过不断改进和优化,确定了H08A碳素焊条钢生产工艺, 钢水质量、铸坯气泡缺陷等问题都得到有效解决，确保了产品质量的稳定。1. 成分标准及工艺条件唐银公司现有120t顶底复吹转炉2座，LF钢包精炼炉1座，8机8流连铸机2台。H08A成分标准及工艺条件如表1和图1所示。表1 唐银公司H08A内控成分标准元素CMnSiS、PCr、 CuNi含量/%0.090.35-0.600.030.0290.200.30铁水罐120t复吹转炉吹氩站方坯保护浇注图1 唐银公司H08A生产工艺流程表
5、2 连铸机主要工艺参数机型半径/m冶金长度/m断面/mm2拉速范围/ m/min冷却方式8机8流全弧形连续矫直R8301651651.8-2.3全水冷却2. 原料要求由于H08A钢中C、S、P含量较普碳钢低，现场采用精炼站吹氩调整合金成分和钢中O含量、无升温措施的工艺路线，因此升温、去除S、P的任务较重，为保证合适的温度、终点成分及生产节奏要求，入炉原料采用精料方针，要求铁水S0.030，P0.150，温度1250，入炉废钢采用连铸坯头或轧钢切头等洁净废钢。3. 温度控制H08A液相线温度为1525-1530，保持适当的钢水过热度，是保证生产顺行和铸坯质量的必要条件，将中包温度控制在1555-
6、1570，过热度保持在30-40，可以有效地避免因过热度太高造成结晶过程中钢坯内柱状晶发达而出现的搭桥现象，同时使连铸机保持合理的拉速，保证生产稳定。降低出钢温度、采用低温浇注模式有利于改善铸坯内部组织，但生产实践证明，由于无电极加热的生产方式，过低的出钢温度不能保障充足的吹氩时间，不利于提高铸坯品质。图2 H08A出钢温度分布/H08A出钢温度分布如图2，在纳入统计的2个浇次共29炉中，转炉出钢温度主要分布在1670附近，占总炉数的44.8%，大于1700的炉次和小于1660的炉次较少，仅有6炉，占总炉数的20.7%。综合考虑H08A在出钢、吹氩、浇注过程的温降，出钢温度控制在1670附近，
7、能稳定中间包温度在1550-1560，保证生产和质量的稳定。4. 成分控制要确保H08A铸坯成分合格，就必须考虑生产过程对钢中各成分的影响，发现生产过程中各成分的变化规律，从而对转炉终点、吹氩站、中间包等各阶段成分提出合理的控制要求。选取2个浇次共34炉做为统计样本，其成分变化情况如表3和图3所示。表3 各工艺阶段钢水平均成分工艺阶段C/%Si/%Mn/%P/%S/%终 点0.05600.1100.01800.0153进氩站0.0580.0300.3760.01860.0150出氩站0.0600.0320.4240.02000.0157中间包0.0660.0280.3980.01980.015
8、1铸 坯0.0660.0280.4060.02000.0160 图3 钢中各元素含量在生产过程中的变化由图3 a)可以看出, H08A在生产过程中存在增C现象明显，由冶炼终点至铸坯平均过程增C达到0.01%，造成增C的主要因素为合金料带入，同时钢包、中间包覆盖剂和结晶器保护渣也造成了一定程度的增C。Si含量在H08A出钢合金化至浇注过程中呈总体下降趋势，这是由于Si的烧损造成的。其中，在吹氩站进行吹氩、脱氧、调整成分和温度的过程中，由于加入了铝锰合金脱氧，造成出吹氩站时Si含量上升，但在浇注过程中高速注流形成的低压吸气造成二次氧化，即使采用全程保护浇注，也仅能减轻钢水二次氧化程度，Si仍然会有
9、少量烧损，另外钢水进入结晶器后，在凝固过程中由于枝晶间O的富集，也会使一部分Si氧化成SiO2。由图3 b)，在生产实践中，钢水从氩站进入中间包后平均烧损达到0.004%，这与保护浇注效果有较大关系，而中间包到铸坯Si含量基本稳定，凝固过程O富集造成的Si元素氧化在唐银公司的生产中并不明显。由图3 c)，生产过程平均增P达到0.002%，造成增P的主要原因是合金料中的磷带入钢包造成的。另外，尽管转炉出钢过程强化了挡渣操作，也难以保证完全杜绝下渣，进入钢包的少量终渣是造成回P不可忽视因素，尤其对于下渣量大的炉次，回P现象严重。因此为防止铸坯内P含量超标，应对转炉终点P严格控制，选用含P量低的合金
10、原料，并严格控制下渣。钢中S在H08A生产过程变化不明显，由图3 d)，转炉终点至铸坯仅变化了0.0007%，对成分控制的影响不大，故可以不考虑钢中S的影响。4.1终点 C含量控制冶炼过程控制的重点在于控制终点C含量，由于采用铝脱氧，在终脱氧合金化过程中，如过脱O，会造成钢水可浇性变差。因此，O含量不宜控制过低，而如果C含量过高，会导致钢中C、O积大，随铸坯凝固过程，C、O偏析并富集，易造成铸坯皮下产生CO气泡，因此，高拉碳工艺不适合H08A碳素焊条钢的生产。生产实践证明，当终点C0.07%时，能有效地降低对钢水脱氧的要求，最好控制终点C=0.05%-0.06%，这样可以满足钢中O控制在35-
11、4010-6范围时，铸坯不出现气泡缺陷，同时满足钢水可浇性要求。图4 终点碳含量分布4.2 钢中Si含量控制Si在钢中既是合金元素，又是脱氧元素，保持适当的Si含量，能抑制凝固过程中C-O反应的发生，避免铸坯产生气泡缺陷。理论计算证明,当Si含量为0.01%-0.04%时，钢水凝固时，Si含量对树枝晶间浓缩相中O的降低有明显影响，H08A试验阶段的生产实践证明，当Si含量0.02%时，铸坯中容易出现气泡，因此，在H08A冶炼中Si含量的控制相当关键。为满足产品在后道工序具有合格的拉拔性能和焊接性能，同时兼顾铸坯气泡产生几率，铸坯内Si含量控制在0.020%以上。4.3 终点P含量控制转炉出钢脱
12、氧合金化过程不可避免地会造成钢水增P，为保证铸坯内P含量在钢种要求范围内，将终点P含量控制在0.020%以下，保证终渣碱度在3.2以上，使终渣的粘稠度保持在合理水平，一方面增加终渣粘稠度有利于渣-钢界面分离，减少下渣量，另一方面适当提高碱度有利于减少脱氧过程和吹氩站调整成分时导致的回磷。通过不断完善操作，并加强挡渣控制，严格降低下渣量，终点P含量控制在0.020%以下，保证了铸坯中P含量在长期生产中能满足0.029的要求。5. 脱氧程度控制H08A碳素焊条钢属于准沸腾钢，易形成铸坯表层皮下气泡，影响钢的轧制和深加工，脱氧程度要求控制在很窄范围内。5.1 气泡生成的原理钢水进入结晶器后，随着钢水
13、凝固过程的进行，树枝晶间液相中C、O、N、H等溶质元素逐渐富集，当C、O富集到一定程度时，超出C-O平衡值，就会发生碳氧反应，生成CO气体，同时N、H富集到一定程度也会形成N2、H2气体，随着凝固过程的进一步进行，这些气体逐步聚集,气体压强逐步增大,生成气体总压强1：Ps =PCO+PN2+PH2阻止气泡产生的压强：Pz =Patm+Pj式中：Ps为钢中生成气体的总压强，Pa；PCO为钢中CO气体产生的压强，Pa；P N2为钢中N2产生的压强，Pa；PH2为钢中H2产生的压强，Pa；P z为阻止气泡产生的压强，Pa；Patm为大气压强，Pa；Pj为钢水静压强，Pa。连铸凝固过程中，如钢水O含量
14、控制偏高，CO气体随温度的降低不断地析出，受凝固坯壳的影响，最后析出的气体滞留在钢中，形成与柱状晶共同生长的表层气泡。如果析出CO气体的量不大，铸坯内部凝固时，受钢水静压力增大的影响，阻碍了气泡在铸坯内部的生成，所以在钢水O含量不过高的情况下，H08A仅在铸坯表层形成气泡。5.2脱氧控制脱氧是H08A碳素焊条钢生产的关键，根据气泡生成原理，可围绕C、O积为一定值来考虑脱氧量。当终点C含量较高时，钢中O含量应向中下限控制，C与O都参与了C-O反应，如果两者浓度高，将造成铸坯凝固时产生大量CO气泡；当终点C含量较低时，钢中O含量可向中上限控制，因为C低时，转炉终点钢水O含量高，钢水脱氧任务重，在无
15、电极加热的工艺条件下，钢水处理时间较短，钢中大量的脱氧产物无法充分上浮，如再按照正常情况进行脱氧，将导致钢水流动性差，容易导致浇注中断，在生产试验阶段，部分炉次浇注中断就是由上述原因引起的。出氩站后，控制钢液O含量在25-4010-6范围。在出钢前要测定钢水O含量，并根据测定值合理控制脱氧剂加入量，以保证钢中O在进氩站之前保持在70-12010-6的水平，然后在吹氩站进行进一步调整。6. 结论（1）出钢温度控制在1670左右、中包温度控制在1555-1570，可以有效地避免因过热度太高造成结晶过程中钢坯内柱状晶发达而出现的搭桥现象，同时使连铸机保持合理的拉速，保证生产稳定。（2）终点C含量过高，会导致钢包内C、O乘积大，容易造成铸坯内产生C
