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1、.1.重钢转炉-连铸高碳钢生产工艺及质量分析摘 要 本文介绍了重钢采用转炉LF 炉连铸生产高碳钢的工艺，并对其工艺和质量进行了分析，总结了高碳钢生产的工艺操作要点。作者认为：控制钢的碳偏析和钢中夹杂物的形态及数量，是高碳钢生产控制的重点和难点。关键词 高碳钢 工艺 质量 分析Analysis on the Process and the Quality of Converter - concasting High Carbon Steel in Chongqing SteelLi yongxiang Liao ming Li bichun Huang yan (Iron and Steel R
2、esearch Institute of Chongqing Iron and Steel Co. Ltd.)Hu bing Xiao shiping Liu guogui(Steelmaking Plant of Chongqing Iron and Steel Co. Ltd.)ABSTRACT：This paper introduces the production technology of high carbon steel, whose technological process is Converter-LF-Conticaster, analyses its technolog
3、y and quality,generalizes the operating points in Chonggang .Its important to control the C aliquation and the shape and the numerical measures of the inclusion in molten steel.KEY WORDS： High carbon steel Process Quality Analysis1 前言优质高碳钢高速线材广泛应用于加工低松弛预应力钢丝、钢丝绳、钢绞线、弹簧钢丝及中高强度的紧固件等，是一种高附价值产品，具有广阔的市场前
4、景。随着工业化和现代化的发展，市场对高碳钢质量的要求越来越高，要求高碳钢线材具有通条性能均匀，脱碳少，组织主要为索氏体，不允许有马氏体和网状渗碳体存在，并要求强度高，延伸、韧性好，以适应冷拔过程的需要。重钢高线厂于 2000 年 7 月投产后，由于其生产品种单一，为了更好地适应市场需要，公司决定利用高线厂轧机开发附加值较高的高碳钢盘元，为此，重钢于 2001 年 9 月开始进行高碳钢的试制工作。在前几轮的试制中，高碳钢铸坯及盘元存在如下质量问题：铸坯中心偏析严重，盘元拉拔过程中出现较多脆断现象，抗拉强度超标，熔炼分析与成品分析成分差异较大，特别是碳成分的差异较大。针对上述质量问题，通过优化炼钢
5、、轧钢工艺，加强质量控制，高碳钢质量得到较大提高，盘园质量符合有关标准要求，满足了用户对高碳钢质量的要求。在同档次硬线钢品种供应某制绳厂单位中，重钢硬线钢产品性能较好，断丝量小。目前，重钢高碳钢产量可达 20000 吨/月，品种数量增加，已开发出 50 钢80 钢系列高碳钢，其轧材产品质量良好。重钢在利用转炉LF 炉精炼连铸工艺开发高碳钢，控制高碳钢质量方面取得了一些经验，在此予以介绍。2 生产工艺2.1 重钢高碳钢生产采用如下生产工艺流程：铁水900 t混铁炉50 t转炉80 t钢包精炼炉150*150mm 2连铸机切割热送高线厂轧制检验入库。2.2 对主要原材料质量要求及设备条件要求：2.
6、2.1 铁水: 要求P0.100%，采用脱硫铁水。.2.2.2.2 废钢: 要求使用优质废钢,如钢边、切头等。2.2.3 转炉、LF 炉、连铸机等设备处于良好状态，且连铸具备电磁搅拌工艺条件才能生产高碳钢。2.3 转炉冶炼工艺2.3.1 装入制度：总装入量 88 吨，其中冷料（生铁+废钢）比在 20%左右，冷料比可根据铁水成分、温度灵活调整，以确保 C-T 协调。2.3.2 供氧制度；吹氧流量设定为 17000Nm3/t，工作压力在 0.800.85MPa 之间，视炉内化渣情况进行恒流量变枪位操作。2.3.3 终点控制:采用高拉补吹法，终点目标C0.10%，P0.015%，S0.030%，终渣
7、碱度按3.04.0 控制，出钢温度按 16301650控制，其冶炼终点实际控制情况见表 1。2.3.4 磷控工艺:充分利用冶炼前期低温的有利条件，适当提高枪位，快速成渣并早化渣，使炉渣碱度控制3.0，保证前期去磷效果；冶炼后期控制好炉温，不宜过高，防止回磷；出钢过程使用挡渣帽、挡渣锥挡渣，要求下渣量70mm,以减少钢水回磷。2.3.5 碳控措施:在确保终点磷控合格、温度合格的条件下，尽可能提高终点碳控制，钢中不足的碳含量靠出钢过程加入增碳材料增碳。为了确保增碳剂加入后，碳的回收率高且稳定、碳的均匀性好、钢液温降小，我司高碳钢增碳材料选择以含碳合金球为主，加碳粉为辅考虑，在 LF 炉使用含碳合金
8、球或碳芯线微调碳。2.3.6 脱氧合金化工艺:出钢过程主要加入多元合金进行预脱氧，进 LF 炉喂入少量铝线或多元合金线脱氧，合金化主要采用 FeSi 和电炉 FeMn。2.3.7 出钢过程钢包进行在线吹氩。表 1 70 钢冶炼终点控制冶炼终点参数特征值T C% P% S%N 20 20 20 20X1641 0.11 0.013 0.031Xmin 1622 0.10 0.012 0.024Xmax 1693 0.15 0.018 0.0392.4 精炼工艺在精炼环节, LF 炉除了承担温度、成分调整、脱硫等任务外，控制的重点应是钢中夹杂物形态和数量，避免出现大型和脆性夹杂物。2.4.1 成分
9、控制:由于出钢过程增碳量大,为达到 LF 炉精调成分的目的，采用进 LF 炉站吹氩均匀后的钢液成分作为调整钢液成分的依据。对钢中硅、锰成分别用硅铁和锰铁调整，用含碳合金球或碳芯线微调碳成分，进出 LF 炉站工艺参数控制情况见表 2。2.4.2 温度控制:由于高碳钢液相线温度低，因而其过程温度低，如果炼钢进 LF 炉站硫控制较高，将被迫增加精炼渣料，从而易造成炉渣碱度高、温度低、化渣困难。因此，为确保 LF 炉化渣良好，要求 LF炉第一次升温温度不能过低。2.4.3 夹杂物控制: 改变夹杂物的形态和分布，降低钢中夹杂物含量是生产高碳钢的重点和难点。为改变夹杂物的形态和分布，利于钢中夹杂物的去除，
10、在钢水离开 LF 炉站前，利用含 Ca 包芯线对钢水进行钙处理。钙处理后，为保证夹杂物充分上浮，必须对钢包钢液进行较长时间的软吹氩，软吹氩要求不小于 8 分钟。2.4.4 经 LF 炉处理后，高碳钢炼钢成品成分控制良好，符合有关工艺规定要求，见表 3。表 2 70 钢 LF 工艺参数控制情况LF 工艺参数进 LF 出 LF特征值T C% S% T C% S%N 20 20 20 20 20 20.3.X1546 0.47 0.027 1544 0.70 0.009Xmin 1526 0.39 0.018 1534 0.68 0.004Xmax 1566 0.54 0.033 1555 0.73
11、 0.014表 3 70 钢的成品成分(熔炼分析)控制情况钢的成品成分(熔炼分析)，%特征值C Si Mn P S Alt Cr Ni Cu AsN 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20X0.70 0.24 0.60 0.017 0.009 0.008 0.03 0.02 0.03 0.011Xmin 0.68 0.21 0.56 0.014 0.005 0.003 0.02 0.01 0.02 0.007Xmax 0.72 0.29 0.67 0.020 0.014 0.015 0.04 0.03 0.04 0.0172.5 连铸工艺连铸工艺对高碳钢铸坯质量起着极其关键
12、的作用。合适的保护浇注，利于防止钢中气体和夹杂物含量增加；浇注温度、拉速、二冷水的合理控制有利于防止铸坯中心疏松、缩孔、偏析和内裂，并获得结构致密的铸坯。2.5.1 浇注温度制度确定合适的浇注温度是实现顺利浇注和获得良好铸坯质量的前提条件。由于高碳钢存在凝固区间较宽的特点，铸坯凝固时易发生偏析，注温过高，铸坯具有发达的柱状晶或穿晶组织，中心疏松、缩孔和偏析加剧；耐材受侵蚀易引起浇注控制系统失控或漏钢，并使钢中非金属夹杂物增加。而浇注温度过低易造成中包水口冻结，迫使浇注中断，并可能恶化铸坯表面质量。因此，考虑到重钢炼钢厂是五流方坯铸机，且采用了结晶器电磁搅拌工艺，钢液过热度按 1530控制，按此
13、过热度浇注满足了浇注顺行和铸坯质量要求。2.5.2 拉速制度随着拉速的提高，铸坯在结晶器内停留时间变短，从而使钢液凝固速度降低。拉速过高，会发生铸坯鼓肚，加重铸坯中心偏析，因此，高碳钢的拉速不宜过快。重钢在钢液浇注过热度为 1530时，相应典型拉速按 2.2m/min 控制，其生产过程控制情况见表 4。表 4 70 钢浇注工艺参数控制情况特征值 浇注过热度 拉坯速度 m/minN 20 20X22 2.25Xmin 11 2.15Xmax 28 2.402.5.3 连铸冷却工艺二次冷却条件直接影响铸坯质量的好坏。固液界面上的冷却条件严重影响液固两相区微观组织的生长，弱的二次冷却能够减少中心偏析
14、和改善铸坯结晶组织，抑制柱状晶生长，增加等轴晶区。重钢高碳钢生产采用弱的冷却制度，采用气水冷却方式，二冷制度经过优化后，目前的比水量控制在0.580.63L/kg 之间。连铸坯一次切割后自然冷却，在翻滚冷床上不能对铸坯喷水或吹风冷却，否则易造成铸坯表面炸裂和端面裂纹。2.5.4 电磁搅拌工艺连铸使用电磁搅拌技术，能捕集和防止铸坯皮下气泡、非金属夹杂物缺陷的产生，改善铸坯表面质量，增加微细等轴晶，减轻中心偏析、缩孔和疏松，防止结晶器内的不均匀凝固。目前，电磁搅拌工艺已普遍应用于高碳钢生产中，而应用最广泛的是 M-EMS 单搅拌和 M+F-EMS 组合搅拌，重钢采用 M-EMS 单搅拌工艺技术，搅
15、拌频率为 34HZ，搅拌电流为 300400A。电磁搅拌工艺已作为重钢生产高碳钢的必备条件。2.5.5 保护浇注.4.由于用户对高碳钢盘元中气体要求较严，经过 LF 炉处理后的钢液在浇注过程中，若不采用无氧化保护浇注，则必将造成钢液中二次氧化物夹杂的大量增加，因此必须进行全程保护浇注。重钢保护浇注方式为：钢包中间包采用长水口+蜜封环，中间包加覆盖剂，中间包结晶器之间采用浸入式水口，结晶器采用高碳钢专用保护渣。3 工艺分析3.1 冶炼工艺从表 1 可知：冶炼过程中，脱磷工艺操作控制得较好，终点P较低，平均只有 0.013%。终点C虽达到了工艺目标要求，但从总体上看，终点C偏低，平均仅为 0.11
16、%，最高只有 0.15%，因此在能保证终点P的条件下，应尽可能提高终点C。而终点S相对较高，平均达 0.031%，最低为 0.024%，最高为 0.039%，导致终点S高的主要原因：一是入炉原辅材料铁水、石灰等硫含量高；二是重钢在高碳钢生产中,对转炉冶炼重点是脱磷保碳、碳-温协调，脱硫的任务主要在 LF 炉完成。3.2 精炼工艺从表 2 可知：进 LF 站S平均值 0.027%，最低 0.018%，最高 0.033%，出 LF 站S平均值 0.009%，最低 0.004%，最高 0.014%，LF 炉平均脱硫率达 66.67%。可见，重钢 LF 炉脱硫效果较好。3.3 成分控制从表 3 可知：高碳钢成品成分控制较好，炉与炉之间相同成分波动较小；钢中P、S含量低；而钢中Alt含量平均仅为 0.008%，钢中如此
