張 慶 鄭桂蕓

轉爐流程生產SAE1008的實踐

張 慶 鄭桂蕓

研究采用LD轉爐-LF精煉爐-CC連鑄-半連軋軋制流程的工藝，開發(fā)生產SAE1008低碳低硅自行車飛輪用鋼的關鍵技術，通過對轉爐吹氬工藝、LF精煉爐造渣工藝優(yōu)化和全保護澆鑄等措施,成功解決了SAE1008鋼的成分控制及氧含量、純凈度的控制。

SAE1008鋼 轉爐吹氬 LF精煉爐造渣工藝優(yōu)化 保護澆鑄

1.前言

在煉鋼廠采用80噸復吹轉爐冶煉用于制造自行車飛輪用SAE1008鋼。SAE1008鋼轉爐控制的難點在于化學成分碳、硅以及純凈度的控制。為此，通過設計工藝技術操作要點，通過對轉爐、精煉、連鑄生產線進行系統(tǒng)的、科學的組織，對生產過程技術難點采取積極有效措施，總結出了采用LD+LF+CC工藝冶煉SAE1008鋼的技術操作要點。保證了自行車飛輪用SAE1008鋼的質量全部滿足用戶需求。

2.主要技術要求

鋼的熔煉成分及機械性能符合技術協(xié)議規(guī)定，見表1。

3.工藝流程

鐵水預處理→6#轉爐→LF爐→5#連鑄機→特鋼廠小型軋材車間成材→Φ36mm→檢驗入庫。

4.關鍵性技術、工藝質量研究與控制

4.1 化學成分控制研究

飛輪生產工藝要求材料的塑韌性好，硬度不能太高，符合加工使用要求。SAE1008為亞共析鋼，隨著碳含量的增加，珠光體量增加，強度、硬度升高，而塑性、韌性下降。所以碳含量控制要嚴格，精確控制碳含量。避免強度升高。SAE1008鋼要求鋼水C、Si很低。為保證鋼材性能達到用戶及標準要求，查閱相關文獻資料，精心設計，采取具體工藝控制措施如下：

（1）碳含量控制：SAE1008鋼成分要求采用低碳控制，要求[C]≤0.10%。根據碳氧平衡，當轉爐終點碳含量很低時，鋼水氧活度高，增加精煉爐脫氧操作的難度，增加脫氧劑的使用量，影響其他合金元素的收得率，并產生大量氧化物夾雜，給夾雜物去除工作增加了難度，并影響最終產品的質量。同時考慮到吹煉過程對轉爐爐襯的嚴重侵蝕將大大影響轉爐爐齡，明顯增加煉鋼成本，同時為了保證產品的最終性能，綜合以上因素，在試制時要求轉爐終點碳盡量控制在0.06%～0.08%，避免鋼水過度氧化，控制好出鋼溫度，并在冶煉末期采用低槍位操作，優(yōu)化轉爐底吹模式，并要求做到一次拉碳，盡量杜絕補吹，減輕鋼水過氧化程度，放鋼過程禁止加入碳粉，采用中錳合金化，精煉過程使用復脫脫氧和強脫氧劑相結合來完成鋼水的脫氧；中間包采用低碳堿性覆蓋劑，以避免鋼水增碳。

（2）硅含量控制

鋼水由轉爐轉到LF精煉時，在強還原氣氛下，爐渣中的硅、磷易被還原進入鋼液中。若轉爐終渣磷、硅的氧化物含量高，易造成最終鋼水中磷、硅超標。因此，必須嚴格控制轉爐冶煉過程下渣量。減少轉爐下渣的措施是：采用“擋渣錐+擋渣球”的擋渣工藝；出鋼3/4處，用擋渣小車將擋渣球正確投放到鋼流中心保證擋渣成功率在95%以上；使用新出鋼口，控制好出鋼時間，必要時留鋼操作，避免下渣。

表1 鋼的熔煉成分及機械性能 %

4.2 鋼水純凈度控制

由于SAE1008鋼C、Si、Mn成分范圍較小且偏低，鋼水脫氧操作對鋼質純凈度影響很大。因此控制手段主要是降低鋼水的過氧化程度，發(fā)揮復合脫氧及爐外精煉的脫氧去夾雜作用、連鑄工序保護澆鑄的效果。

（1）轉爐終點碳控制技術和復合脫氧技術

采用低碳鋼底吹模式（見表2），轉爐前期化好渣，加強轉爐溫度控制做到一次補吹放鋼，減少鋼水過氧化程度，降低鋼水原始氧含量。

放鋼過程采用鋁錳鈦脫氧，鋼包底吹氬、鋼包渣洗工藝充分發(fā)揮復合脫氧作用。

（2）LF精煉渣及造渣技術

采用預熔型合成渣，其組分（見表3），通電前期通過分批量加鋁粒、復合脫氧劑（CaC2）快速脫氧造白渣。

（3）合理吹氬工藝技術加速夾雜物上浮去除

鋼水吹氬處理，具有均勻鋼水成分、溫度、去除鋼水中氣體和夾雜的作用。實踐證明，對于合金加入數量較少的普碳鋼來講，鋼包低吹氬3min可以獲得較好的效果。針對SAE1008鋼脫氧量較大，為了使脫氧產物充分上浮排出，采用全程低吹氬工藝。智能吹氬主要是利用在線數控吹氬機的爐前操作箱和工控機控制吹氬流量。在生產過程中制定并實施了LF精煉過程各個階段流量控制：精煉通電化渣、提溫過程采用氬氣弱攪拌，鋼包透氣磚出口流量控制在20NL/min-45NL/min；精煉喂鋁線操作結束、配成分期間采用氬氣強攪拌，即智能吹氬旁吹操作（通常壓力：1.3 mpa-1.6mpa）；軟吹過程采用弱攪拌，鋼包透氣磚出口流量控制在10NL/min-20NL/min。以上保證了精煉過程各個階段良好氬氣攪拌效果。以上通過優(yōu)化控制精煉過程各個階段氬氣攪拌流量，使鋼渣得到最佳接觸、反應，為夾雜物充分上浮創(chuàng)造良好的動力學條件；在造好精煉渣的前提下，軟吹攪拌時間在10分鐘以上，使鋼中的氣體及夾雜物得以充分上浮。

（4）LF精煉終點鈣處理，對夾雜物進行變性處理，提高夾雜物去除率。

（5）在澆鑄過程中，中間包內添加低碳覆蓋劑，塞棒控制全保護澆注避免鋼水二次氧化。二冷配水采用弱冷卻制度。

（6）軋制采用較高的終軋溫度，采用緩慢冷卻，使奧氏體在高溫區(qū)分解，分解轉變的時間較長，有利于先共析鐵素體的充分析出和長大，粗大的奧氏體轉變?yōu)榇执蟮蔫F素體和少量的珠光體組織，這樣可得到低強度、高塑性的性能。因此，為了獲得良好的性能，采用加熱爐高溫段爐溫在1250℃-1300℃，鋼坯出爐溫度在1200℃-1250℃。終軋溫度控制在≥900 ℃。

5.產品實物質量

5.1 化學成分

從表4可以看出，各元素均能夠滿足標準要求。除一爐碳含量超內控范圍外，其余控制在內控及標準范圍內。磷、硫控制情況良好。說明煉鋼工藝控制要點正確合理且控制過程嚴格。鋼材純凈度控制情況良好。

5.2 組織

鋼材的金相組織為鐵素體+珠光體。冷彎和頂鍛合格。

5.3 外觀質量

所生產的鋼材較好滿足了用戶對表面質量的嚴格要求，外形優(yōu)良，經頂鍛檢驗不存在裂紋、折疊等影響使用的缺陷；端部鋸切整齊，不存在馬蹄形、飛邊、毛刺及影響使用的切斜和壓扁。

表2 低碳鋼底吹模式 m3/h

表3 預熔合成渣配比 %

表4 化學成分檢驗結果 %

6.結論

（1）采用氧氣頂吹轉爐冶煉、鋼包全程低吹氬、小方坯、小型棒材生產線半連軋工藝開發(fā)生產SAE1008鋼，生產工藝合理、先進，工藝技術操作要點正確、可行。

（2）轉爐冶煉SAE1008鋼，控制鋼水氧含量和夾雜物含量，是生產順行和產品質量保證的關鍵。

（作者單位：山鋼股份萊蕪分公司特鋼事業(yè)部）