（中車大同電力機(jī)車有限責(zé)任公司，山西大同 037038）

E 級(jí)鋼屬于鑄造低合金鑄鋼，其牌號(hào)為ZG25MnCrNiMo，具有良好的強(qiáng)度和塑性。目前在鐵路行業(yè)主要用于機(jī)車車鉤產(chǎn)品鑄件（鉤體、鉤舌、鉤尾框）的生產(chǎn)使用，車鉤件在機(jī)車運(yùn)行過(guò)程中受力較為復(fù)雜，被認(rèn)定為安全件，作為車鉤產(chǎn)品材質(zhì)的E級(jí)鋼備受關(guān)注。在多年的生產(chǎn)實(shí)踐中，總結(jié)出了適應(yīng)生產(chǎn)需要的冶煉E 級(jí)鋼的工藝控制方法，使產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量也有了不斷的提高[1]。

1 工藝分析

電弧爐氧化法煉鋼主要工藝路線為：配料—熔化期—氧化期—還原期—放鋼—鎮(zhèn)靜—澆注。各個(gè)環(huán)節(jié)都有關(guān)注的要點(diǎn)，重點(diǎn)控制氧化期及還原期，是決定鋼水質(zhì)量的關(guān)鍵。氧化期主要利用鐵礦石作為氧化劑，碳氧反應(yīng)產(chǎn)生的沸騰來(lái)凈化鋼液，達(dá)到去除鋼液中氣體及非金屬夾雜物的目的，同時(shí)均勻爐內(nèi)的溫度和化學(xué)成分。還原期主要采用擴(kuò)散脫氧與沉淀脫氧相結(jié)合的綜合脫氧方式，使用純碳粉作為擴(kuò)散脫氧劑，用石灰和螢石造渣，采用白渣精煉法，通過(guò)添加合金礦石調(diào)節(jié)化學(xué)成分，達(dá)到最終冶煉目的[2]。

2 冶煉過(guò)程工藝控制

2.1 配料控制

配料是電弧爐煉鋼中不可缺少的組成部分?；緺t料為廢鋼、回爐料、鐵削、增碳劑、石灰等。配料時(shí)準(zhǔn)確稱重，先在爐底和爐坡鋪上石灰，起到保護(hù)爐底及提前造渣的目的。裝料時(shí)，底部裝小料及增碳劑，中部裝大塊料及中塊料，上部裝小料，利于導(dǎo)電導(dǎo)熱[3]。

配料階段重點(diǎn)關(guān)注增碳劑的加入量，要保證E級(jí)鋼成品規(guī)格下限（脫碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥0.3%）.當(dāng)然也不能過(guò)高，否則會(huì)造成氧化時(shí)間長(zhǎng)，鋼水過(guò)熱。

2.2 熔化期控制

熔化期的主要任務(wù)是在保證爐體壽命的前提下，快速地將爐料熔化及升溫，可采用吹氧助熔，并造好熔化期爐渣，可減少鋼液在熔化期的吸氣量。在熔化末期，分批加入鐵礦石，加速脫磷。

爐料化清后，在熔池中心取樣分析，重點(diǎn)關(guān)注碳、磷、硫元素含量。如果含碳量不足，氧化期開(kāi)始前必須進(jìn)行增碳。

2.3 氧化期的控制

氧化期是氧化法煉鋼的主要過(guò)程。主要任務(wù)就是去磷、去氣、去夾雜，將鋼水均勻加熱到高于出鋼溫度。完成這些任務(wù)的手段主要是靠碳的氧化沸騰作用。氧化期進(jìn)行的好壞，對(duì)鋼的質(zhì)量影響很大。

2.3.1 脫磷

磷是鋼中的有害元素，大幅度降低鋼液的質(zhì)量。因此，要求在冶煉過(guò)程中做好去磷工作。在長(zhǎng)期實(shí)踐中，總結(jié)出以下行之有效的控制磷含量的操作方法。

磷對(duì)氧的親和力比鐵大，其反應(yīng)式為：

生成的P2O5溶于爐渣，P2O5及其與FeO 反應(yīng)生成的3FeO·P2O5都是不穩(wěn)定氧化物，溫度升高就會(huì)分解，因此要加入強(qiáng)堿性氧化物石灰（CaO），其反應(yīng)式為：

綜上，脫磷的有利條件為增加石灰及礦石濃度，快速流渣，控制較低的反應(yīng)溫度。

另外裝料前，爐底墊加料重2%～7%的石灰。如若先期脫磷加入石灰量不足會(huì)導(dǎo)致先期脫磷效果差，在熔化末期堅(jiān)持流渣操作，至少換新渣二次以上，可有效地將熔清磷含量控制在理想范圍內(nèi)。氧化法煉鋼在氧化前期，為了去磷效果更明顯，采用小塊礦石浮在渣面上以提高渣中氧化鐵含量。

還原期要有效控制回磷。首先控制還原期溫度不能偏高，另外，要求在氧化末期應(yīng)快速、干凈地扒除氧化渣，不得有殘留。

通過(guò)以上環(huán)節(jié)的控制，我公司生產(chǎn)的E 級(jí)鋼磷含量一直控制在理想的水平（w（P）≤0.025%），部分爐次可達(dá)到雙零水平。

2.3.2 脫碳

氧化期脫碳并不是目的，是作為沸騰熔池，去除鋼中的氣體和非金屬夾雜物的手段，以達(dá)到凈化鋼液的要求。因此脫碳反應(yīng)進(jìn)行的好壞是鋼液內(nèi)在質(zhì)量的重要保證。

脫碳過(guò)程中要求必須有一定的脫碳量和脫碳速度。通常，脫碳量較少時(shí)，達(dá)不到去除鋼中氣體和夾雜物的目的；而脫碳量較大時(shí)，對(duì)鋼的質(zhì)量沒(méi)有顯著的改善，反而會(huì)延長(zhǎng)冶煉時(shí)間并造成爐襯的侵蝕嚴(yán)重。脫碳速度較慢時(shí)，熔池沸騰緩慢，去除氣體及夾雜的作用不明顯；而脫碳速度較快時(shí)，在短時(shí)間內(nèi)完成脫碳，一定會(huì)造成熔池猛烈的沸騰，造成鋼液裸露面積增大，增加吸氣量，并對(duì)爐襯加重侵蝕，該操作對(duì)去除氣體、夾雜物不利，并且會(huì)造成鋼水噴濺等事故。理想的脫碳速度應(yīng)保證單位時(shí)間內(nèi)鋼液的去氣量大于吸氣量，并能使夾雜物充分排出。生產(chǎn)實(shí)踐證明，氧化法冶煉E 級(jí)鋼合理的脫碳量不僅對(duì)去氣除夾雜不利，還會(huì)造成噴濺、跑鋼等事故。氧化法冶煉E 級(jí)鋼合理的脫碳量應(yīng)控制在0.30%～0.45%，脫碳速度控制在每分鐘0.01%～0.02%.

氧化末期終點(diǎn)碳一般控制在“規(guī)格下限-0.05%—規(guī)格下限”。扒渣時(shí)的鋼液溫度達(dá)到出鋼溫度，避免還原期鋼液溫度過(guò)低。第二個(gè)試樣分析合格和溫度達(dá)到要求時(shí)進(jìn)行除渣，在停電的情況下快速、干凈地除掉爐渣，進(jìn)入還原期。

2.4 還原期的控制

還原期的主要任務(wù)是脫氧、脫硫、控制化學(xué)成分、調(diào)整鋼液溫度。

2.4.1 還原初期造稀薄渣

還原初期造低黏度稀薄渣，覆蓋鋼液表面，減少鋼液降溫和吸氣，造渣材料包括石灰、螢石，質(zhì)量比例控制在3∶1，重量為鋼液總量的2%～3%.造稀薄渣的同時(shí)往鋼液中加入錳鐵、硅鐵進(jìn)行初步脫氧，這一過(guò)程為預(yù)脫氧。稀薄渣形成后，充分?jǐn)嚢枞〉谌齻€(gè)試樣，主要分析錳含量。

2.4.2 還原期采用大渣量

預(yù)脫氧結(jié)束后造還原渣進(jìn)行脫氧。吸附鋼液中的硫及脫氧產(chǎn)物等雜質(zhì)是還原渣的主要作用。為保證鋼的脫氧、脫硫效果好，且爐渣還原情況穩(wěn)定，必須采用大渣量。爐渣可以有效地防止鋼液吸氣，起到一定程度的保護(hù)鋼液的作用。在渣量較大時(shí)出鋼，爐渣可以較好保護(hù)鋼液，實(shí)現(xiàn)鋼水與爐渣互相沖洗，能夠進(jìn)一步去除硫并減少鋼液二次氧化，起到凈化鋼液作用。在渣量較少且渣況不穩(wěn)定時(shí)，爐渣存在忽黃忽灰現(xiàn)象時(shí)，脫氧效果差，在嚴(yán)重時(shí)爐渣不能完全覆蓋住鋼液面，特別是在推渣攪拌時(shí)暴露鋼水液面面積增大，這樣使吸氣量增加，造成鋼液在脫氧時(shí)再次被氧化，延長(zhǎng)了冶煉時(shí)間，且脫氧效果不好[4]。

2.4.3 還原期保持爐內(nèi)還原性氣氛

還原期操作要將爐子封閉好，目的是要使?fàn)t外空氣不進(jìn)入或少進(jìn)入爐內(nèi)，保護(hù)爐內(nèi)有足夠的還原性氣氛。如果爐外空氣隨意進(jìn)入爐內(nèi)，則爐內(nèi)氣體氧化性增加，使渣鋼進(jìn)一步氧化，降低了加入還原劑的作用效率，造成變?cè)щy。還原期進(jìn)行到一定時(shí)間后，還原氣氛減弱，爐內(nèi)還原反應(yīng)就不再進(jìn)行[4]。

2.4.4 保證白渣脫氧時(shí)間

白渣脫氧是根據(jù)擴(kuò)散脫氧原理進(jìn)行的。擴(kuò)散脫氧的過(guò)程比較慢，需要有一定的時(shí)間。因此用白渣脫氧必須使鋼液在白渣下保持一定時(shí)間（一般不少于15 min），使鋼液中的氧充分?jǐn)U散到爐渣中去。當(dāng)還原渣變白后，取第四個(gè)試樣進(jìn)行分析，距離出鋼5 min～10 mm 時(shí)按規(guī)格中限加入硅鐵[4]。

2.4.5 還原期的溫度控制

當(dāng)還原期溫度過(guò)高時(shí)，爐渣會(huì)變稀，白渣不穩(wěn)定，易變黃，且鋼液脫氧效果不好容易吸氣。在高溫下?tīng)t襯侵蝕嚴(yán)重，嚴(yán)重影響爐墻使用壽命，并增加了外來(lái)夾雜物。當(dāng)還原期溫度過(guò)低時(shí)，爐渣流動(dòng)性較差，鋼渣間物化反應(yīng)不能順利進(jìn)行，脫氧、脫硫及鋼中夾雜物上浮等都進(jìn)行不好，而且會(huì)造成鋼液成分不均勻，影響化學(xué)分析準(zhǔn)確性。此外，還會(huì)造成還原后期升溫，延長(zhǎng)了冶煉時(shí)間，增加了鋼中夾雜物含量，而且導(dǎo)致熔池溫度不均勻，上層溫度高，下層溫度低。因此，做好還原期的溫度控制對(duì)合金元素的回收率、鋼液成分的均勻性、分析試樣的代表性均有較大影響[4]。

2.5 出鋼控制

取第五個(gè)試樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，碳、硅、錳、磷、硫及合金元素全部合格，出鋼溫度控制在1 610 ℃～1 630 ℃，開(kāi)始放鋼，在鋼包內(nèi)放入硅鋁鐵或鋁錠，起到終脫氧的目的，進(jìn)一步減少鋼液中氧含量[5]。在鋼包內(nèi)進(jìn)行鎮(zhèn)靜，一般5 min～20 min，達(dá)到澆注溫度進(jìn)行澆注[6]。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)近幾年冶煉E 級(jí)鋼的生產(chǎn)實(shí)踐工作，總結(jié)出了冶煉E 級(jí)鋼的關(guān)鍵工藝控制因素為：

1）氧化期應(yīng)做好脫磷工作，利用脫碳反應(yīng)充分去除鋼水中的氣體以及非金屬夾雜物。同時(shí)保證工藝要求的脫碳量≥0.30%和脫碳速度每分鐘0.01%～0.02%；

2）還原期應(yīng)采用大渣量，封閉好爐子保持爐內(nèi)還原性氣氛，做到白渣出鋼，確保脫氧充分，同時(shí)做好溫度的控制。