馬鋼電弧爐彈簧鋼60Si2MnA氧含量技術(shù)可行性研究

崔曉梅(安徽冶金科技職業(yè)學(xué)院　安徽馬鞍山　243041)

馬鋼電弧爐彈簧鋼60Si2MnA氧含量技術(shù)可行性研究

崔曉梅(安徽冶金科技職業(yè)學(xué)院安徽馬鞍山243041)

摘要：針對(duì)馬鋼100t電弧爐EAF→LF→RH生產(chǎn)彈簧鋼60Si2MnA的冶煉生產(chǎn)工藝流程，采取系統(tǒng)的取樣、綜合分析彈簧鋼冶煉過(guò)程中全氧變化規(guī)律及影響因素，結(jié)果表明：在電弧爐-LF精煉-RH真空處理中，全氧含量基本是逐漸降低的；通過(guò)精煉全程底吹氬氣，采用頂渣操作和高堿度(R=3.5)精煉渣，來(lái)降低渣中氧化物的含量及活度，均有利于降低彈簧鋼中的全氧含量；鋼水中氧含量最終可以控制在10ppm以?xún)?nèi)；

關(guān)鍵詞：氧含量；頂渣；鋁含量；吹氬

隨著現(xiàn)代科技的不斷向前發(fā)展 國(guó)內(nèi)對(duì)彈簧鋼各種質(zhì)量需求是在不斷地提升。但與國(guó)外彈簧鋼相比較，我國(guó)彈簧鋼當(dāng)下純凈度相對(duì)較低 特別非金屬雜質(zhì)含量不容易降低。例如全氧含量T[O]=( 30-40 )ppm；但在國(guó)外控制為T(mén)[O]<20 ppm，有的能控制低于10 ppm；經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明： 當(dāng)鋼水中T[O] 低于15 ppm時(shí)，就能確保彈簧鋼2000MPa的高強(qiáng)度，相對(duì)塑性和韌性并沒(méi)有降低，并且疲勞壽命顯著提升，使得彈簧材料的潛力充分發(fā)揮出來(lái)。所以降低彈簧鋼中的全氧含量，有利于提高其純凈度，這也是彈簧鋼冶煉工藝中主要任務(wù)之一。

1 試驗(yàn)方法及過(guò)程氧含量的變化

在馬鋼電爐廠(chǎng)開(kāi)展了高潔凈彈簧鋼生產(chǎn)試驗(yàn)，共實(shí)驗(yàn)了10爐，生產(chǎn)冶煉過(guò)程中分別對(duì)EBT、LF、RH冶煉前、中、后期進(jìn)行了跟蹤取鋼水樣與渣樣，并對(duì)全氧含量進(jìn)行測(cè)試分析。綜合上十爐鋼試驗(yàn)過(guò)程，鋼中氧含量變化情況可得表1；

表1　冶煉過(guò)程氧含量變化規(guī)律

由圖表1可知，打LF進(jìn)站臺(tái)直到LF出站臺(tái)，過(guò)程全氧含量得到了顯著地降低，氧含量共下降了32ppm。這歸公于在LF中加入了精煉渣料和鋁等強(qiáng)脫氧劑，致使鋼水中氧含量得到快速的下降，并且生成氧化物夾雜物，又由于采用鋼包底吹氬氣，促使夾雜物上浮速度加快，并被精煉渣所吸收，從而使鋼水中全氧含量降低。

從圖表1可以看出，從RH進(jìn)站到RH出站，氧含量平均下降了9ppm。由此可得知在RH工位除了可以脫氫與氮外，某些氧化物夾雜物也會(huì)在氣體帶動(dòng)上俘中被頂渣所吸收，因而使得全氧含量得到下降，說(shuō)明在RH工位精煉的確有脫氧功能，同時(shí)也是降低鋼水中氧化物夾雜的主要手段之一。

2試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1鋼水中鋁對(duì)全氧含量的影響

彈簧鋼冶煉去除氧的方法有兩種: 其一是用硅脫氧生成物為SiO2，進(jìn)入爐渣生成硅酸鈣，但容易增加渣的堿度，從而不利于脫硫; 另一種方法是采用鋁強(qiáng)脫氧技術(shù)，通過(guò)盡量降低鋼水中氧含量以及夾雜物的尺寸大小來(lái)預(yù)防水口堵塞同時(shí)能確保鋼材的疲勞性能; 完全采取前一種方法冶煉不利于鋼水繼續(xù)冶煉，所以，彈簧鋼冶煉可以采取第二種脫氧工藝；

鋁是一種非常強(qiáng)的脫氧劑，容易生成云團(tuán)狀?yuàn)A雜物，而且總體尺寸能達(dá)到500μm，非常容易上浮，從而使鋼水中氧含量下降神速，即使有部分脫氧產(chǎn)物來(lái)不及上浮，也能在后來(lái)進(jìn)行擴(kuò)散脫氧中上浮被渣所吸收。

鋁脫氧化學(xué)反應(yīng)式為：

2[Al]+3[O]=Al2O3(固)

△GΘ=-296900+94.40T

LgKAl=lg[Al%]2·[O%]3=(-64900/T)+20.63

本文研究了馬鋼100t電弧爐彈簧鋼60Si2MnA 10爐試驗(yàn)，關(guān)于LF-RH各工段中鋁和氧的含量變化關(guān)系見(jiàn)其數(shù)據(jù)如表2。

表2　冶煉過(guò)程中鋁含量和全氧含量情況統(tǒng)計(jì)

根據(jù)上表，分別對(duì)LF、RH精煉工序鋼中鋁和全氧含量作圖并分析如下。

(1)LF精煉過(guò)程中鋁對(duì)氧含量的影響(見(jiàn)圖2)

在LF精煉過(guò)程中，一般來(lái)說(shuō)，鋼水中鋁含量越高，氧含量就越低，當(dāng)鋼水中Al>0.025%，T[O]就會(huì)降得比較低；否則，鋼中氧含量反而比較高；因此，為了更好地降低鋼材中氧含量，在LF精煉操作中的鋁含量應(yīng)該控制在0.025%-0.05%間。

(2)RH真空精煉過(guò)程中鋁對(duì)氧含量的影響

從圖3可看出，在RH抽真空精煉過(guò)程中，不同鋼種鋁含量不同，氧含量也相應(yīng)變化，總體來(lái)說(shuō)鋼中氧含量隨鋁含量的增加而降低，當(dāng)鋁含量幾乎集中被控制在0.02%-0.045%間時(shí)，氧含量就可以達(dá)到10 ppm以?xún)?nèi)；所以說(shuō)，在RH精煉過(guò)程中鋼中鋁含量應(yīng)保持在0.020%-0.045%之間。

2.2鋼包底吹氬對(duì)鋼中氧含量的影響

鋼水精煉前喂鋁線(xiàn)是為了給鋼水強(qiáng)脫氧來(lái)迅速降低鋼水中的氧含量，生成的產(chǎn)物為Al2O3夾雜物，在LF到RH的精煉操作過(guò)程中，通過(guò)底吹氬進(jìn)行強(qiáng)攪拌，增加夾雜物物碰撞幾率，從而促進(jìn)Al2O3等夾雜物上浮速度,除還能預(yù)防鋼水的二次氧化外能使鋼液中全氧含量保持在比較低的水平，脫氧的同時(shí)還能促進(jìn)脫硫；在鋼液吊包出LF工位時(shí)，要確保軟吹氬時(shí)間大于10min,使得氬氣泡帶動(dòng)小顆粒夾雜物上浮，達(dá)到去除夾雜物的目的；

結(jié)合馬鋼電爐廠(chǎng)現(xiàn)有條件，鋼包吊入LF精煉工位后要迅速接氬氣管進(jìn)行底吹氬攪拌，在進(jìn)行成分調(diào)整時(shí)，氬氣流量要開(kāi)大，確保把渣面給吹開(kāi)，氬氣流量控制在300-800(標(biāo)升/分鐘)，且以鋼水不大翻為宜；在給鋼水升溫時(shí)，為了確保溫度的均勻，氬氣流量控制在100-200(標(biāo)升/分鐘)；給鋼水進(jìn)行軟吹氬時(shí)，要確保鋼水面不裸露，渣面稍微波動(dòng)即可，氬氣流量控制為20-100(標(biāo)升/分鐘)。

2.3爐渣成分對(duì)鋼中氧含量的影響

在電爐出鋼過(guò)程中要盡量降低渣中不穩(wěn)定氧化物，確保 LF精煉白渣是保證良好脫氧的基礎(chǔ)，由于在鋼水出鋼過(guò)程中加入大量的Fe-Si、Fe-Mn 或Si-Mn脫氧劑 ，而且還用鋁塊進(jìn)行強(qiáng)脫氧， 硅、錳和鋁不僅能降低鋼水的氧含量( 主要指溶解氧含量)，還對(duì)渣進(jìn)行脫氧，致使渣中FeO 含量大幅降低 ; 通過(guò)加還原渣料與脫氧劑，經(jīng)試驗(yàn)得知渣中(FeO)能控制在1.32 %以?xún)?nèi)及不穩(wěn)定氧化物( FeO+MnO)控制在1. 60 %范圍內(nèi),能很好地達(dá)到脫氧和脫硫的目的；

在LF出工位喂鋁線(xiàn)后，渣中FeO以及不穩(wěn)定氧化物含量平均下降到0. 90 % 及1.00%以下，主要原因是在向鋼水中喂鋁時(shí)鋁與渣中氧化物充分反應(yīng)的結(jié)果，不穩(wěn)定氧化物越少,越有利于鋼液的脫氧，同時(shí)也能降低鋼水中酸溶鋁與渣中的不穩(wěn)定氧化物反應(yīng)幾率,減少了細(xì)小A12O3夾雜物的數(shù)量,從而提高了鋼水的純凈度。

2.4精煉過(guò)程中渣堿度對(duì)氧含量的影響

提高精煉渣堿度，能有效地降低渣中氧化物的活度，有助于去除鋼水中氧化物夾雜含量,從上圖4看出，精煉渣堿度越高，鋼液中平衡氧含量也會(huì)相應(yīng)地降低，二元堿度一般在3.0以上(3.5左右),這時(shí)脫氧效果最好，平衡[O]表現(xiàn)為12ppm-17ppm。

3結(jié)論

(1)在電弧爐-LF精煉-RH真空處理中，全氧含量基本是逐漸降低的。從LF進(jìn)站到LF出站，氧含量平均降低32ppm；RH進(jìn)站到RH出站，氧含量平均降低9ppm。最終平均氧含量都能降到9ppm。

(2)在彈簧鋼冶煉過(guò)程中加入合適量鋁，可以達(dá)到降低鋼水中氧含量的目的。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，在RH過(guò)程中的鋁含量保持在0.020%-0.045%之間。鋼中最終氧含量能控制在10ppm以?xún)?nèi)；

(3)通過(guò)精煉過(guò)程鋼包全程底吹氬，并采用頂渣操作和高堿度(R=3.5)精煉渣，能很好地降低渣中氧化物的含量及活度，均有助于彈簧鋼中全氧含量的降低。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]張春紅，黃平惠，田巧麗.60Si2CrVAT彈簧鋼的生產(chǎn)實(shí)踐[J].中國(guó)冶金, 2006, 16(7):13-15

[2]李 晶，傅 杰. 60Si2MnA彈簧鋼脫氧工藝的優(yōu)化[J].鋼鐵研究學(xué)報(bào),2001, 13(3):6-9

[3]林 濤，張興春，王磊英，姚忠，齊治畔. 60 t Consteel 電弧爐-60 t LF( VD)冶煉 60Si2CrVAT 彈簧鋼的工藝實(shí)踐[J].特殊鋼,2004,25(6):53-54

[4]梁福斌，劉新生. 150t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐-150t鋼包爐生產(chǎn)60Si2Mn(A)彈簧鋼的工藝和質(zhì)量[J].特殊鋼,2006,27(4):39-41

[5]薛正良，吳映江，吳麗嘉，趙棟楠. BOF-LF-RH-CC流程鋼液增氮控制研究[J].武漢科技大學(xué)學(xué)報(bào),2011,34(2):86-88

[6]蘇 東,毛新平,高吉祥,王進(jìn)步,莊漢洲.EAF-LF-CSP 工藝流程高碳彈簧鋼的開(kāi)發(fā)與實(shí)踐[J].冶金叢刊,2012,198(2):1-5

[7]徐鴻飛，俞海明. EAF生產(chǎn)彈簧鋼的成分控制分析[J].新疆鋼鐵,2004, 91(3): 17-20

[8]徐德祥,尹鐘大. 高強(qiáng)度彈簧鋼的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)[J].鋼鐵,2004, 39(1): 67-70

Study on Oxygen Content Control Technology About

Pring Steel 60Si2MnA in Ma Steel EAF

CUI Xiao-mei

Abstract：Based on the smelting process of the EAF → LF → RH for 60Si2MnA spring steel of Ma Steel electric furnace the evolvement about full of oxygen in the the spring steel smelting process and impact factors, the same time, the distribution of of spring steel non-metallic inclusions, sources, and control system analysis, the following conclusions：In the electric arc furnace-LF the refining-RH vacuum treatment, the total oxygen content is substantially decreased gradually. By refining the whole bottom blowing argon,，the top slag operation and high alkalinity (R=3.5) refining slag，to reduce the oxide content of the slag and activity are conducive to reducing the total oxygen content of spring steel. The oxygen content in steel can be controlled at less than 10ppm.

Key words：Oxygen content; Top slag; Aluminum content; Argon blowing

作者簡(jiǎn)介：崔曉梅(1979-)，女，安徽冶金科技職業(yè)學(xué)院冶金工程系，講師。

收稿日期：2015-04-10

中圖分類(lèi)號(hào)：FG142.41：TF762+.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-9994(2015)02-0005-03