150t 轉(zhuǎn)爐冶煉彈簧鋼脫氧工藝優(yōu)化實踐

孫學剛

（新疆八一鋼鐵股份有限公司煉鋼廠）

1 前言

彈簧鋼是汽車工業(yè)中應用比較廣泛的鋼種，鋼中全氧含量是彈簧鋼重要的質(zhì)量評價標準之一，降低彈簧鋼的全氧含量可以使彈簧疲勞壽命得到顯著提高。2016年頒布的《彈簧鋼》（GB/1222-2016）標準中要求彈簧鋼鋼材（或坯）鋼中氧含量不大于0.0025%，八鋼第一煉鋼廠150t 產(chǎn)線2018年生產(chǎn)的彈簧鋼鋼材全氧含量平均為35.4×10-6, 其中小于25×10-6比例為21.6%，不能滿足新標準中對彈簧鋼中氧含量要求。針對如何降低彈簧鋼的全氧含量，提高鋼的潔凈度，技術(shù)人員對彈簧鋼脫氧工藝進行了優(yōu)化。

2 硅錳系彈簧鋼工藝路線及脫氧方法

工藝路線：KR 脫硫一15Ot 轉(zhuǎn)爐一150tLF 爐一150mm×150mm 小方坯連鑄機

2.1 硅錳系彈簧鋼的脫氧方法

對于硅錳系彈簧鋼的生產(chǎn)過程中現(xiàn)在一般采取兩種脫氧方法，兩種脫氧方法各有優(yōu)缺點。

（1）硅脫氧：嚴格控制鋼中Al 含量，避免鋼中Al2O3的生成，并通過合適的精煉渣吸收，吹氬攪拌，或真空處理等手段促進夾雜物上浮。這種工藝雖然T[O]含量可能高于鋁脫氧鋼，但鋼中會形成低熔點、具有良好變形能力的 CaO-Al2O3-SiO2及MnO-Al2O3-SiO2等類型的夾雜物，是一種夾雜物塑性化的脫氧方法。

（2）鋁脫氧：采用強脫氧劑Al 脫氧，將鋼中絕大部分溶解氧轉(zhuǎn)化為Al2O3，然后通過合適的精煉渣吸收，或鈣處理，吹氬攪拌及真空處理等手段促進夾雜物上浮去除，獲得數(shù)量小，細小且彌散分布無害夾雜物，可以將鋼中T[O]含量降低到10×10-6以下的水平，但由于鋼中的鋁含量較高，在小方坯連鑄澆注過程中易發(fā)生連鑄中包水口結(jié)瘤的現(xiàn)象。

2.2 硅錳系彈簧鋼優(yōu)化脫氧方法的理論基礎(chǔ)

對于硅錳系彈簧鋼，因為鋼中的硅元素含量較高，一般采取轉(zhuǎn)爐出鋼硅鐵進行沉淀脫氧，由于硅脫氧的深度不足，采取鋁進行終脫氧，可得到脫氧徹底的鋼液。同時LF 爐采用還原性白渣進行擴散脫氧，進一步降低鋼液中的氧。

（1）轉(zhuǎn)爐冶煉彈簧鋼沉淀脫氧發(fā)生的主要反應：

（2）在LF 爐精煉條件下還原性渣系進行擴散脫氧發(fā)生的反應：

2.3 脫氧工藝優(yōu)化前硅錳系彈簧鋼材中氧含量

表1 為脫氧工藝優(yōu)化前150t 轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)硅錳系彈簧鋼材中氧含量情況。

表1 150t轉(zhuǎn)爐產(chǎn)線生產(chǎn)彈簧鋼材T[0]含量

從表1 可以看出，單純采用硅沉淀脫氧和精煉LF 爐采用還原渣擴散脫氧，彈簧扁鋼軋材上T[O]極差波動為35×10-6，材上T[O]平均值為35×10-6，彈簧圓鋼材T[O]極差波動為24×10-6，材上T[O]平均值為30×10-6，不能滿足《彈簧鋼》（GB/1222-2016）標準中彈簧鋼鋼材（或坯）鋼中氧含量不大于0.0025%的要求。

3 150t 轉(zhuǎn)爐彈簧鋼脫氧工藝的優(yōu)化

3.1 轉(zhuǎn)爐沉淀脫氧優(yōu)化

轉(zhuǎn)爐根據(jù)碳氧積規(guī)律，提高轉(zhuǎn)爐終點碳含量，降低轉(zhuǎn)爐終點鋼液中的游離氧含量。根據(jù)終點碳對應的不同游離氧含量，調(diào)整預脫氧電石的加入量，采用硅鐵合金進行主要的脫氧合金化，出鋼后期加入定量的鋁鐵進行終脫氧保證鋼液脫氧深度。

具體措施：（1）轉(zhuǎn)爐終點碳的控制采取高拉補吹的操作方式，將轉(zhuǎn)爐終點碳控制在0.10% ～0.20%。

（2）轉(zhuǎn)爐出鋼過程采用先弱后強脫氧順序,前期根據(jù)轉(zhuǎn)爐終點碳含量加入0.5～1.5kg/t 電石進行預脫氧，出鋼至三分之一時加入硅鐵，硅錳合金進行脫氧合金化，后期加入0.5kg/t 的鋁鐵進行終脫氧。

3.2 LF 爐擴散脫氧及鈣處理工藝優(yōu)化

LF 爐采用堿度約為3.5 的還原渣，渣系中配一定量Al2O3，渣中CaO/Al2O3為1.8～2.0，有利于吸附鋼中的Al2O3夾雜物及夾雜物塑性化，最終得到以塑性夾雜物為主，夾雜物細小、均勻、彌散分布的潔凈彈簧鋼，優(yōu)化后的渣系見表2。

表2 優(yōu)化后的精煉渣系組成%

3.3 LF 爐鈣處理工藝優(yōu)化

由于采用了鋁進行終脫氧，鋼中含有0.015%～0.020%的酸溶鋁在連鑄澆注過程中很容易與大氣中的氧發(fā)生反應生成Al2O3夾雜物，并在連鑄中包水口內(nèi)壁聚集長大導致發(fā)生結(jié)瘤，因此對鋼液進行鈣處理使鋼液中Al2O3夾雜物形成低熔點的12CaO·7Al2O3，能夠有效避免連鑄水口結(jié)瘤。鈣和鋼液中Al2O3夾雜物變性反應較為復雜，最簡單的反應為：

當鋼液中ω［Als］=0.010%～0.020%時，Al2O3夾雜物形成低熔點12CaO·7Al2O3所需要的鈣根據(jù)熱力學計算要滿足ω[Ca]/ω[Als]=0.09～0.2，基于此在生產(chǎn)彈簧鋼通過喂鈣線將鋼中鈣含量控制在0.002%～0.003%，同時連鑄采取保護澆注措施，在連鑄澆注過程中能夠避免水口結(jié)瘤情況的發(fā)生。

4 優(yōu)化后結(jié)果以及分析

4.1 脫氧工藝對鋼中[Als]含量T[O]含量的影響

脫氧工藝優(yōu)化后鋼液中T[O]含量和[Als]含量見表3所示。

從表3 可以看出，轉(zhuǎn)爐終點碳控制在0.10%～0.20%時，隨著預脫氧劑電石的加入形成的脫氧產(chǎn)物主要為氣態(tài)的CO2，隨著合金化硅鐵的加入形成的脫氧產(chǎn)物主要為低熔點液態(tài)CaO-Al2O3-SiO2及MnO-Al2O3-SiO2等復合夾雜物可上浮至渣中去除，隨著終脫氧劑鋁的加入，在鋼液中[Als]含量較高的情況下，鋼液中剩余的游離氧全部轉(zhuǎn)化為Al2O3夾雜物，并在LF 吹氬精煉過程中逐漸上浮渣中去除，最終使鋼液中的T[O]含量明顯降低。

表3 150t 轉(zhuǎn)爐脫氧工藝優(yōu)化后鋼液中[Als]與T[O]含量

4.2 LF 脫氧工藝對鋼中[Als]含量T[O]含量的影響

轉(zhuǎn)爐出鋼過程中充分利用良好的脫氧動力學條件，使用電石、硅和鋁將鋼液中的溶解氧迅速降到較低水平，大幅度減輕了精煉過程的脫氧負荷，LF 爐生產(chǎn)彈簧鋼的主要任務為：造高堿度的有利于吸附Al2O3夾雜物還原渣，將鋼中Al2O3高熔點的脫氧產(chǎn)物聚集長大后上浮至渣中去除，持續(xù)降低了鋼中的全氧含量。LF 精煉過程中鋼液中的[Als]與T[O]含量見表4。

表4 LF 爐精煉過程鋼液中[Als]與T[O]含量

LF 爐精煉過程根據(jù)鋼液中的鋁含量進行鋁鐵配加，保證鋼液脫氧深度。同時通過精煉過程造高堿度還原渣，LF 爐出站鋼水[Als]控制在0.010%～0.020%，出站鋼水全氧量最低12×10-6，平均18.25×10-6。

4.3 優(yōu)化脫氧工藝后軋材中T[O]的對比分析

針對硅錳系彈簧鋼的脫氧工藝優(yōu)化后，彈簧鋼成品材上的氧含量得到明顯的降低。優(yōu)化前材上氧含量小于0.0025%批次站21.6%，優(yōu)化后材上氧含量小于0.0025%的批次可占到78.3%。具體數(shù)據(jù)見表5。

表5 LF 爐精煉過程鋼液中[Als]與T[O]含量

5 結(jié)論

150t 轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)彈簧鋼通過將終點碳控制在0.10%～0.20%、根據(jù)終點碳調(diào)整預脫氧劑電石的加入量及采用鋁進行終脫氧的工藝優(yōu)化；LF 爐采用有利 于 吸 附 高 熔 點 Al2O3脫 氧 產(chǎn) 物 的CaO-SiO2-Al2O3-MgO-CaF2渣系；對鋼中Al2O3進行鈣處理避免小方坯連鑄澆注含鋁鋼中包水口結(jié)瘤等工藝措施，有效降低了彈簧鋼成品材的氧含量，滿足了《彈簧鋼》（GB/1222-2016）標準中彈簧鋼鋼材（或坯）鋼中氧含量不大于0.0025%的要求。