鐵水合金化在HRB400E中的應(yīng)用研究

趙科明， 王瑞軍， 張志學(xué)

（河鋼承鋼 棒材事業(yè)部， 河北 承德 067002）

合金是煉鋼工業(yè)生產(chǎn)不可缺少的原料，在煉鋼合金化過(guò)程中需添加不同的合金元素滿足鋼種性能要求。調(diào)整鋼水碳含量主要靠添加增碳劑或含碳合金，調(diào)整硅、錳、釩、鉻、鈦含量主要依靠添加相應(yīng)的硅鐵、錳鐵、釩鐵、鉻鐵、鈦鐵等合金，所添加增碳劑或合金均為固態(tài)物料。隨著日益嚴(yán)峻的市場(chǎng)形勢(shì)，煉鋼生產(chǎn)成本壓力逐步加重，如何降低產(chǎn)量較高的高強(qiáng)鋼筋生產(chǎn)成本是拓展企業(yè)生存發(fā)展空間的關(guān)鍵問(wèn)題之一，鑒于某公司的原料特色及產(chǎn)品特點(diǎn)，將降低鋼筋生產(chǎn)成本的突破口放在了煉鋼合金化方式上，打破傳統(tǒng)的出鋼過(guò)程中加入鐵合金的合金化方式，研究利用自產(chǎn)含釩鐵水中的有益元素直接進(jìn)行微合金化，以節(jié)省鐵合金及增碳劑消耗，降低生產(chǎn)成本。

1 技術(shù)內(nèi)容

1.1 總體思路

本項(xiàng)目從降低煉鋼生產(chǎn)成本、實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約及充分利用的角度出發(fā)，提供一種利用液態(tài)鐵水中有益元素直接進(jìn)行微合金化的方法，充分利用鐵水中碳、釩、鉻、鈦等有益元素對(duì)鋼水進(jìn)行合金化，減少固態(tài)合金料消耗，實(shí)現(xiàn)資源的節(jié)約和充分利用，降低煉鋼生產(chǎn)成本及工序能耗，提升了產(chǎn)品質(zhì)量，形成了經(jīng)濟(jì)、高效、節(jié)能、環(huán)保的合金化應(yīng)用技術(shù)。

1.2 技術(shù)原理

煉鋼合金化主要靠向鋼中添加增碳劑、硅鐵、錳鐵、釩鐵、鉻鐵、鈦鐵等合金來(lái)滿足鋼中成份及性能要求，且不同的合金元素對(duì)鋼材性能均有不同的作用，因此在煉鋼合金化過(guò)程中需添加不同的合金元素滿足鋼種對(duì)成分的需要。鐵水內(nèi)除了單質(zhì)鐵外，還含有碳、硅、錳、釩、鉻等多種元素。鐵水中碳處于飽和狀態(tài)，其中的溶解氧、氮等氣體含量較低，雜質(zhì)相對(duì)較少，因此具備了直接進(jìn)行煉鋼微合金化作業(yè)的條件。

1.3 生產(chǎn)HRB400E抗震鋼筋的工藝研究

承德地區(qū)有豐富釩鈦磁鐵礦，所生產(chǎn)的鐵水（見(jiàn)表 1）中含有 V、Ti、Cr 等有益元素，因此生產(chǎn)含釩鋼筋時(shí)具有明顯的資源優(yōu)勢(shì)。在利用釩合金化的基礎(chǔ)上，開發(fā)了利用含釩鐵水進(jìn)行微合金化生產(chǎn)抗震鋼筋的工藝，利用含釩鐵水有益元素，將含釩鐵水中直接兌入到鋼水中，直接將有益元素C、Mn、V、Cr、Ti等添加到鋼水中，該技術(shù)打破了傳統(tǒng)的使用固態(tài)合金進(jìn)行合金化的工藝模式，降低了固態(tài)合金加入量，實(shí)現(xiàn)了資源的節(jié)約。

表1 鐵水成分 %

在利用含釩鐵水進(jìn)行合金化生產(chǎn)抗震鋼筋過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)鋼筋性能偏低，對(duì)此提出了利用控制鋼種釩氮比來(lái)提高鋼筋性能的想法。下頁(yè)表2 為釩氮作用下的析出情況，可見(jiàn)，釩氮比是保證釩強(qiáng)化效果的主要手段，另外根據(jù)承鋼自身總結(jié)和實(shí)踐證明的釩合金化方面的相關(guān)知識(shí)得出，氮含量在0.005%時(shí)，釩含量最佳為0.020%；釩含量在0.040%時(shí)，氮含量最佳為0.010%，為保證充分發(fā)揮釩氮強(qiáng)化確保成份波動(dòng)不會(huì)對(duì)強(qiáng)化增量產(chǎn)生影響，故強(qiáng)度釩氮比為4.5最佳。在此基礎(chǔ)上自主研發(fā)了鋼包吹氮工藝，基本原理是：在LF 爐精煉過(guò)程中，利用鋼包底吹向鋼液中吹氮，使鋼中處于固溶態(tài)的釩轉(zhuǎn)成生成V（C、N），提高釩的析出強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化作用。

表2 氮的形態(tài)和含量（w(V)=0.055%） %

從表3 看出，利用鐵水合金化生產(chǎn)抗震鋼筋+LF爐鋼包吹氮工藝，在實(shí)現(xiàn)低成本生產(chǎn)抗震鋼筋的基礎(chǔ)上，鋼筋性能得到一定程度的提高，鋼筋抗震性能合格率達(dá)到100%，利用鐵水合金化生產(chǎn)抗震工藝流程為：高爐鐵水→鐵水合金化→LF 爐鋼包吹氮→連鑄。

表3 合金化處理方式及性能對(duì)比情況

1.4 鐵水合金化技術(shù)方案

生產(chǎn)HRB400E 鋼筋時(shí)，首選含釩鐵水，出鋼后將含釩鐵水倒入鋼水中，可高效利用鐵水中碳、釩和錳等元素。鐵水倒入量根據(jù)爐中成分、出鋼量與所煉鋼種成分要求進(jìn)行計(jì)算，并利用利用鐵水合金化裝置將計(jì)算除的鐵水量倒入鋼水中。

2 實(shí)施過(guò)程及應(yīng)用效果

出鋼后選用含釩鐵水進(jìn)行合金化作業(yè)，100 t 系統(tǒng)過(guò)程控制如下：

1）出鋼后取樣分析結(jié)果如表4。

表4 合金化前鋼水成分 %

2）合金化用含釩鐵水成分及溫度如表5。

表5 鐵水成分及溫度

3）兌入鐵水量及兌鐵前后溫度變化如表6。

單次兌鐵 2.61～3.39 t，過(guò)程溫降 12～17 ℃，噸鋼兌 0.01 t 鐵水溫降為 3～5 ℃。

4）LF 爐進(jìn)站鋼水成分和成品成分如表7。

表6 兌入鐵水量及溫度變化

表7 合金化后鋼水成分 %

對(duì)鐵水合金化前后取樣分析結(jié)果可以看出，按每噸鋼兌入鐵水0.01 t 計(jì)算，鋼水平均增碳0.04%、增釩0.003%、增磷量為0.001%，硅、錳和鉻含量變化為0～0.01%，增硫量為0～0.001%。結(jié)果表明應(yīng)用含釩鐵水合金化，增碳、增釩較穩(wěn)定，收得率達(dá)到97%以上，鐵水中合金元素得到高效利用。

5）鋼筋性能如表8。

表8 鋼筋性能

用鐵水合金化生產(chǎn)的鋼坯，軋制后鋼筋各種性能均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益分析

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

鐵水合金化技術(shù)在HRB400R 上推廣應(yīng)用，能夠有效降低鐵合金及增碳劑消耗，鐵水直接變成鋼水，金屬收得率提高，工序能耗降低，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。采用含釩鐵水高效利用技術(shù)后，創(chuàng)效如表9 所示。

表9 效益分析表

3.2 社會(huì)效益

鐵水合金化技術(shù)的應(yīng)用打破傳統(tǒng)的利用鐵合金調(diào)整鋼水成分的合金化模式，將鐵水倒入脫氧后的鋼水中，充分利用鐵水中有益元素實(shí)施合金化，使鐵水直接變成鋼水，含釩鐵水中有益元素直接高效利用，降低了煉鋼工序能耗。鐵水或半鋼中碳元素直接利用，減少了煉鋼工序產(chǎn)生的廢氣，為降低CO2的產(chǎn)生及排放做出了貢獻(xiàn)。

4 結(jié)論

鐵水合金化技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了稀有釩鈦資源的高效、綜合利用，同時(shí)能夠降低貴重合金及料增碳劑消耗，減少煉鋼產(chǎn)生的廢氣、鋼渣等工業(yè)廢物的排放，為鋼鐵企業(yè)開辟了一條資源節(jié)約型、環(huán)境友好型煉鋼合金化工藝，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值，可在整個(gè)鋼鐵行業(yè)內(nèi)推廣。