包鋼SWRH82B工藝優(yōu)化與質(zhì)量提升

王明元  鄺永海  王忠英

（鋼鐵研究總院華東分院，江蘇 淮安223000）

摘  要：SWRH82B通過控制轉(zhuǎn)爐出鋼終點碳、磷、溫度及下渣量，采取無鋁脫氧工藝，合金烘烤，精煉爐分階段氬氣流量調(diào)整控制，重新優(yōu)化渣系，連鑄穩(wěn)定澆鑄過熱度、拉速 ，采用優(yōu)質(zhì)耐材水口、保證二冷室冷卻效果良好，軋鋼采用控軋控冷技術(shù)，使SWRH82B鋼絞線質(zhì)量明顯改善。

關(guān)鍵詞：SWRH82B；無鋁脫氧；優(yōu)化渣系；鋼絞線質(zhì)量提升

1 前言

SWRH82B屬于預(yù)應(yīng)力鋼絞線用鋼，應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛，如公路、鐵路、橋梁、電力、建筑、水利、環(huán)保等國民經(jīng)濟領(lǐng)域。常規(guī)鋼絞線強度級別：1860MPa

SWRH82B作為預(yù)應(yīng)力鋼絞線的代表性鋼種，常見規(guī)格為Φ12.5和13mm。2014年，國內(nèi)生產(chǎn)的SWRH82B鋼鐵企業(yè)約30家，產(chǎn)量約450萬噸。隨著國民經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，預(yù)應(yīng)力鋼材需求明顯增多，國內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼絞線市場需求在2015年預(yù)計達到400萬噸。2010年到2020年，國家將重點建設(shè)客運專線、城際軌道交通、煤運通道，初步形成高鐵、快速客運和煤炭運輸網(wǎng)絡(luò)。新疆有13條鐵路項目、8條鐵路煤運通道項目納入鐵道部《鐵路十二五發(fā)展規(guī)劃》，而這些將有利于刺激鋼絞線的市場需求。

   參照J(rèn)IS G3506-1996和 GBT 24238-2009標(biāo)準(zhǔn)及用戶對SWRH82B的性能要求,該鋼應(yīng)具有足夠高的抗拉強度(不小于1150~1200 MPa) ，面縮率(不小于32% )，索氏體化率≥85%，無淬火組織，晶粒度≥7級。

2 現(xiàn)狀及原因分析

2.1 現(xiàn)狀

   包鋼鋼絞線產(chǎn)品在寧夏和天津某客戶拉拔、絞線時斷絲情況嚴(yán)重，原料拉拔脆斷次數(shù)高達8-10次/百噸。SWRH82B鋼氣體和金相檢驗的硫含量、氮含量、夾雜物含量（主要是B類＞2級多，粗系夾雜物超長超寬：長度約500um,寬度約22um）及索氏體含量70-80%，均差于沙鋼SWRH82B的指標(biāo)水平。

兩支典型斷口樣電鏡分析如圖1和圖2，主要是由外來大型夾雜物引起的斷裂。

2.2 原因分析

早有文獻[1]報道,鋼包、中間包、塞棒和耐材水口材料是大型夾雜物的重要來源。

1）夾雜物超標(biāo)的主要原因是劣質(zhì)的連鑄浸入式水口造成的外來夾雜物所致；（見圖5）

2）轉(zhuǎn)爐使用煙煤含氮量4000ppm左右，導(dǎo)致鋼液中氮含量升高，[N]高易形成脆性氮化物夾雜（TiN、AlN），且氮越高氮化物夾雜尺寸越大，進而降低鋼的塑韌性；

3）鐵水原料中硅、磷、硫、鈦（500-2000ppm）成分波動頻繁，尤其形成鈦化物夾雜物對鋼材質(zhì)量危害大；

4）精煉弱氬攪拌操作時間≥8min偏短，夾雜物上浮不充分；

5）渣系不合理；

6) 軋制工序控軋控冷做的不好。

3 措施

3.1 生產(chǎn)工藝流程優(yōu)化

原生產(chǎn)工藝流程：魚雷倒罐站→KR脫硫→80噸轉(zhuǎn)爐→LF→VD→6#150方鑄機→加熱爐→軋制→斯太爾摩冷卻。

優(yōu)化的工藝流程：魚雷倒罐站→KR脫硫→80噸轉(zhuǎn)爐→LF→6#150方鑄機→加熱爐→軋制→斯太爾摩冷卻。

3.2  SWRH82B化學(xué)成分

優(yōu)化前化學(xué)成分控制見表1

優(yōu)化后化學(xué)成分控制見表2

3.3 轉(zhuǎn)爐

控制鐵水原料中鈦含量， 轉(zhuǎn)爐保證轉(zhuǎn)爐終點碳，減少過氧化，采用低氮增碳劑控制初始鋼水氮含量，充分運用頂渣技術(shù)脫氧、脫硫、去除夾雜物。轉(zhuǎn)爐終點碳和氮含量關(guān)系如圖4

優(yōu)化后工藝：

1）鐵水要求：Si ：0.3~0.7%，S≤0.070%， P≤0.120% ，Ti≤0.050%, T≥1250℃。帶渣量不得超過0.5%。

2）合金:要求來源清楚,成份符合國標(biāo)要求；塊度10~50mm；并檢驗水分（≤0.5%）。其中：硅鐵合金和硅鈣鋇復(fù)合脫氧劑采用低鋁、低鈦的。

3）低氮增碳劑（N≤0.05%）等粉狀材料要求干燥,水分小于0.5%。

4） 終點控制：轉(zhuǎn)爐采用高拉碳工藝，出鋼終點成分C≥0.10%，P≤0.010%，T：1610～1630℃；

5）出鋼時大包脫氧劑及合金加入順序：電石→低氮增碳劑→低鋁合金→硅鈣鋇→石灰、螢石；

6）出鋼渣料配比：石灰400±50Kg、螢石100±20Kg。

3.4 精煉

CaO/SiO2比值在接近于 2 時渣的發(fā)泡指數(shù)達到最大值見圖5；主要原因是渣成分中存在高熔點化合物 2CaO·SiO2。熔渣發(fā)泡指數(shù)與 CaO/SiO2的關(guān)系見圖5。精煉采用電石、碳化硅等無鋁脫氧劑，嚴(yán)格控制渣中Al2O3含量，延長軟吹時間，讓夾雜物充分上浮[2]。

優(yōu)化后工藝：

1) 渣成分范圍：CaO:40-50%，SiO2：20-25%,MgO：

5-10%,MnO+FeO≤1.0% ，Al2O3≤6%；

2) 精煉初渣堿度目標(biāo)按2.5—3.0控制，便于脫氧、脫硫，最后加入石英砂進行調(diào)渣，終渣堿度控制目標(biāo)2.0左右；

3) 軟吹前，喂Ca-Si線進行夾雜物變性，弱氬攪拌操作≥15min。

3.5 連鑄  

澆注溫度是連鑄工藝的基本參數(shù)之一。溫度偏低鋼液發(fā)粘，夾雜物不易上浮，不僅影響鑄坯質(zhì)量，甚至?xí)�引起中間包水口凍結(jié)，被迫中斷。澆注溫度過高，會加劇鋼液的二次氧化和耐火材料的沖刷侵蝕，增加鋼中夾雜物，還會助長鑄坯菱變、鼓肚、裂紋、中心偏析和疏松等多種缺陷的發(fā)生[3]。

   結(jié)晶器電磁攪拌技術(shù)可清洗凝固殼表層區(qū)的氣泡和夾雜物，改善鑄坯表面質(zhì)量；有利于過熱度的降低，可適當(dāng)提高鋼水過熱度，有利于去除夾雜物，提高鑄坯清潔度；可把樹枝晶打碎，增加等軸晶核心，改善鑄坯內(nèi)部結(jié)構(gòu)；結(jié)晶器鋼-渣界面經(jīng)常更新，有利于保護渣吸收上浮的夾雜物。末端電磁攪拌作用：可使液相穴末端區(qū)域（糊狀區(qū)）富集溶質(zhì)的液體分散在周圍區(qū)域，降低中心偏析，中心疏松和縮孔，改善鑄坯質(zhì)量。

優(yōu)化后工藝：                                      

1）目標(biāo)過熱度： 20～30℃；目標(biāo)拉速：1.9m/min，比水量0.7kg/t；

2）結(jié)晶器攪拌（M-EMS）：電流:260A, 頻率:3.5 Hz。；  末端 攪拌 （F-EMS）：電流:260A, 頻率:8 Hz；

3）使用優(yōu)質(zhì)耐材中包三大件。                                            

功能設(shè)備控制：

1）結(jié)晶器過鋼量控制在4000t以內(nèi)，內(nèi)壁無劃傷、無鍍層剝落；

2）結(jié)晶器與一段對弧要正、準(zhǔn)，夾送輥輥表面無缺損、破壞，轉(zhuǎn)動靈活，噴嘴無堵塞,噴淋架必須對中；

3）杜絕設(shè)備冷卻水管漏水，水淋到鑄坯上。                                                                      

3.6 高線軋制

針對包鋼原線材索氏體化率含量低于80% ,采取控制索氏體化率風(fēng)冷線，保證盡量長索氏體轉(zhuǎn)變的時間（保證600-650℃之間約20s以上）。

1）加熱段溫度：970-1020℃，均熱段溫度：1150-1200℃，開軋溫度：1030±20℃，精軋入口溫度：930±20℃，吐絲溫度：900±15℃；

2）坯料在爐時間不少于120min。

4 工藝優(yōu)化效果

4.1 化學(xué)成分

4.2 低倍檢驗

  共12支試樣進行低倍檢驗：中心疏松1級，縮孔＜1.5級，中心裂紋、中間裂紋、皮下裂紋、角部裂紋、非金屬夾雜物無，低倍檢驗結(jié)果良好。

4.3 氣體含量

氣體樣共取19支，檢驗出18個[O]（見表4），第三爐開澆燒氧引流，鋼水二次氧化嚴(yán)重，導(dǎo)致[O]25ppm偏高。三個批次的平均氧含量達15.33ppm，但總體來說鋼水潔凈度好。

4.4鑄坯碳偏析指數(shù)

4.5 金相檢驗

  試驗批次晶粒度均達到8.5級以上，試樣的索氏體含量在85%-90%之間，優(yōu)于原工藝。網(wǎng)狀碳化物、心部馬氏體均控制較好，脫碳層：0-0.057mm。

4.6機械性能

Ф12.5 mm線材力學(xué)性能檢驗結(jié)果見表5。平均抗拉強度(Rm)：1178MPa，平均面縮率(Z)：35%,均達到目標(biāo)值。

4.7 客戶使用情況

試生產(chǎn)兩批次，共9爐。軋制φ12.5mm盤條713t，各項技術(shù)指標(biāo)均達到了預(yù)期目標(biāo)值。經(jīng)寧夏某用戶投用645t，整體拉拔狀態(tài)很好，脆斷只出現(xiàn)3次，脆斷率為0.47次/百噸（用戶要求：原料拉拔脆斷次數(shù)≤3次/百噸。）

5 結(jié)束語

1）經(jīng)工藝優(yōu)化后的SWRH82B斷絲率下降顯著，符合客戶要求。

2）煉鋼成品化學(xué)成分、氣體及成品材性能均較好。化學(xué)成分達到中限，氣體含量符合要求，強度、面縮、索氏體化率達到要求，尤其網(wǎng)狀碳化物、心部馬氏體均控制較好。

   3）從生產(chǎn)過程、化檢驗數(shù)據(jù)分析及用戶對熱軋盤條的使用情況得出：優(yōu)化的SWRH82B煉鋼和軋鋼試生產(chǎn)工藝是可行的。

4）根據(jù)以上檢測數(shù)據(jù)，包鋼不走VD生產(chǎn)SWRH82B達到國內(nèi)中高檔水平，成本比走VD下降49.38元/t。

參考文獻

[1] 永山宏，耐火物，25,1973，No5,211.

[2] 張鑒 爐外精煉的理論與實踐[M]1 北京:冶金工業(yè)出版社 ,1993

[3] 田燕翔主編.《現(xiàn)代連鑄新工藝、新技術(shù)與鑄坯質(zhì)量控制》.當(dāng)代中國音像出版社