簾線鋼LX72A夾雜物控制優(yōu)化實踐

孫光濤  桂仲林

（中天鋼鐵第三煉鋼廠，江蘇 常州 21300）

摘  要：結(jié)合中天鋼鐵第三煉鋼廠簾線鋼LX72A生產(chǎn)實際，控制鐵水[Si]、[Ti]等含量和實施轉(zhuǎn)爐“雙渣留渣”冶煉技術(shù)，實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐出鋼高拉碳、低[P]和低[Ti]的要求，有效減少脫氧產(chǎn)物和Ti夾雜物。調(diào)整精煉渣系堿度和優(yōu)化中間包流場，使盤條夾雜物達到CaO-Al2O3-SiO2系相圖塑性化控制目標(biāo)，同時鑄坯夾雜物尺寸由最大48μm降低到20μm以內(nèi)。

關(guān)鍵詞：簾線鋼；夾雜物；精煉渣，中包流場

Practice of Inclusion Control for LX72A Tire Cold Steel

Sun Guang Tao, Gui Zhonglin

(Zenith Steel No.3 Steelmaking Plant, Changzhou 213000, Jiangsu, China)

ABSTRACT: With the practical production situation of LX72A tire cold steel in No.3 Steelmaking Plant of Zenith Steel Group Co., Ltd, based on control of silicon and titanium content in the iron metal, double slag and slag-remaining techology were used, which could reduc deoxidation and TiN(TiC) inclusion. The size of inclusion in billet was decreased from 48μm to 20μm by optimization basicity of refining slag and fluid flow in tundish, as well as the chemical compostion of inclusion was ductility at CaO-Al2O3-SiO2 diagram.

KEY WORDS: Tire cold steel, Inclusion, Refining slag, Fluid flow in tundish

鋼簾線是橡膠骨架材料中發(fā)展最為廣闊的產(chǎn)品，主要應(yīng)用在汽車輪胎、傳送帶等生產(chǎn)領(lǐng)域，要求其具有動態(tài)彈性率大、強度高、拉伸蠕變小、尺寸穩(wěn)定性好以及彎曲剛度高等特點，是金屬制品中生產(chǎn)難度最大的產(chǎn)品^[1]。鋼簾線在加工過程中，需從Φ5.5mm左右的線材快速拉拔至單絲直徑0.15~0.38mm的細(xì)絲，其對鋼中夾雜物塑性要求很高，以避免在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生斷絲的現(xiàn)象。因此，要生產(chǎn)出高質(zhì)量的簾線鋼就必須努力提高簾線鋼的潔凈度，要求夾雜物尺寸小、數(shù)量少、延展塑性好^[2]。冶金工作者長期的研究發(fā)現(xiàn)^[3]，影響鋼中夾雜物數(shù)量和尺寸的重要因素是鋼中T[O]含量，而熔點低的夾雜物是變形性能好的塑性夾雜物。

中天鋼鐵自開發(fā)簾線鋼LX72A以來，盤條還存在B類夾雜物和縱截面夾雜物尺寸超標(biāo)等問題，這是鋼簾線生產(chǎn)過程中出現(xiàn)斷絲的主要原因。本文通過穩(wěn)定鐵水成分和轉(zhuǎn)爐出鋼終點[C]、[P]和[Ti]控制，調(diào)整精煉渣堿度和優(yōu)化中間包流場，并使用金相顯微鏡和掃描電鏡分析夾雜物的數(shù)量、尺寸和成分，達到減小夾雜物尺寸和夾雜物塑性化控制的目的。

1 夾雜物塑性化的理論基礎(chǔ)

簾線鋼中夾雜物的主要來源為內(nèi)生脫氧產(chǎn)物和外生耐材剝落物以及卷渣產(chǎn)物，而夾雜物的塑性化控制基本思想是優(yōu)化內(nèi)生夾雜物成分降低其熔點，在軋制溫度下隨著夾雜物熔點的降低，變形能力越來越好。國內(nèi)外學(xué)者研究表明^[4]，當(dāng)夾雜物熔點低于1400℃，夾雜物的變形能力和同溫度下的鋼變形能力接近，即夾雜物實現(xiàn)塑性化。

目前簾線鋼主要采用低堿度酸性渣的冶煉方式，鋼水中夾雜物主要有兩種類型，一種是來自于Si、Mn脫氧產(chǎn)物的MnO-SiO2-Al2O3系夾雜物，目標(biāo)相圖中含Al2O3 15%~25%的錳鋁榴石(3MnO.Al2O3.3SiO2)及其周邊為低熔點區(qū)，如圖1(a)所示；另一種是來自于爐渣反應(yīng)的CaO-SiO2-Al2O3系夾雜物，目標(biāo)相圖中鈣斜長石(CaO.Al2O3.2SiO2)與假硅灰石(CaO.SiO2）的共晶區(qū)為低熔點區(qū)，見圖1(b)。

(a) MnO-Al2O3-SiO2系                     (b) CaO-Al2O3-SiO2系

圖1  MnO-Al2O3-SiO2系和CaO-Al2O3-SiO2系塑性夾雜物成分范圍

根據(jù)S.Maeda的研究結(jié)果^[5]，夾雜物中Al2O3含量對不變形夾雜物指數(shù)影響很大，當(dāng)夾雜物中Al2O3含量為20%時，夾雜物塑性變形能力最好。在工業(yè)生產(chǎn)實踐中，簾線鋼夾雜物一般是四元、五元復(fù)合夾雜物，因此，夾雜物塑性化控制并不容易。

2 生產(chǎn)過程工藝參數(shù)控制及優(yōu)化

2.1 生產(chǎn)工藝路線

中天鋼鐵第三煉鋼廠冶煉簾線鋼LX72A的工藝流程為：KR鐵水預(yù)處理→120t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐→LF精煉爐→160×160mm²小方坯連鑄機(10機10流) →高速線材軋制。表1為簾線鋼LX72A的目標(biāo)化學(xué)成分。

表1  簾線鋼LX72A目標(biāo)化學(xué)成分

2.2 轉(zhuǎn)爐工藝參數(shù)控制及優(yōu)化

轉(zhuǎn)爐出鋼終點的[C]、[P]和[Ti]含量對鋼水純凈度和夾雜物有著至關(guān)重要的影響。提高終點出鋼[C]，降低鋼水氧含量，減少夾雜物來源；降低終點[P]，能夠避免P偏析導(dǎo)致盤條拉拔分層斷裂；降低[Ti]含量，抑制鑄坯凝固過程中析出TiN（TiC)高硬質(zhì)不變性夾雜物，對于簾線鋼來說，TiN類夾雜物對盤條的拉拔和絞線過程危害最大。轉(zhuǎn)爐具體工藝控制優(yōu)化措施如下：

1）為控制Ti夾雜，生產(chǎn)前對鐵水Ti含量進行檢測，用Ti含量低的鐵水生產(chǎn); 禁止使用含Ti鋼種的廢鋼冶煉簾線鋼。

2）保證鐵水中的[Si]含量合適，穩(wěn)定轉(zhuǎn)爐高拉碳終點控制，杜絕鋼水過氧化。

3）轉(zhuǎn)爐采用“雙渣留渣”脫P、脫Ti技術(shù)，實現(xiàn)低P、低Ti出鋼。

4）為最大程度降低Al2O3等不變形脆性夾雜，在合金化過程不得使用含鋁材質(zhì)的脫氧劑。

5）出鋼合金加入順序?qū)�夾雜物生產(chǎn)有較大影響，加料順序依次為增碳劑→脫氧劑→合金→頂渣。

6）嚴(yán)格控制精煉到站樣成分，保證精煉少調(diào)成分，有利于脫氧產(chǎn)物及時上浮，同時能夠促進精煉過程夾雜物變性。

7）加強出鋼過程擋渣操作，采用擋渣球和滑板雙擋渣。

表2為簾線鋼轉(zhuǎn)爐工藝參數(shù)優(yōu)化前后爐次的具體數(shù)據(jù)。從表2中不難看出，工藝參數(shù)調(diào)整后，鐵水中的[Si]含量穩(wěn)定提高，轉(zhuǎn)爐出鋼能夠?qū)崿F(xiàn)在保證溫度的前提下高拉[C]、低[P]、低[Ti]出鋼，為后續(xù)精煉過程夾雜物控制創(chuàng)造有利條件。

表2  簾線鋼入爐鐵水和轉(zhuǎn)爐出鋼工藝參數(shù)優(yōu)化前后

2.3 精煉渣系優(yōu)化

簾線鋼精煉過程主要通過設(shè)計頂渣堿度和Al2O3%含量與鋼水化學(xué)反應(yīng)，再通過鋼水中溶解的活性[Ca]與[Al]等微量元素與夾雜物反應(yīng)，達到控制夾雜物成分的目的，如果精煉過程渣-鋼反應(yīng)能達到熱力學(xué)平衡，則夾雜物成分和渣成分一致，但受制于動力學(xué)條件，實際工業(yè)化大生產(chǎn)中熱力學(xué)平衡是無法實現(xiàn)的。簾線鋼中渣-鋼和鋼水-夾雜物主要有以下3個化學(xué)反應(yīng)。

簾線鋼要求鋼水純凈度高和夾雜物變形塑性良好，根據(jù)前面的夾雜物塑性化理論分析，夾雜物中的堿度（CaO/SiO2）要控制在0.6~1.0左右，Al2O3%含量20%左右。本文精煉渣系采取雙渣變性工藝代替單渣工藝，前期用石灰、電石、螢石造高堿度渣脫氧，后期使用石英砂造低堿度渣對夾雜物變性。使用掃描電鏡能譜儀分析鑄坯上夾雜物成分，圖2為精煉渣系調(diào)整前后鑄坯上夾雜物在CaO-Al2O3-SiO2相圖上的位置，陰影部分為夾雜物熔點低于1400℃的塑性區(qū)。從圖2(a)中不難看出，渣系優(yōu)化前夾雜物基本都不在塑性區(qū)，夾雜物成分離散度大，部分夾雜物Al2O3含量嚴(yán)重偏高；圖2(b)為渣系優(yōu)化后夾雜物成分檢測結(jié)果，降低變渣前后的堿度，夾雜物基本都在塑性區(qū)，且分布集中。

2.4 中包流場優(yōu)化

中間包不僅是穩(wěn)壓、分配鋼液和保證鋼液連續(xù)性澆鑄的緩沖容器，它還是去除鋼液中非金屬夾雜物、均勻鋼液溫度和保證鑄坯質(zhì)量的關(guān)鍵設(shè)備。中間包內(nèi)的控流元件多孔擋墻的設(shè)置參數(shù)對中間包內(nèi)非金屬夾雜物的上浮及均勻鋼液溫度起著至關(guān)重要的作用。對于多流連鑄小方坯中間包來說，若出口溫度及所含夾雜物的大小和數(shù)量變化很大，勢必給鑄坯質(zhì)量控制帶來一定的困難。因此，優(yōu)化中間包擋墻的設(shè)置參數(shù)非常重要。

中天鋼鐵第三煉鋼廠連鑄機為10機10流雙中間包“L”型結(jié)構(gòu)，原擋墻設(shè)計主要針對普通鋼種，不能滿足高品質(zhì)鋼種如簾線鋼的要求。通過和高校合作開展中間包擋墻水模型和數(shù)值模擬設(shè)計研究，對擋墻的結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化，由原“V”型兩側(cè)孔改為 “V”型單側(cè)4孔擋墻，水模擬和數(shù)值模擬結(jié)果表明，新?lián)鯄�夾雜物去除率由優(yōu)化前的45.4%提高到78.9%。通過鑄流取樣，金相顯微鏡下觀察夾雜物的數(shù)量和尺寸，結(jié)果見圖3所示。由圖3可知，擋墻優(yōu)化前夾雜物尺寸最大48μm，大于30μm的大型夾雜物容易被發(fā)現(xiàn)，采用新?lián)鯄�后，鑄坯上夾雜物尺寸基本都小于20μm，擋墻優(yōu)化后實際去除夾雜物效果明顯。

3 盤條夾雜物檢測結(jié)果分析

簾線鋼夾雜物檢驗非常嚴(yán)格，下游客戶一般要求每個爐次取12根盤條樣，檢測縱截面不變形夾雜物（長寬比小于3）最大寬度 ，橫截面夾雜物最大寬度和Ti夾雜物。圖5為簾線鋼工藝參數(shù)優(yōu)化前后盤條夾雜物形貌對比。圖4-(a)、(b)為工藝參數(shù)優(yōu)化前夾雜物形貌，夾雜物為串狀不變形顆粒；圖4-(c)、(d)為工藝參數(shù)優(yōu)化夾雜物形貌，夾雜物變?yōu)樗苄粤己玫拈L條狀，且寬度小于5μm。

表4為盤條按照ASTM標(biāo)準(zhǔn)B類不變形夾雜物評級結(jié)果，可以看出，工藝參數(shù)優(yōu)化前，B類夾雜物平均級別為0.58~0.79，B類最大級別2.5級，滿足一般簾線鋼使用要求≤1.0級合格率為41.7%~75%；工藝參數(shù)優(yōu)化后，B類夾雜物平均級別為 0.17~0.21，B類最大級別小于1.0級，≤1.0級合格率100%。工藝參數(shù)優(yōu)化前后，夾雜物從數(shù)量、尺寸和塑性化方面進步明顯。

表4  盤條夾雜物ASTM標(biāo)準(zhǔn)評級結(jié)果（B類不變形夾雜物）

4 結(jié)論

（1）轉(zhuǎn)爐通過穩(wěn)定鐵水成分[Si]、[P]和[Ti]含量，加入清潔廢鋼，使用低鋁合金脫氧合金化，冶煉時采用“雙渣留渣”和高拉碳技術(shù)，有效減少脫氧產(chǎn)物和Ti夾雜物。

（2）精煉采用雙渣工藝代替單渣工藝，精煉前期造高堿度渣脫氧、精煉后期造低堿度渣對夾雜物變性等措施，夾雜物在CaO-Al2O3-SiO2相圖中的位置由偏離塑性區(qū)的離散分布轉(zhuǎn)變?yōu)榧�中分布在熔點低于1400℃的塑性區(qū)。

（3）優(yōu)化10機10流中間包擋墻結(jié)構(gòu)，提高大顆粒夾雜物去除率，鑄坯上夾雜物最大尺寸檢測結(jié)果由優(yōu)化前的最大48μm降低到20μm以內(nèi)。

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