EAF-LF雙聯法冶煉合金半鋼軋輥的工藝研究

霍振全　梁素霞　王繼軍

(1.邢臺德龍機械軋輥有限公司，河北054001；

2.邢臺技師學院，河北054000；

3.邢臺學院，河北054001 )

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EAF-LF雙聯法冶煉合金半鋼軋輥的工藝研究

霍振全1梁素霞2王繼軍3

(1.邢臺德龍機械軋輥有限公司，河北054001；

2.邢臺技師學院，河北054000；

3.邢臺學院，河北054001 )

摘要：采用偏心電弧爐和LF爐雙聯流程冶煉合金半鋼軋輥，通過初煉加強脫磷，精煉加強脫硫、脫氧，合理吹Ar攪拌，提高了軋輥的冶金質量。

關鍵詞：合金半鋼軋輥；EAF+LF雙聯法；冶煉工藝

合金半鋼軋輥通常指碳含量在1.40%～2.30%、力學性能介于鋼和鐵之間的一種合金鋼[1]。該材質軋輥具有硬度落差小、耐磨性能優越等特點，廣泛應用于現代型鋼軋機粗軋和中軋機架、熱軋帶鋼連軋機粗軋工作輥。

合金半鋼軋輥在制造過程中極易形成偽共晶碳化物組織，不僅降低軋輥的力學性能，而且減少軋輥的使用壽命。生產實踐證明，偽共晶碳化物的金相組織往往是以非金屬夾雜物為核心，在鋼液凝固過程中析出共晶或偽共晶碳化物，在后期的熱加工過程中以及熱軋過程中形成熱龜裂的裂紋源，降低合金半鋼軋輥的斷裂韌性和塑性指標。因此，提高合金半鋼軋輥的冶金質量是改善軋輥的使用性能和壽命的前提條件，特別是在冶煉過程中，提高鋼液的純凈度，減少鋼液的夾雜物含量是生產制造合金半鋼軋輥的重點。

傳統的合金半鋼軋輥冶煉采用槽式出鋼電弧爐冶煉，鋼液的初煉和精煉均在電弧爐內完成。但隨著電弧爐向大型化、智能化發展，以及冶煉短流程、快節奏的市場需求，現在的電弧爐逐步被偏心電弧爐取代，主要完成鋼液的初煉過程，而精煉過程則由爐外精煉爐完成。本文主要采用偏心電弧爐和LF爐雙聯流程冶煉合金半鋼軋輥，從工藝和生產實踐角度進行探討和研究，提高軋輥的冶金質量。

1合金半鋼軋輥技術條件及控制要求

合金半鋼軋輥化學成分通常按照GB/T 1503—2008《鑄鋼軋輥》執行，具體要求見表1。

表1　化學成分及表面硬度要求

隨著現代軋機對合金半鋼軋輥的要求不斷提高，單純地保證成分已無法滿足市場需求。為了保證合金半鋼軋輥的冶金質量，提高軋輥的綜合性能和使用壽命，對冶煉工藝提出了更高的要求。首先控制鋼液的硫、磷成分，一般軋輥制造企業按P≤0.025%，S≤0.020%進行控制。其次通過最大限度地降低鋼液中氫、氧等氣體含量，減少鋼液中夾雜物含量等方法，提高軋輥的內在冶金質量。

2雙聯法熔煉流程及主要裝備

EAF-LF雙聯法初煉階段由電弧爐完成，主要對廢鋼等原料進行熔化，通過氧化、去磷、靜沸騰等手段達到初煉鋼液的目的。精煉階段則由LF爐完成，主要對初煉鋼液進一步精煉，完成脫氧、脫硫、去除夾雜物，凈化鋼液，提高鋼液純凈度。

主要冶煉裝備為EAF爐和LF爐。EAF爐公稱容量30 t，最大出鋼量45 t，變壓器容量16 000 kVA，偏心底出鋼。LF爐公稱容量45 t，變壓器容量8 000 kVA，底吹Ar。

3冶煉工藝

3.1配料工藝

合金半鋼軋輥根據成分特點，配料工藝優先選用半鋼類廢輥返回料+高NiCr離心廢輥+鋼鐵屑配料，適當配一定比例的煉鋼生鐵、球墨鑄鐵軋輥進行配碳。根據現場原料情況，適當消耗一些廢鋼及雜料。

考慮到冶煉成本，生產中，一般要求先計算熔清后Ni、Mo含量，要求Ni直接達到規格要求，要求Mo≥0.15%。然后進行配碳，要求高于成分規格上限0.50%左右。

在采用高NiCr、高CrFe等離心廢輥配料時，應考慮Cr不能超過1.50%，否則會增加造氧化渣難度，延長冶煉時間，同時造成Cr合金元素的浪費。

另外消耗球墨鑄鐵軋輥時，要控制配入比例，核算鋼液中S不能太高。主要因為半鋼在精煉過程中，鋼液溫度比較低，一般鋼液?1 520℃下進行冶煉，脫硫的熱力學條件不充分。

3.2電弧爐初煉工藝

3.2.1主要工藝特點

電弧爐初煉主要采用熔氧結合法，快速完成對爐料的熔化，在鋼液氧化前期脫磷，氧化后期降碳，沸騰鋼液達到去除夾雜目的。碳、磷等元素控制目標達到工藝要求后，快速升溫，形成泡沫渣，達到出鋼條件。

采用電弧爐初煉流程，與采用中頻爐流程初煉相比，存在許多不可替代的優勢：(1)對入爐的原料要求不高，在氧化及高溫階段，可以有效去除夾雜物；(2)通過氧化脫磷，可以把磷控制在0.015%以下；(3)利用出鋼前高溫階段(?1 620℃)，減少消耗的球墨鑄鐵及生鐵對合金鋼半鋼組織的遺傳特性，避免異常組織的生成。

3.2.2脫磷工藝

冶金學理論表明[2]，脫P反應方程式為：

2[P]+5(FeO)+4(CaO)=(4CaO·P2O5)+5[Fe]

不同溫度對應的K值見表2。

表2　不同溫度對應的K值

可見，鋼液溫度升高，平衡常數K顯著減小。

生產實踐中，合金半鋼軋輥鋼液冶煉去磷的最佳溫度應控制在1 520～1 550℃，并通過提高渣中αFeO、αCaO及降低α4CaO·P2O5，有利于加速鋼液去磷過程。在生產操作中，冶煉前期脫磷環節很重要。分批裝料時，要在前一批爐料熔清后，下一批料加入前補加一定量的石灰，并進行2～3次流渣操作，最終把磷控制到目標范圍內。氧化后期還要補加適量石灰，保持一定的爐渣堿度，防止鋼液回磷。

一般全熔清后，半鋼熔煉P要達到0.035%以下，否則會增加后期氧化階段的任務。

3.2.3氧化工藝

進入氧化期，主要完成鋼液的降碳任務，電弧爐氧化期一般有0.30%～0.50%的脫碳量。為了減少鋼液的過氧化，同時避免在LF爐精煉階段發生大量增加碳粉，造成鋼液中二次污染，工藝要求控制半鋼的終點碳。一般要求控制在C≥1.00%。

氧化期末期，加強造泡沫渣操作，快速升溫，使鋼液高溫沸騰。在此過程中，停止供氧，通過反應式[C]+[O]=CO(g)進行凈化鋼液，達到去除夾雜目的。

出鋼前利用電弧爐熔煉輸出功率高、升溫快的特點，減輕LF爐升溫壓力，避免出鋼時溫降過大，發生透氣磚堵塞事故，工藝要求出鋼溫度?1 620℃。生產實踐證明，通過出鋼前高溫階段，對于減少爐料中球墨鑄鐵及生鐵對合金鋼半鋼組織的遺傳特性，避免異常組織的發生，有一定的積極作用。

3.3LF爐精煉工藝

3.3.1脫硫工藝

脫硫操作主要做好LF造渣操作和脫氧操作。脫硫反應的離子方程式為[3]：

[S]+(O2-)=(S2-)+[O]

合金半鋼LF爐應做到：(1)白渣操作，控制爐渣(FeO+MnO)≤1.00%；(2)控制渣量為鋼液量的2%，堿度R≥2.5；(3)鋼液溫度控制在1 500～1 520℃，并保證爐渣良好的流動性；(4)控制鋼液底吹Ar氣壓力在0.4 MPa～0.6 MPa。

生產實踐證明，采用此工藝后，合金半鋼的硫含量≤0.010%，對改善合金半鋼軋輥起到積極作用。

3.3.2脫氧工藝

LF爐的脫氧貫穿整個冶煉過程。既可以提高合金元素的回收率，同時又能夠降硫，減少鋼液中氧化物夾雜。特別是在精煉后期，通過鋼包底吹Ar氣與喂Al線相結合方式，可以有效地減少鋼液中的全氧含量，從而達到減少鋼中夾雜物含量的目的。

生產實踐證明，采用?13 mm Al線，Ar壓力0.15 MPa～0.25 MPa，進行脫氧操作，可以使鋼液中的[O]達到35×10-6以下。各爐次鋼液中[O]含量見表3。

表3　各爐次鋼液中[O]含量(×10-6)

3.3.3溫度控制工藝

合金半鋼的澆注溫度在1 450±5℃，在整個精煉過程中，溫度控制是個關鍵環節。如果溫度超過1 520℃，要保證后期澆注溫度，則降溫時間過長，影響生產進度。如果溫度低于1 500℃，則對合金熔化、鋼液脫硫不利。生產中通過不斷調整送電功率，配以調整Ar氣壓力強度，可實現如圖1所示工藝曲線。

4冶金質量

采用EAF+LF雙聯法冶煉合金半鋼軋輥，其冶金質量得到明顯的改善，金相組織和碳化物的一些指標優于國家標準，微觀組織未見非金屬類夾雜物缺陷，冶金質量良好。合金半鋼軋輥金相組織見圖2。

圖1　LF爐溫度控制曲線

(a)100×

(b)500×

5結論

(1)采用EAF+LF雙聯法冶煉生產合金半鋼軋輥，不僅可以保證鋼液中P、S含量，減少夾雜物含量，同時又可以提高軋輥的冶金質量。

(2)電弧爐初煉應加強脫磷操作，做到高溫沸騰，通過氧化去除夾雜物。

(3)LF爐精煉應加強脫硫、脫氧操作，做到合理吹Ar攪拌。

(4)采用EAF+LF雙聯法生產合金半鋼軋輥，在冶金質量的保證上具有明顯的優勢，值得推廣。

參考文獻

[1]文鐵錚，郭玉珍編著. 冶金軋輥技術特性概論.河北科技出版社，1995.

[2]黃希祜. 鋼鐵冶金原理.冶金工業出版社，1981.

[3]高澤平，等.爐外精煉.冶金工業出版社，2008.

編輯杜青泉

Research on EAF-LF Duplex Smelting Process for Alloy Semi-steel Roll

Huo Zhenquan, Liang Suxia, Wang Jijun

Abstract：By adopting the eccentric EAF and LF duplex smelting process, the alloy semi-steel roll has been manufactured. By means of strengthening dephosphorization during the primary smelting process, strengthening desulfurization and deoxygenation during refining process, reasonably blowing Ar and stirring, the metallurgical quality of roll has been improved.

Key words：alloy semi-steel roll; EAF+LF duplex process; smelting process

收稿日期：2015—10—16

中圖分類號：TF703

文獻標志碼：B