含鈦焊絲鋼冶煉工藝優化

李田茂，倪勤盛，劉真海

（本鋼集團北營煉鋼廠，遼寧本溪117000）

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含鈦焊絲鋼冶煉工藝優化

李田茂，倪勤盛，劉真海

（本鋼集團北營煉鋼廠，遼寧本溪117000）

摘要：本鋼北營煉鋼廠在開發高鈦含量焊絲鋼時，經常出現浸入水口結瘤、鑄坯卷渣、鈦收得率低等問題，特別是鑄坯卷渣嚴重影響軋后盤條表面質量。分析認為，高熔點的TiN、TiO2及Al2O3非金屬夾雜物是導致浸入水口結瘤的主要原因。通過控制鋼中氮含量、強化精煉渣中脫氧、優化澆注過程工藝等有效手段，提高了高鈦含量焊絲鋼連澆爐數、盤條成材率等質量指標，優化效果顯著。

關鍵詞：含鈦焊絲鋼；非金屬夾雜；浸入水口結瘤

李田茂，工程師，1997畢業于遼寧科技學院煉鋼及鐵合金專業。E-mail：LNBXLTM@163.com

Key words welding wire steel with titanium;non-metallic inclusion;clogging at submerged entry nozzle

鈦能和氮化合成TiN起固氮作用，提高焊縫金屬抗氮氣孔的能力，含Ti焊絲能夠滿足高強度鋼板對焊接材料的需求，在焊接電流較大時可減少飛濺30％～45％［1］，焊縫成形性也好，具有較好的市場前景。然而，由于含鈦焊絲鋼鋼水可澆性差、鋼中存在大量高熔點夾雜物等原因［2］，本鋼北營煉鋼廠利用小方坯連鑄機開發含鈦焊絲鋼初期，經常出現連鑄浸入水口結瘤、連澆爐數低等問題，水口結瘤使拉速波動大，導致結晶器鋼水卷渣，嚴重惡化了鑄坯質量，并影響軋制后盤條表面質量。此外，由于精煉過程渣中脫氧不完全，鈦與氧的強結合力，形成大量的TiO2夾雜；同時鈦與鋼中的氮形成TiN夾雜，導致鋼中鈦回收率低，僅為40％左右。因此，對含鈦焊絲鋼工藝問題進行分析研究并采取優化措施，具有重要意義。

1　焊絲鋼化學成分及生產工藝

開發初期，本鋼北營煉鋼廠對不同鈦含量的焊絲鋼進行了試制，現以3個牌號不同鈦含量的焊絲鋼為例，進行分析介紹，其化學成分見表1。

表1　不同鈦含量焊絲鋼化學成分（質量分數）　％

本鋼北營煉鋼廠含鈦焊絲鋼生產工藝流程為：鐵水預處理(脫S、扒渣)—120 t轉爐(頂底復吹)—LF爐精煉—小方坯連鑄(液面自動控制、結晶器電磁攪拌、凝固末端電磁攪拌)。

2　含鈦焊絲鋼存在的主要問題及分析

初次開發生產的ER55-Ti生產過程中未出現浸入水口結瘤、鑄坯卷渣、鈦回收率低等工藝問題，軋制后盤條表面質量良好；初次研制BXY50-G時出現了鈦回收率偏低、澆注浸入水口結瘤、結晶器鋼水卷渣問題；初次研制的BZJ60-Ti出現同樣問題，后道軋制盤條出現結疤缺陷，外發過程如不及時發現，將導致用戶在盤條拉拔過程出現嚴重斷絲。

試制過程發現，焊絲鋼工藝質量問題與鋼中含鈦量高低有直接關系。隨著鋼中鈦含量的增加(Ti≥0.090％ )，浸入水口結瘤現象普遍存在，結晶器鋼水卷渣更為嚴重。

2.1浸入水口結瘤

在試制含鈦量超過0.090％的BXY50-G和BZJ60-Ti時，因為浸入水口結瘤導致澆注爐數較少，BXY50-G連續澆注4爐，和BZJ60-Ti連續澆注3爐，在下線浸入水口結瘤物處截取小塊試樣，電子顯微鏡下觀察其形貌，如圖1所示。在結瘤物上任取兩點進行能譜分析，成分見表2。

(a) A點結瘤物　(b) B點結瘤物圖1　焊絲鋼水口結瘤產物形貌

表2　水口結瘤物成分　％

從表2可以看出，A點和B點結瘤產物成分主要是TiO2、TiN和Al2O3的復合夾雜物，是鋼中鋁、鈦、氮和氧結合形成的高熔點非金屬夾雜物以及澆注過程鋁和鈦與空氣中的氧形成的二次氧化產物。相關資料顯示［4］，含鈦鋼在澆注過程浸入水口結瘤鈦極易被二次氧化形成TiO2夾雜，隨著夾雜物大量增加，并在澆鑄過程中附著在浸入水口內壁。

2.2鑄坯卷渣及軋制缺陷

在生產含鈦較低的ER55-Ti時，浸入水口無結瘤現象，拉速平穩，鑄坯表面無缺陷，且清理后無氣泡、卷渣等缺陷。但在試制高鈦含量的BXY50-G和BZJ60-Ti焊絲鋼時，澆鋼過程拉速波動大，焊絲鋼鑄坯及盤條有缺陷，焊絲鋼鑄坯及盤條缺陷見圖2。

圖2(a)顯示，鑄坯表面有大量的渣坑；在對鑄坯進行火焰清理過程中，發現大量的皮下氣泡，見圖2(b)。表面渣坑和皮下氣泡顯然是因浸入水口結瘤、鋼水流動性差、保護渣熔化性能惡化、結晶器液面波動大導致的。首次試制上述鋼種時，因缺乏生產經驗，缺陷發現不及時，將卷渣鑄坯進行了軋制，結果在第四架軋機出口99 mm圓坯發現明顯夾渣，見圖2(c)；成品盤條表面出現大量結疤，見圖2(d)，成材率僅為87％；在圓坯上缺陷部位截取試樣，在顯微鏡下觀察為白色顆粒狀夾雜，見圖2(e)。能譜分析結果見表3。

(a)表面渣坑；(b)皮下卷渣；(c)軋制過程原坯夾渣；(d)盤條表面結疤；(e)99 mm圓坯夾渣微觀形貌圖2　焊絲鋼鑄坯及盤條缺陷

表3　?99 mm圓坯夾雜能譜成分　％

從表3看出，夾雜物含有Na、Mg、Ca等保護渣成分，進一步確認缺陷是由鑄坯澆注過程卷渣引起的。2.3鈦回收率低

冶煉含鈦鋼種鈦合金化一般使用的合金主要有FeTi70、FeTi40Al8及海綿鈦三種。開發初期，試制含鈦焊絲鋼鈦合金化采用的合金牌號為FeTi70，鈦回收率僅為40％～50％；后改用含鈦量更高的海綿鈦，其測算鈦回收率僅為20％左右，主要是由于其密度較輕、粉末多等原因所致。同時，如果冶煉過程增氮較多以及精煉過程渣中脫氧不完全，鈦和氮、氧形成了致密的高熔點TiN和Al2O3-TiO2復合夾雜物，不但導致鋼中夾雜物急劇增加，影響鋼水澆注，而且嚴重影響鈦的回收率。

3　工藝優化及效果

3.1控制浸入水口結瘤

通過上述分析得知，浸入水口結瘤產物為鈦、鋁的脫氧產物，根據其產生機理，制定合理的Al2O3、TiO2以及TiN等夾雜物控制措施。

煉鋼環節：保持轉爐出鋼口潔凈、規則，防止出鋼過程鋼水散流增氮；鋼包受鋼前使用氬氣吹掃；選擇小包齡鋼包受鋼；合金化過程不能使用含鋁較高的合金、脫氧劑進行沉淀脫氧及渣中擴散脫氧。

精煉環節：精煉造白渣進行鋼水完全脫氧，提高鈦鐵回收率；精煉爐采用微正壓操作；精煉結束弱吹氬時間由原來的12min提高到15min，確保夾雜物充分上浮；不能用鋁粒、鋁線等進行渣中脫氧。

連鑄環節：對保護渣進行加熱，提高保護渣熔化效果；降低拉速，延長鋼水在中間包內停留時間，保證更多的大顆粒夾雜有充足的時間上浮；適當提高鋼水過熱度，降低鋼水粘稠度；中間包受鋼前保持潔凈，用氬氣對中間包進行吹掃。

工藝優化后，生產鈦量超過0.09％的含鈦焊絲鋼時，中間包連澆爐數由原來的最多4爐提高到現在的9爐，效果明顯。

3.2鑄坯卷渣控制

能譜分析顯示，大量的Al2O3、TiO2以及TiN夾雜是導致鋼水純凈度惡化，可澆性變差的根本原因，后果則是澆注過程拉速波動大，保護渣熔化性能急劇下降，如保護渣渣條挑出不及時，被卷入坯殼內就會嚴重影響鑄坯內部及表面質量。

鋼水卷渣控制與鋼中非金屬夾雜物的控制密不可分，夾雜物控制效果明顯，鋼質純凈，鋼水可澆性好，拉速控制就越平穩，液面控制越穩定，結晶器鋼水卷渣的幾率大大降低；另外，適當降低保護渣粘度，改善潤滑效果，澆注150 min左右進行結晶器保護渣液渣層換渣操作，避免保護渣熔化性能惡化。以上措施均有利于控制鋼水卷渣，提高鑄坯質量。

工藝優化后生產高鈦含量焊絲鋼時，鑄坯清理后表面光澤，無卷渣、氣泡等缺陷，軋制后盤條成材率由試制初期的87％提高到現在的97％左右。

3.3提高鈦回收率

為提高鈦回收率，選用塊狀鈦鐵替代粉末較多、回收率低的海綿鈦。為減少鋼中鈦與氧的結合生成TiO2，保證在鋼水脫氧良好的前提下加入鈦鐵，采用了含鋁量更高的鈦鐵合金進行鈦合金化，用含鋁量更高的鈦鐵FeTi40Al8取代原來的FeTi70，兩種合金成分［3］對比見表4。

表4　鈦鐵合金成分對比　％

冶煉過程控制鋼中外來增氮，盡量減少鈦與氮結合生產TiN夾雜，也能提高鈦的回收率；強化精煉過程渣中脫氧，鈦鐵合金加入時機為精煉渣脫氧完全，且呈白渣后加入，同樣有利于提高鈦的回收率。鈦的回收率由試制初期的低于50％提高到現在的70％～80％。

4　結論

(1)冶煉高鈦含量焊絲鋼時，鋼水中大量的Al2O3、TiO2以及TiN夾雜是導致澆注時浸入水口結瘤、結晶器鋼水卷渣的根本原因；精煉鋼水渣中脫氧不完全，TiO2和TiN夾雜生成較多是導致鈦回收率低的主要原因。

(2)通過控制鋼中氮含量、強化精煉渣中脫氧、優化澆注過程工藝等有效手段，中間包連澆爐數由最多4爐提高到9爐，鈦回收率由試制初期的低于50％提高到70％～80％，鑄坯質量大大提高，盤條成材率由試制初期的87％提高到97％左右。

參考文獻

［1］汪運浩，劉珊中. CO2焊接逆變電源的模糊PI電流波形控制研究［J］.工程科技，2012(7)：41-45.

［2］常金寶，馬德剛，李雙武，等.含鈦焊絲鋼小方坯連鑄水口的結瘤機制［J］.鋼鐵，2013，48(7)：27-31.

［3］劉麟瑞，王丕珍.冶金爐料手冊［M］.北京：冶金工業出版社. 1992.

［4］鄭宏光.含鈦不銹鋼連鑄水口結瘤和結晶器“結魚”［J］.寶鋼技術，2008(1)：53-57.

(編輯袁曉青)

修回日期：2015-04-19

Optim ization of Process for Sm elting W elding W ire Steelw ith Titanium

Li Tianmao，NiQinsheng，Liu Zhenhai
(Beiying Steelmaking Plant of Bensteel Group Corporation,Benxi117000,Liaoning,China)

Abstract:There exists such problems as frequent clogging at the submerged entry nozzle,slag entrapment in casting blank,low yield of titanium in developing the welding wire steel with high titanium by Beiying Steelmaking Plant of Bensteel Group Corporation.Among these problems the slag entrapment in casting blank badly influences the surface quality of the rolled wire rods.Based on the analytical results it is concluded that such non-metallic inclusions as TiN,TiO2and Al2O3with high melting points are the main causes leading to clogging at submerged entry nozzle.By taking such efficientmeasures as controlling the content of nitrogen in molten steel,strengthening the deoxidation of refining slag,optimizing the technology of casting process,continuous casting heats ofmolten welding wire steelwith high titanium are increased and such quality indexes as the product yield of wire rods are improved,indicating that the optimization of the casting process has a significant effect on improving the quality of thewire steel rods.

中圖分類號：TG422

文獻標識碼：A

文章編號：1006-4613（2016）01-0051-04