ER70S—6焊絲鋼精煉渣系優化研究及生產實踐

田景云 王超 于廣 孔陽

摘 要：近年來日照鋼鐵生產焊絲鋼氧含量控制不穩定，脫氧較輕時夾雜物含量高，脫氧過重時澆注發生絮流，嚴重影響鋼材質量和生產連續性。在煉鋼過程鋼中夾雜物通過造渣吸收去除，ER70S-6焊絲鋼關鍵點在于冶煉時精煉造渣，選擇合理的渣系是保證焊絲鋼質量的根本。研究發現絮流爐次精煉出鋼出現回鋁現象，造成中包夾雜物過多，渣樣中Al2O3一般>6%。資料顯示當精煉渣堿度在R=2.0左右時其發泡效果最好，Al2O3含量低于5%時較強的脫氧和高溫下不易造成Al2O3的還原引起的絮流，采用石英砂+石灰的方式代替目前使用的低碳低硅精煉渣以達到降低精煉渣堿度和渣中Al2O3含量的目的。通過渣系的調整成功解決了焊絲鋼氧含量的控制，同時杜絕了絮流現象穩定了生產節奏。

關鍵詞：絮流；夾雜物；渣系；石英砂

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.13.002

1 引言

ER70S-6焊絲鋼是采用美國標準生產的新一代CO2氣體保護實芯焊絲的主要原料廣泛應用于造船、橋梁、大型機械加工行業。但是焊絲中過高的氧含量（在高溫條件下，碳和氧易反應生成CO 氣體）和大型夾雜物容易導致焊接過程中熔池的飛濺，嚴重影響焊接性能，降低焊接生產率，隨著用戶對鋼材質量的要求越來越高[1]，爐外精煉過程越來越重要，合理的造渣可以達到脫硫、脫氧甚至脫氮的目的；可以吸收鋼中的夾雜物；可以控制夾雜物的形態；可以形成泡沫渣淹沒電弧提高熱效率，減少耐火材料侵蝕。因此，在爐外精煉工藝中要特別重視造渣。在我廠現有LF設備的基礎上優化現有的造渣工藝，控制好埋弧、脫硫、脫氧等主要精煉環節，充分發揮LF精煉效果。

2 LF基本工藝參數

處理容量： 60t；額定容量 （功率）：12500KVA

電極直徑：φ400mm（超高功率UHP石墨電極）

工藝流程：鐵水→混鐵爐→60t轉爐→60tLF爐→3#連鑄機

3 ER70S-6焊絲鋼渣系研究與調整

煉鋼就是煉渣，爐渣流動性好，堿度適當，再配以合適的吹氫參數，就能促進鋼中A1203、SiO2夾雜向爐渣集聚，最大限度地降低點狀夾雜和控制鋼中夾雜物總量。因此，要求爐渣具有低的熔化溫度，合適的粘度和較強的脫氧、脫硫及吸附夾雜的能力。

3.1 精煉渣的選擇與控制

由于焊絲鋼線材要拉絲至0.8mm-1.2mm，所以有非延性夾雜物就會斷絲。鋼絲脆斷的起點之一就是非延性夾雜物。這些鋼種的脫氧生成物的成分控制在SiO2一MnO一Al2O3的延性領域[2]。為了使可變形夾雜物析出，在鋼包精煉期間加入一定量的精煉渣，控制渣中的SiO2、CaO、Al2O3成分在一定范圍內。表所示傳統工藝與改進工藝精煉渣的組成。

由上表可知該精煉渣系為當前應用最為廣泛也最常見的基礎精煉渣系Ca0-Si02-Al2O3渣系，位于三元相圖的低熔點位置。目前國外LF精煉渣的特點是堿度高（有時渣中CaO含量高達65%），并獲得較好的精煉效果；而國內LF精煉渣的堿度處于中（B=2.2～3.0），低（B=1.6～2.2）堿度水平，在這種堿度范圍內，同樣顯著提高了鋼液的質量[3]。優化前渣系屬于由低碳低硅精煉渣（Al2O345，CaO54）冶煉，渣樣處于堿度2.2～3.0之間，該渣系硫的分配比較高，精煉結束時可達脫硫率60%以上，但是該渣系中Al2O3偏高，在精煉冶煉后期硅鐵粉與電石復合脫氧形成的強還原性及高溫、高堿環境下極易發生回鋁現象（Si+Al2O3—SiO2+Al），部分鋁重新進入鋼水在連鑄澆注過程中與氧結合形成Al2O3夾雜物影響鑄坯質量，夾雜物過多的附著在水口上造成連鑄絮流；但電石與硅鐵粉加入量較少時脫氧程度不足，鋼中氧含量偏高終端產品焊接時發生飛濺現象。因此該渣系精煉冶煉過程較難控制，產品質量波動大，終端用戶質量異議較多。

通過技術交流查閱相關資料以石英砂和石灰的方式代替低碳低硅精煉渣以達到降低精煉渣中Al2O3含量避免后期的回鋁現象，通過渣系的調整降低堿度，減少精煉后期強脫氧回鋁的幾率，精煉渣在送電時溫度較高（超過1600℃），而出鋼溫度在1590-1600℃之軟吹期間基本能夠保證精煉渣的流動性，根據實際操作來看，當精煉渣堿度控制在1.8-2.2之間時精煉軟吹10min之內能夠保證精煉渣的流動性，說明精煉渣實際熔點在1580℃左右。

3.2 數據分析與研究

結合國內外焊絲鋼渣系設計情況，選擇低堿度冶煉，但是目前受鐵水成分影響長材制造部轉爐生產焊絲鋼放鋼S基本在0.020%-0.035%之間，較低的精煉渣堿度不能滿足當前狀況下的脫S要求，經過試驗當精煉渣堿度在2.0-2.2范圍內精煉脫S率能夠達到33%，轉爐放鋼S在最大0.030%時脫S后：0.035%*（1-0.4）=0.021%，基本能夠滿足鋼種對S的要求。綜合考慮將堿度設計在2.0-2.2之間。根據查閱相關資料爐渣成分的影響堿度R（CaO/SiO2）大于1 .22 時， 發泡指數隨R 的增大而增大， 在R 為2 .0時出現峰值。因為R 增大則渣中固相質點2CaOSiO2不斷增多， 將阻礙氣泡運動， 延長氣泡在熔渣中的滯留時間。另外， 固相質點的存在提高了熔渣粘度， 粘附在氣液界面上的固相質點還提高了液膜的強度和彈性， 從而使液膜難以破裂[4] 綜合考慮將精煉渣堿度設計在2.0-2.2之間。

通過計算調整渣料配比，取渣系優化前后六爐數據對比渣樣如下：

通過對比可知優化后渣系中Al2O3明顯降低，Ca含量基本不變，SiO2含量上升，堿度也由原來的2.6降到2.1左右，渣系中熔渣的氧化性高低取決于渣中最不穩定的氧化物---氧化鐵活度（αFeO）的高低。熔渣的堿度對αFeO數值的影響起著重要的調整作用。該渣系中w（FeO+MnO）<1.0%時，還原很充分，很利于反應進行。精煉課2016年全年生產數據如下：

通過圖1所示可知5月份全部推廣使用石英砂進行調渣，精煉渣發泡性能良好，氧含量和絮流均得到控制，通過不斷微調渣系中各組分含量，調整軟吹時間、電石加入量，自八月份開始無絮流發生，最佳狀態時氧含量無一爐超標。

4 結論

通過重新設計渣系使用石英砂替代低碳低硅精煉渣造渣，將堿度控制在2.0-2.2之間，減少了渣中Al2O3含量，有效的避免了脫氧過程中的回鋁現象杜絕了絮流情況，穩定了生產過程控制；提高了鋼的純凈度，提升了鋼的焊接性能，滿足了市場對 ER70S-6 焊絲鋼高檔次的要求，提高了產品的市場競爭力。

參考文獻：

[1]鄧敘燕，馬建超，夏奇，皇祝平.ER70S-6焊絲鋼LF脫氧與夾雜物控制[J].煉鋼2012，28（02）.

[2]小川兼閡.熔煉高純凈鋼的渣精煉技術[J].世界鋼鐵.Frequecnie.Jwirebreakage純凈鋼特刊，1996（08）：28.

[3]黃紅濤.LF爐精煉造白渣工藝的探討[J].河北企業，2016（06）.

[4]成國光，牛四通.還原精煉條件下爐渣的泡沫化[J].鋼鐵研究學報，1996，8（05）：12-16.