低碳低硅冷鐓鋼LF爐精煉工藝淺析

霍昌軍 楊應兵 趙佳磊

(江蘇沙鋼集團有限公司 江蘇蘇州215625)

1 前言

冷鐓鋼主要用于生產螺栓、螺釘、螺母、墊圈和鉚釘等，廣泛用于機械制造、汽車和工程建筑等領域的緊固件。冷鐓鋼是利用金屬的塑性進行冷鐓加工，變形量很大(約60%～80%)，所承受的變形速度也很高，為避免工件在冷鐓成型中開裂, 要求冷鐓鋼具有良好的塑性和韌性,因此對鋼中非金屬夾雜物和盤條表面質量有較高的要求[1]。本文通過對低碳低硅冷鐓鋼LF爐精煉造渣及精煉工藝的優化，提高鋼水的純凈度，改善小方坯連鑄的可澆性，并降低冷鐓鋼產品因夾雜物引起的冷鐓開裂比例。

2 鋼種及工藝流程

低碳低硅冷鐓鋼成分控制見表1，本廠生產工藝流程為：110t EAF電爐→LF精煉爐→六機六流方坯連鑄機(140*140)→大盤卷軋機(φ16mm～φ60mm)。

3 冶煉過程控制

3.1 EAF電爐控制特點

低碳低硅冷鐓鋼在電爐冶煉過程中，終點[C]一般控制較低，自由氧含量較高常達到700～1100ppm，電爐終渣的(FeO)高達28%～30%，出鋼過程應盡量避免過多的下渣量，否則對精煉造白渣不利[2]。電爐出鋼過程采用鋁錠進行沉淀脫氧，并加入石灰(400kg/爐)以及低碳錳鐵，鋁錠的加入量是根據電爐終點氧含量來確定的(150-250kg/爐)。

表1 沙鋼冷鐓鋼工藝成分控制(%)

3.2 造渣工藝

根據低碳低硅冷鐓鋼的成分特點，提出使用CaO—Al2O3的精煉渣系，通過電爐出鋼所加鋁錠及石灰，使得鋼包初期石灰及鋁脫氧產物Al2O3形成的前期CaO—Al2O3渣系，以ML08Al實際生產數據為例。

表2 鋼包初期渣樣分析(%)

表2中鋼包初期的渣系基本達到電爐出鋼加料的目標渣系成分，該渣系成渣速度較快，從現場跟蹤來看，渣的流動性較好，但渣中(SiO2)的含量略偏高，從加料來看并未加入硅合金和SiO2渣料，因此目前形成的(SiO2)主要來自電爐出鋼的部分帶渣量，因為電爐渣中(SiO2)約占12%左右。

3.3 LF精煉工藝的分析

從鋼包初期渣系來看，(FeO)+(MnO)遠大于1.0%，且電爐終點[S]較高平均在0.040%左右，為了快速脫氧脫硫，精煉過程通過增加石灰來提高堿度，并在前期加入部分鋁錠和電石進行綜合脫氧，為了避免粘渣，精煉過程增加螢石進行調渣(螢石50-150kg/爐，石灰400-500kg/爐)，以達到良好的渣金反應動力學條件。從現場冶煉控制來看，精煉時間28分鐘之內便能將[S]降低到0.010%以下，且精煉渣的顏色較白，說明脫氧良好，其喂絲前的精煉渣系如表3，以ML08Al為生產數據例。

從表3可以看出，精煉過程的控制較好，(FeO)+(MnO)全部小于1.0%，堿度在6.0以上，脫硫能力較強，LF出鋼平均[S]在0.007%左右，此渣系在CaO—SiO2—Al2O3三元渣系中的紅色區域，具體如圖1。

表3 LF精煉終點渣樣分析(%)

圖1 三元渣系圖

紅色區域的渣系熔點在1500～1550℃左右，再加入一定的螢石調節，可以使熔點獲得更低，且CaO/Al2O3大于1.8，對吸附Al2O3夾雜有利，從而提高鋼水的純潔度。

為進一步改善小方坯低碳低硅冷鐓鋼([Al]≥0.020%)的可澆性，在精煉出鋼前喂入鈣鐵線(150-250m/爐)，為了達到通過喂絲來改善夾雜物變性的目的，喂絲必須具備兩個條件：

① 精煉終點[S]<0.010%；

② 鋼中[Ca]/[Al]>0.1 。

以上兩個條件能促使鈣處理既可以避免CaS夾雜物的析出對澆注不利，也容易生成低熔點12CaO·7Al2O3的夾雜物(熔化溫度1455 ℃, 密度2 .83g/cm3)，從而消除連鑄結瘤[3]。

4 產品質量分析

4.1 鋼的純潔度方面

4.1.1總氧控制水平

目前低碳低硅冷鐓鋼如ML08Al總氧含量控制水平如表4，平均[O]為16ppm。

4.1.2夾雜物控制水平

冷鐓鋼對B類(氧化鋁夾雜)和D類(復合球形夾雜)要求較高，本廠低碳低硅冷鐓鋼ML08Al夾雜物控制水平良好，未發現有高級別夾雜物(≥2.0)，B類和D類的夾雜物級別基本都在1.5以內，具體數據如表5。

表4 低碳低硅冷鐓鋼ML08Al總氧含量

4.2 冷鐓性能

低碳低硅鋼冷鐓鋼主要用于做常用螺栓≤6.8級，以熱軋狀態交貨前廠內必須做1/2冷鐓試驗，從低碳低硅鋼冷鐓鋼所做的冷鐓試樣來看，冷鐓合格率達98.6%，1.4%冷鐓開裂的試樣當中主要是由于盤條表面質量引起的開裂。

5 結論

結合鋁脫氧及其氧化物生成特點，制定合理的精煉工藝，能最大限度的去除尺寸較大Al2O3簇狀氧化物，為鋼液的鈣處理創造條件[4]。鋼液鈣處理時必須Ca與Al之間的關系，造渣工藝的確定必須綜合考慮爐渣吸附Al2O3夾雜和脫硫能力，[S]越低越有利于Al2O3夾雜的變性處理，夾雜物的改善可以有效地提高鋼水的可澆性。

在目前的造渣及精煉工藝條件下，鋼中全氧和夾雜物控制水平較好，平均[O]為16ppm，夾雜物控制水平尤其是氧化鋁夾雜和復合球形夾雜基本能控制在1.5級以內。

表5 低碳低硅冷鐓鋼ML08Al夾雜物控制水平

從低碳低硅鋼冷鐓鋼所做的冷鐓試樣來看，冷鐓合格率達98.6%，1.4%冷鐓開裂的試樣當中主要是由于盤條表面質量引起的開裂。