耐海洋腐蝕HRB400cE轉爐冶煉生產實踐

供稿|李維華，林致明，王偉，王光文 / LI Wei-hua, LIN Zhi-ming, WANG Wei, WANG Guang-wen

內容導讀

HRB400cE為400 MPa級耐海洋腐蝕鋼筋，主要應用于鹽湖、海洋、沿海一帶以及撒化冰鹽的道路、橋梁等。三寶鋼鐵有限公司決定采用微合金化和控軋控冷工藝開發耐海洋腐蝕鋼筋HRB400cE。通過設計耐海洋腐蝕鋼筋HRB400cE冶煉的化學成分，控制裝入制度、供氧制度、造渣制度、溫度及終點控制制度、出鋼及脫氧合金化制度和吹氬處理等工藝制度，成功冶煉出了化學成分符合國家標準要求的鋼液，鋼液具有較低的氮含量，冶煉周期均在合理范圍內。該鋼種在經濟性與耐海水腐蝕性方面具有較高利用價值，后續可以批量生產。

HRB400cE是一種400 MPa級耐海洋腐蝕鋼筋，是國標GB/T 33953—2017“鋼筋混凝土用熱耐蝕鋼筋”里規定的一種耐蝕鋼筋，在鋼中加入一定量的Cu、P、C或Ni、Mo、Nb、Ti等合金元素制成的一種耐海洋腐蝕性能良好的低合金鋼。耐海洋腐蝕鋼筋主要應用于工業環境、鹽湖、海洋、沿海一帶和撒化冰鹽的道路、橋梁等，能有效阻止進入到混凝土內部的氯離子與鋼筋表面的鈍化膜發生復雜的電化學反應，避免混凝土出現破壞開裂現象[1-4]。

人們為了延緩和減少鋼筋腐蝕開展了很多研究工作，開發了鍍鋅鋼筋、不銹鋼筋及涂層類鋼筋等防腐技術，但這些方法或者成本高或者防腐效果不理想。為了減緩沿海建筑物和工業環境中的鋼筋腐蝕速度，三寶鋼鐵有限公司決定采用微合金化和控軋控冷工藝開發耐海洋腐蝕鋼筋HRB400cE，此鋼種在經濟性與耐海水腐蝕性方面具有較高利用價值[5-8]。

國標冶煉要求

鋼筋混凝土用HRB400cE耐蝕鋼筋新國標GB/T 33953—2017，冶煉工藝只能采用轉爐或者電爐工藝，必要時可采用爐外精煉，化學成分要求如表1所示，其中為了進一步提高鋼筋的耐腐蝕性能，還可以加入下列一種或多種合金元素(質量分數)：Mo，≤0.30%；Re，≤0.05%等；鋼的氮含量應≤0.012%，鋼中如有足夠數量的氮結合元素，含氮量的限制可適當放寬，鋼筋的成品化學成分允許偏差應符合GB/T 222的規定。

冶煉過程控制

鋼筋混凝土用HRB400cE生產采用轉爐煉鋼和鎮靜鋼脫氧方法，工藝流程為：裝入操作→100 t轉爐冶煉→出鋼及脫氧合金化→吹氬→連鑄。

表 1 化學成分要求(質量分數，%)

化學成分設計

結合螺紋鋼HRB400cE相關元素在鋼筋中所發揮的作用及國標GB/T 33953—2017規定的化學范圍要求，設計了鋼筋混凝土用螺紋鋼HRB400cE相關元素含量控制標準，如表2所示。

裝入制度

轉爐裝入制度采用定量裝入，根據爐況、生產組織情況、鐵水成分和溫度來調整廢鋼加入量，具體控制情況如表3所示。

表 2 化學成分控制標準(質量分數，%)

表 3 裝入制度

供氧制度

供氧制度采用變壓變槍法，進料完畢后，搖正爐體下槍吹煉。氧槍噴頭采用四孔拉瓦爾型，噴孔夾角12°，擴張角為11°30′，喉口長度7 mm，工作氧壓控制在0.80～0.85 MPa，流量控制在20000～26000 m3/h。吹煉前期槍位控制在1400～1600 mm，中期槍位控制在1500～1800 mm，后期槍位控制在1300～1500 mm，拉碳槍位控制在1200 mm，火焰情況不正常時槍位可以適當調節，以化渣正常為宜。

造渣制度

造渣制度采用分批加料法。開始吹氧火焰正常后，根據鐵水成分與溫度情況并結合操作經驗，石灰總量控制在2000～3000 kg，輕燒白云石總量控制在1000～2000 kg，一批料加入石灰總量的2/3和全部輕燒白云石，二批石灰料、三批石灰料根據吹煉情況適時加入，確?！俺跗谠缁?，過程渣化好，終渣化透”。

溫度及終點控制制度

過程溫度控制保證化好渣，不噴濺不返干，溫度平穩上升；終點溫度控制在1640～1670 ℃，開澆第一爐、新出鋼口和新鋼包等特殊情況可以適當提高出鋼溫度。終點C含量(質量分數)控制在0.06%～0.13%，防止鋼水氧含量高，影響鋼水質量；終點P含量(質量分數)控制在0.020%以下，防止擋渣失敗時回磷導致鋼水P含量過高造成化學廢品。

出鋼及脫氧合金化制度

出鋼過程采用擋渣球進行擋渣操作，確保擋渣成功率達到90%以上，保證鋼包渣層厚度不大于200 mm。采用脫氧劑(硅鈣鋇和鋁錠)、硅錳合金進行脫氧合金化。合金加入順序為：脫氧劑→硅鐵合金→硅錳合金→貴重金屬(銅、鉻鐵和鎳鐵)，合金在出鋼至1/4～1/3時開始加入，出鋼至2/3～3/4時加完，合金加入量參考出鋼量按95.00 t/爐計，冶煉鋼水殘Mn質量分數按0.10%計，硅鐵、硅錳合金增C質量分數按0.020%計，可根據冶煉終點、出鋼量等情況調整合金加入量。

爐后吹氬處理

爐后吹氬站吹氬處理對鋼液夾雜物與溫度分布影響很大，足夠的吹氬時間既能促進鋼液中的夾雜物充分上浮，也能促進鋼水溫度的均勻分布，可以提高測溫的準確性，吹氬工藝控制如表4所示。

冶煉結果

通過采取以上工藝控制措施，對HRB400cE前5爐鋼液生產情況進行統計，如表5所示。

表 4 吹氬處理工藝控制

表 5 冶煉結果

結束語

通過采用合理化學成分設計、轉爐煉鋼五大控制制度和爐后吹氬處理等工藝手段，冶煉獲得了符合國家標準要求的HRB400cE化學成分，并且鋼液的氮含量較低。生產HRB400cE鋼液相關的冶煉周期均在正常生產控制范圍之內，在以后的日常生產中是合理可行和值得推廣的。