關于E 級鋼電弧爐煉鋼工藝的研究

（中車大同電力機車有限責任公司，山西大同 037038）

E 級鋼屬于鑄造低合金鑄鋼，其牌號為ZG25MnCrNiMo，具有良好的強度和塑性。目前在鐵路行業主要用于機車車鉤產品鑄件（鉤體、鉤舌、鉤尾框）的生產使用，車鉤件在機車運行過程中受力較為復雜，被認定為安全件，作為車鉤產品材質的E級鋼備受關注。在多年的生產實踐中，總結出了適應生產需要的冶煉E 級鋼的工藝控制方法，使產品的內在質量也有了不斷的提高[1]。

1 工藝分析

電弧爐氧化法煉鋼主要工藝路線為：配料—熔化期—氧化期—還原期—放鋼—鎮靜—澆注。各個環節都有關注的要點，重點控制氧化期及還原期，是決定鋼水質量的關鍵。氧化期主要利用鐵礦石作為氧化劑，碳氧反應產生的沸騰來凈化鋼液，達到去除鋼液中氣體及非金屬夾雜物的目的，同時均勻爐內的溫度和化學成分。還原期主要采用擴散脫氧與沉淀脫氧相結合的綜合脫氧方式，使用純碳粉作為擴散脫氧劑，用石灰和螢石造渣，采用白渣精煉法，通過添加合金礦石調節化學成分，達到最終冶煉目的[2]。

2 冶煉過程工藝控制

2.1 配料控制

配料是電弧爐煉鋼中不可缺少的組成部分。基本爐料為廢鋼、回爐料、鐵削、增碳劑、石灰等。配料時準確稱重，先在爐底和爐坡鋪上石灰，起到保護爐底及提前造渣的目的。裝料時，底部裝小料及增碳劑，中部裝大塊料及中塊料，上部裝小料，利于導電導熱[3]。

配料階段重點關注增碳劑的加入量，要保證E級鋼成品規格下限（脫碳質量分數≥0.3%）.當然也不能過高，否則會造成氧化時間長，鋼水過熱。

2.2 熔化期控制

熔化期的主要任務是在保證爐體壽命的前提下，快速地將爐料熔化及升溫，可采用吹氧助熔，并造好熔化期爐渣，可減少鋼液在熔化期的吸氣量。在熔化末期，分批加入鐵礦石，加速脫磷。

爐料化清后，在熔池中心取樣分析，重點關注碳、磷、硫元素含量。如果含碳量不足，氧化期開始前必須進行增碳。

2.3 氧化期的控制

氧化期是氧化法煉鋼的主要過程。主要任務就是去磷、去氣、去夾雜，將鋼水均勻加熱到高于出鋼溫度。完成這些任務的手段主要是靠碳的氧化沸騰作用。氧化期進行的好壞，對鋼的質量影響很大。

2.3.1 脫磷

磷是鋼中的有害元素，大幅度降低鋼液的質量。因此，要求在冶煉過程中做好去磷工作。在長期實踐中，總結出以下行之有效的控制磷含量的操作方法。

磷對氧的親和力比鐵大，其反應式為：

生成的P2O5溶于爐渣，P2O5及其與FeO 反應生成的3FeO·P2O5都是不穩定氧化物，溫度升高就會分解，因此要加入強堿性氧化物石灰（CaO），其反應式為：

綜上，脫磷的有利條件為增加石灰及礦石濃度，快速流渣，控制較低的反應溫度。

另外裝料前，爐底墊加料重2%～7%的石灰。如若先期脫磷加入石灰量不足會導致先期脫磷效果差，在熔化末期堅持流渣操作，至少換新渣二次以上，可有效地將熔清磷含量控制在理想范圍內。氧化法煉鋼在氧化前期，為了去磷效果更明顯，采用小塊礦石浮在渣面上以提高渣中氧化鐵含量。

還原期要有效控制回磷。首先控制還原期溫度不能偏高，另外，要求在氧化末期應快速、干凈地扒除氧化渣，不得有殘留。

通過以上環節的控制，我公司生產的E 級鋼磷含量一直控制在理想的水平（w（P）≤0.025%），部分爐次可達到雙零水平。

2.3.2 脫碳

氧化期脫碳并不是目的，是作為沸騰熔池，去除鋼中的氣體和非金屬夾雜物的手段，以達到凈化鋼液的要求。因此脫碳反應進行的好壞是鋼液內在質量的重要保證。

脫碳過程中要求必須有一定的脫碳量和脫碳速度。通常，脫碳量較少時，達不到去除鋼中氣體和夾雜物的目的；而脫碳量較大時，對鋼的質量沒有顯著的改善，反而會延長冶煉時間并造成爐襯的侵蝕嚴重。脫碳速度較慢時，熔池沸騰緩慢，去除氣體及夾雜的作用不明顯；而脫碳速度較快時，在短時間內完成脫碳，一定會造成熔池猛烈的沸騰，造成鋼液裸露面積增大，增加吸氣量，并對爐襯加重侵蝕，該操作對去除氣體、夾雜物不利，并且會造成鋼水噴濺等事故。理想的脫碳速度應保證單位時間內鋼液的去氣量大于吸氣量，并能使夾雜物充分排出。生產實踐證明，氧化法冶煉E 級鋼合理的脫碳量不僅對去氣除夾雜不利，還會造成噴濺、跑鋼等事故。氧化法冶煉E 級鋼合理的脫碳量應控制在0.30%～0.45%，脫碳速度控制在每分鐘0.01%～0.02%.

氧化末期終點碳一般控制在“規格下限-0.05%—規格下限”。扒渣時的鋼液溫度達到出鋼溫度，避免還原期鋼液溫度過低。第二個試樣分析合格和溫度達到要求時進行除渣，在停電的情況下快速、干凈地除掉爐渣，進入還原期。

2.4 還原期的控制

還原期的主要任務是脫氧、脫硫、控制化學成分、調整鋼液溫度。

2.4.1 還原初期造稀薄渣

還原初期造低黏度稀薄渣，覆蓋鋼液表面，減少鋼液降溫和吸氣，造渣材料包括石灰、螢石，質量比例控制在3∶1，重量為鋼液總量的2%～3%.造稀薄渣的同時往鋼液中加入錳鐵、硅鐵進行初步脫氧，這一過程為預脫氧。稀薄渣形成后，充分攪拌取第三個試樣，主要分析錳含量。

2.4.2 還原期采用大渣量

預脫氧結束后造還原渣進行脫氧。吸附鋼液中的硫及脫氧產物等雜質是還原渣的主要作用。為保證鋼的脫氧、脫硫效果好，且爐渣還原情況穩定，必須采用大渣量。爐渣可以有效地防止鋼液吸氣，起到一定程度的保護鋼液的作用。在渣量較大時出鋼，爐渣可以較好保護鋼液，實現鋼水與爐渣互相沖洗，能夠進一步去除硫并減少鋼液二次氧化，起到凈化鋼液作用。在渣量較少且渣況不穩定時，爐渣存在忽黃忽灰現象時，脫氧效果差，在嚴重時爐渣不能完全覆蓋住鋼液面，特別是在推渣攪拌時暴露鋼水液面面積增大，這樣使吸氣量增加，造成鋼液在脫氧時再次被氧化，延長了冶煉時間，且脫氧效果不好[4]。

2.4.3 還原期保持爐內還原性氣氛

還原期操作要將爐子封閉好，目的是要使爐外空氣不進入或少進入爐內，保護爐內有足夠的還原性氣氛。如果爐外空氣隨意進入爐內，則爐內氣體氧化性增加，使渣鋼進一步氧化，降低了加入還原劑的作用效率，造成變渣困難。還原期進行到一定時間后，還原氣氛減弱，爐內還原反應就不再進行[4]。

2.4.4 保證白渣脫氧時間

白渣脫氧是根據擴散脫氧原理進行的。擴散脫氧的過程比較慢，需要有一定的時間。因此用白渣脫氧必須使鋼液在白渣下保持一定時間（一般不少于15 min），使鋼液中的氧充分擴散到爐渣中去。當還原渣變白后，取第四個試樣進行分析，距離出鋼5 min～10 mm 時按規格中限加入硅鐵[4]。

2.4.5 還原期的溫度控制

當還原期溫度過高時，爐渣會變稀，白渣不穩定，易變黃，且鋼液脫氧效果不好容易吸氣。在高溫下爐襯侵蝕嚴重，嚴重影響爐墻使用壽命，并增加了外來夾雜物。當還原期溫度過低時，爐渣流動性較差，鋼渣間物化反應不能順利進行，脫氧、脫硫及鋼中夾雜物上浮等都進行不好，而且會造成鋼液成分不均勻，影響化學分析準確性。此外，還會造成還原后期升溫，延長了冶煉時間，增加了鋼中夾雜物含量，而且導致熔池溫度不均勻，上層溫度高，下層溫度低。因此，做好還原期的溫度控制對合金元素的回收率、鋼液成分的均勻性、分析試樣的代表性均有較大影響[4]。

2.5 出鋼控制

取第五個試樣進行化學成分分析，碳、硅、錳、磷、硫及合金元素全部合格，出鋼溫度控制在1 610 ℃～1 630 ℃，開始放鋼，在鋼包內放入硅鋁鐵或鋁錠，起到終脫氧的目的，進一步減少鋼液中氧含量[5]。在鋼包內進行鎮靜，一般5 min～20 min，達到澆注溫度進行澆注[6]。

3 結語

通過近幾年冶煉E 級鋼的生產實踐工作，總結出了冶煉E 級鋼的關鍵工藝控制因素為：

1）氧化期應做好脫磷工作，利用脫碳反應充分去除鋼水中的氣體以及非金屬夾雜物。同時保證工藝要求的脫碳量≥0.30%和脫碳速度每分鐘0.01%～0.02%；

2）還原期應采用大渣量，封閉好爐子保持爐內還原性氣氛，做到白渣出鋼，確保脫氧充分，同時做好溫度的控制。