轉爐冶煉新國標螺紋鋼HRB500E生產試驗

供稿|李維華 / LI Wei-hua

HRB500E是國標GB1499.2—2018“鋼筋混凝土用熱軋帶肋鋼筋”規定的一種熱軋帶肋Ⅳ級鋼筋，舊稱四級鋼筋，屈服強度不小于500 MPa，直徑一般為6～100 mm。目前，世界各國的建筑已向大型化發展，為了提高大型建筑物的安全性，國外建筑行業已普遍采用焊接性能好、強度高的500 MPa級鋼筋。為實現我國建筑用鋼筋的升級換代，國內已研制成功500 MPa級鋼筋并形成批量生產能力，滿足市場的需求[1-5]。

鋼鐵工業“十二五”發展規劃明確提出，在全國大中城市全面推廣使用400、500 MPa高強度螺紋鋼筋，促進建筑鋼材升級換代和減量應用。為了響應國家號召和滿足國家對新產品的嚴格要求，同時為了更好更快地取得市場占有率，三寶鋼鐵有限公司于2019年初開始新國標HRB500E產品開發，進行高硅高錳產品的生產試驗，取得了一定的成績[6-8]。

國標冶煉要求

鋼筋混凝土用HRB500E螺紋鋼新國標GB/T 1499.2—2018于2018年2月6日發布，2018年11月1日開始實施，規定其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，其中碳當量w(Ceq)可按公式計算：w(Ceq)=w(C)+w(Mn)/6+w(w(Cr)+w(V)+w(Mo))/5+(w(Cu)+w(Ni))/15，鋼的氮含量(質量分數)應不大于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。

表1 化學成分要求(質量分數，%)

冶煉過程控制

新國標鋼筋混凝土用HRB500E采用轉爐煉鋼和鎮靜鋼脫氧方法生產，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。

化學成分設計

結合螺紋鋼HRB500E的合金元素在鋼筋中所發揮的作用及國標GB/T 1499.2－2018規定的化學成分要求，設計了鋼筋混凝土用螺紋鋼HRB500E元素含量控制標準，如表2所示。

表2 化學成分控制標準(質量分數，%)

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。開吹火焰正常后，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，吹煉結束之前加完，確保初期渣早化、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，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，具體見表4。

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5所示。

表4 脫氧合金化制度

冶煉結果

通過采取以上工藝控制措施，對HRB500E前5爐鋼液生產情況進行統計，如表6所示。

表5 吹氬處理控制要求

表6 冶煉結果

結束語

通過采用合理化學成分設計，控制好轉爐煉鋼五大制度和爐后吹氬處理工藝等手段，冶煉獲得了符合國標化學成分要求的HRB500E，并且鋼液的氧含量和氮含量較低。試驗工藝生產HRB500E鋼液相關的鋼鐵料消耗、合金消耗和冶煉周期均在正常生產控制范圍之內，在日常生產中是合理可行和值得推廣的。