電弧爐冶煉連鑄SGM鋼棉鋼工藝試驗

1　前　言
　　目前，汽車的制動片中已不再使用石棉而廣泛使用鋼絲絨，鋼絲絨是由稱為鋼棉鋼軋制的盤條，拉撥后經高速切削加工而成。南方某鋼棉有限公司加工鋼絲絨用盤條由北方鋼廠和國外供應，由于近幾年鐵路運輸緊張，運費上漲，直接影響該鋼棉公司的生產和發展。為降低成本，提高效益，該鋼棉公司委托我公司研制開發此鋼材。
　　生產鋼棉鋼的關鍵技術是：嚴格控制冶煉成分，防止產生危害切削性能的硬質夾雜。本文就電弧爐冶煉方坯連鑄鋼棉鋼工藝進行了探討。
2　生產工藝要點
2.1　化學成分
　　為了確保鋼棉鋼SGM 6.5mm盤條的成分合格，實物質量達到用戶要求，必須嚴格按內控標準成分生產，其化學成分見表1。
表1　SGM鋼棉鋼化學成分／％
項　目?????? C??????????? Si???????????Mn??????? P??????? S???????? ?Cr????? Ni?????? Cu
內控成分?0.08／0.13?? 0.04／0.08?? 0.80／1.15?? ≤0.018? ≤0.020??? ≤0.20? ≤0.20?? ≤0.20
用戶要求?≤0.15????? ≤0.10??????? ≤1.20?????? ≤0.030? ≤0.035?　?　?　

2.2　初煉爐工藝
　　初煉爐為RBT超高功率豎式電弧爐，其公稱容量為90t，平均出鋼量93t，留鋼留渣操作，變壓器功率為65MVA，爐底裝有3塊透氣磚。加入爐內的廢鋼清潔少銹，配碳量＞0.30％。
　　熔煉過程采用熔氧結合，通電后點燃8個氧油燒嘴(3MW／個)。送電10min，水冷碳氧槍吹氧，氧壓為0.8MPa，流量為2000m3／h。快速造渣，提前去磷。氧化后期吹氧脫碳，造泡沫渣，堿度為3.0左右，渣中氧化鐵含量約為25％。熔池劇烈沸騰，自動流渣，氧化脫碳量＞0.20％。熔池溫度達到1610～1640℃，鋼中P含量≤0.012％，初煉爐出鋼，出鋼10t往鋼包加入合金和造渣材料，出鋼至剩余2t時，爐體快速返回。

嚴禁氧化渣倒入鋼包，確保鋼水進入精煉爐成分接近成品中、下限，初煉爐出鋼溫度、加入材料及鋼水成分見表2。

表2　初煉爐出鋼溫度、加入材料及鋼水成分表
統計
項目?出鋼溫度℃??? 氧化終點鋼水成分％?? 出鋼加入材料kg
??????????????? ?C? Si?? Mn??? P???? S?? 石灰?硅錳
?
????1623?????? 0.05 ?-? 0.02? 0.010?0.040?500?900
max?1635?????? 0.06? -? 0.04? 0.01? 0.045?　?　
min?1612????? ?0.04? -? 0.00? 0.009?0.030?　?　

2.3　鋼包爐工藝
　　鋼包自接收鋼水開始至鋼包精煉結束全程吹氬，吹氬壓力和流量根據精煉任務不同而進行調節。LF鋼包爐初始冶煉條件見表3。

表3　LF鋼包爐初始精煉條件
統計
項目?鋼包到達溫度／℃??? 鋼液成分／％
????????????????????? C??? Si??? Mn????? P???? S
?
????1581???????????? 0.06? 0.04? 0.75? 0.012? 0.034
max?1594???????????? 0.07? 0.06? 0.85? 0.013? 0.040
min?1573???????????? 0.05? 0.02? 0.50? 0.010? 0.028

　　初煉爐出鋼結束，鋼包開至精煉工位，通電升溫，造稀簿渣。渣化開后，向渣面上加CaC2粒脫氧，爐渣變白，分析鋼水成分并進行成分微調。
　　精煉結束前5min加入FeB 20kg。白渣時間大于20min，鋼水溫度達到工藝要求的范圍，鋼包開始以0.30kg／t的速度喂Ca-Si線。喂線結束以鋼液不裸露為宜，調節吹氬壓力、流量，鎮靜2～3min后送連鑄。LF爐精煉結束溫度及成品化學成分見表4。

表4　LF爐精煉結束溫度及成品化學成分
統計
項目?鋼液溫度℃?????? 鋼液成分／％
??????????????? C??? Si???? Mn???? P??????? S????? Cr???? Ni???? Cu
?
????1602????? 0.087?0.056? 1.018? 0.0132? 0.0121? 0.029? 0.036? 0.134
max?1607???? ?0.11? 0.07?? 1.12?? 0.017?? 0.015?? 0.04?? 0.05?? 0.15
min?1598???? ?0.07? 0.04?? 0.96?? 0.012?? 0.009?? 0.02?? 0.03?? 0.11

2.4　連鑄工藝
　　連鑄為Concast 弧形連鑄機，6機6流，弧形半徑為7m，澆注斷面(mm)130×130，定徑水口澆注，拉矯速度為2.3～2.6m／min。結晶器液面采用Co—60自動控制，裝有結晶器電磁攪拌(M—EMS)，二冷配水PLC自動控制。中間包澆注溫度控制在1550～1562℃。
　　由于該鋼種試驗量不大，因此，鋼包襯材料仍用原來的，渣線部位用鎂碳質，其它部位用鋁碳質。中間包襯用硅質材料。
3　金相檢驗
3.1　盤條夾雜物金相檢驗
　　 6.5mm盤條取了5爐樣進行金相夾雜物的檢驗，其結果見表5。

表5　5爐 6.5mm盤條夾雜物檢驗結果統計
項目?統計數n???? 夾雜物類型
???????????????A??? B??? C??? D
?
????5???????? 1.90?2.20?0.70?1.30
max?5???????? 4.0? 3.0? 1.0? 1.5

3.2　機械性能檢驗
　　對SGM 6.5mm盤條進行了機械性能試驗，其結果見表6。

表6　機械性能試驗結果
統計
項目 ?統計數n?σbMPa? σsMPa? δ10％?冷彎性
?
??????? 11???? 447.8?308.7? 31.1?? d=a*
S?????? 11?????9.05? 4.33?? 1.54?? 180°
max???? 11???? 460???315??? 34?　
min???? 11???? 435?? 300??? 29??? 完好
　　注：d——彎曲半徑　a——試樣厚度或直徑
　　盤條供給鋼棉鋼公司，用戶反映沙鋼生產的盤條拉撥性能很好。從表6可以看出鋼棉鋼的機械性能較穩定。
4　討　論
4.1　初煉爐冶煉工藝要點
　　(1)保證鋼液有足夠的吹煉沸騰時間和脫碳量。初煉爐要有一定的氧化脫碳量，碳氧反應生成的CO氣泡使整個熔池活躍，夾雜物聚合上浮，達到去氣、去夾雜的目的。爐底吹氣攪拌也促進夾雜物上浮。
　　(2)避免電弧爐造成的鋼液吸氣。采用電弧爐煉鋼，由于電弧區溫度很高，電弧加速了氣體的分解，使鋼中氣體含量高于其它方法煉的鋼。因此，在實際生產中，要保證有一定厚度的爐渣層，防止電弧將鋼水裸露而吸入更多氣體。為防止增氮，造泡沫渣是一個較好的辦法。此外，采用了電弧爐底出鋼，出鋼快，鋼流卷入的N2氣少，在較高的氧位下出鋼，均大大減少了鋼液吸氮。
4.2　鋼包精煉脫氧工藝探討
　　(1)采用精煉白渣和硅鈣線脫氧。鋼包爐精煉結束要喂適量的硅鈣線進行脫氧，而盡可能不用Al脫氧，Al含量越高則Al2O3越多，鋼材切削加工時，刀具磨損就越快(見圖1)。開始試煉時曾擔心C、Si含量低，脫氧不好，加入了少量鋁硅鐵，結果鋼材切削時刀具損耗比正常時要大。在生產中進一步探索表明只要初煉爐出鋼時不帶氧化渣至鋼包，鋼包精煉白渣時間確保20min以上，并喂適量Ca—Si線終脫氧，鋼水脫氧程度是能保證的。
?
圖1　Al2O3含量與刀具磨損率的關系
　　(2)進一步脫氧和夾雜變性工藝探討，鋇(Ba)的脫氧能力比Al大2個數量級，研究表明，在煉鋼溫度下，Ba與O、S有很強的親合力，反應形成復合氧硫化物，對鋼中夾雜有變性處理效果，使夾雜總量降低30％～40％，而且脫氧產生的含BaO復合夾雜物基本上完全上浮去除。
　　鋼棉鋼不僅不能用Al脫氧，而且由于硅酸鹽夾雜較MnS為硬，脫氧用硅量也要嚴格限制。同時澆注過程中使用的耐材均會對鋼中夾雜帶來影響。目前使用的鋁碳質鋼包襯、硅質中包襯均會造成鋼中夾雜物增加，在以后的大生產中要進行改進。
5　結　語
　　(1)采用適當的電弧爐初煉和LF爐精煉工藝，成功地冶煉了具有良好切削性能的SGM鋼棉鋼。
　　(2)所煉SGM鋼棉鋼過程工藝參數穩定，夾雜檢驗及機械性能均十分穩定。
　　(3)在脫氧制度、過程耐火材料方面進行一定的優化，可以進一步提高鋼棉鋼的質量。
　　(4)今后的生產中可進行Si—Ca—Ba的脫氧工藝試驗，則鋼棉鋼的質量有可能進一步提高。