电弧炉冶炼连铸SGM钢棉钢工艺试验

1　前　言
　　目前，汽车的制动片中已不再使用石棉而广泛使用钢丝绒，钢丝绒是由称为钢棉钢轧制的盘条，拉拨后经高速切削加工而成。南方某钢棉有限公司加工钢丝绒用盘条由北方钢厂和国外供应，由于近几年铁路运输紧张，运费上涨，直接影响该钢棉公司的生产和发展。为降低成本，提高效益，该钢棉公司委托我公司研制开发此钢材。
　　生产钢棉钢的关键技术是：严格控制冶炼成分，防止产生危害切削性能的硬质夹杂。本文就电弧炉冶炼方坯连铸钢棉钢工艺进行了探讨。
2　生产工艺要点
2.1　化学成分
　　为了确保钢棉钢SGM 6.5mm盘条的成分合格，实物质量达到用户要求，必须严格按内控标准成分生产，其化学成分见表1。
表1　SGM钢棉钢化学成分／％
项　目       C            Si           Mn        P        S          Cr      Ni       Cu
内控成分 0.08／0.13   0.04／0.08   0.80／1.15   ≤0.018  ≤0.020    ≤0.20  ≤0.20   ≤0.20
用户要求 ≤0.15      ≤0.10        ≤1.20       ≤0.030  ≤0.035 　 　 　

2.2　初炼炉工艺
　　初炼炉为RBT超高功率竖式电弧炉，其公称容量为90t，平均出钢量93t，留钢留渣操作，变压器功率为65MVA，炉底装有3块透气砖。加入炉内的废钢清洁少锈，配碳量＞0.30％。
　　熔炼过程采用熔氧结合，通电后点燃8个氧油烧嘴(3MW／个)。送电10min，水冷碳氧枪吹氧，氧压为0.8MPa，流量为2000m3／h。快速造渣，提前去磷。氧化后期吹氧脱碳，造泡沫渣，碱度为3.0左右，渣中氧化铁含量约为25％。熔池剧烈沸腾，自动流渣，氧化脱碳量＞0.20％。熔池温度达到1610～1640℃，钢中P含量≤0.012％，初炼炉出钢，出钢10t往钢包加入合金和造渣材料，出钢至剩余2t时，炉体快速返回。

严禁氧化渣倒入钢包，确保钢水进入精炼炉成分接近成品中、下限，初炼炉出钢温度、加入材料及钢水成分见表2。

表2　初炼炉出钢温度、加入材料及钢水成分表
统计
项目 出钢温度℃    氧化终点钢水成分％   出钢加入材料kg
                 C  Si   Mn    P     S   石灰 硅锰
 
    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　钢包炉工艺
　　钢包自接收钢水开始至钢包精炼结束全程吹氩，吹氩压力和流量根据精炼任务不同而进行调节。LF钢包炉初始冶炼条件见表3。

表3　LF钢包炉初始精炼条件
统计
项目 钢包到达温度／℃    钢液成分／％
                      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

　　初炼炉出钢结束，钢包开至精炼工位，通电升温，造稀簿渣。渣化开后，向渣面上加CaC2粒脱氧，炉渣变白，分析钢水成分并进行成分微调。
　　精炼结束前5min加入FeB 20kg。白渣时间大于20min，钢水温度达到工艺要求的范围，钢包开始以0.30kg／t的速度喂Ca-Si线。喂线结束以钢液不裸露为宜，调节吹氩压力、流量，镇静2～3min后送连铸。LF炉精炼结束温度及成品化学成分见表4。

表4　LF炉精炼结束温度及成品化学成分
统计
项目 钢液温度℃       钢液成分／％
                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　连铸工艺
　　连铸为Concast 弧形连铸机，6机6流，弧形半径为7m，浇注断面(mm)130×130，定径水口浇注，拉矫速度为2.3～2.6m／min。结晶器液面采用Co—60自动控制，装有结晶器电磁搅拌(M—EMS)，二冷配水PLC自动控制。中间包浇注温度控制在1550～1562℃。
　　由于该钢种试验量不大，因此，钢包衬材料仍用原来的，渣线部位用镁碳质，其它部位用铝碳质。中间包衬用硅质材料。
3　金相检验
3.1　盘条夹杂物金相检验
　　 6.5mm盘条取了5炉样进行金相夹杂物的检验，其结果见表5。

表5　5炉 6.5mm盘条夹杂物检验结果统计
项目 统计数n     夹杂物类型
               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　机械性能检验
　　对SGM 6.5mm盘条进行了机械性能试验，其结果见表6。

表6　机械性能试验结果
统计
项目  统计数n σbMPa  σsMPa  δ10％ 冷弯性
 
        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——弯曲半径　a——试样厚度或直径
　　盘条供给钢棉钢公司，用户反映沙钢生产的盘条拉拨性能很好。从表6可以看出钢棉钢的机械性能较稳定。
4　讨　论
4.1　初炼炉冶炼工艺要点
　　(1)保证钢液有足够的吹炼沸腾时间和脱碳量。初炼炉要有一定的氧化脱碳量，碳氧反应生成的CO气泡使整个熔池活跃，夹杂物聚合上浮，达到去气、去夹杂的目的。炉底吹气搅拌也促进夹杂物上浮。
　　(2)避免电弧炉造成的钢液吸气。采用电弧炉炼钢，由于电弧区温度很高，电弧加速了气体的分解，使钢中气体含量高于其它方法炼的钢。因此，在实际生产中，要保证有一定厚度的炉渣层，防止电弧将钢水裸露而吸入更多气体。为防止增氮，造泡沫渣是一个较好的办法。此外，采用了电弧炉底出钢，出钢快，钢流卷入的N2气少，在较高的氧位下出钢，均大大减少了钢液吸氮。
4.2　钢包精炼脱氧工艺探讨
　　(1)采用精炼白渣和硅钙线脱氧。钢包炉精炼结束要喂适量的硅钙线进行脱氧，而尽可能不用Al脱氧，Al含量越高则Al2O3越多，钢材切削加工时，刀具磨损就越快(见图1)。开始试炼时曾担心C、Si含量低，脱氧不好，加入了少量铝硅铁，结果钢材切削时刀具损耗比正常时要大。在生产中进一步探索表明只要初炼炉出钢时不带氧化渣至钢包，钢包精炼白渣时间确保20min以上，并喂适量Ca—Si线终脱氧，钢水脱氧程度是能保证的。
 
图1　Al2O3含量与刀具磨损率的关系
　　(2)进一步脱氧和夹杂变性工艺探讨，钡(Ba)的脱氧能力比Al大2个数量级，研究表明，在炼钢温度下，Ba与O、S有很强的亲合力，反应形成复合氧硫化物，对钢中夹杂有变性处理效果，使夹杂总量降低30％～40％，而且脱氧产生的含BaO复合夹杂物基本上完全上浮去除。
　　钢棉钢不仅不能用Al脱氧，而且由于硅酸盐夹杂较MnS为硬，脱氧用硅量也要严格限制。同时浇注过程中使用的耐材均会对钢中夹杂带来影响。目前使用的铝碳质钢包衬、硅质中包衬均会造成钢中夹杂物增加，在以后的大生产中要进行改进。
5　结　语
　　(1)采用适当的电弧炉初炼和LF炉精炼工艺，成功地冶炼了具有良好切削性能的SGM钢棉钢。
　　(2)所炼SGM钢棉钢过程工艺参数稳定，夹杂检验及机械性能均十分稳定。
　　(3)在脱氧制度、过程耐火材料方面进行一定的优化，可以进一步提高钢棉钢的质量。
　　(4)今后的生产中可进行Si—Ca—Ba的脱氧工艺试验，则钢棉钢的质量有可能进一步提高。