马钢电弧炉弹簧钢60Si2MnA氧含量技术可行性研究

崔晓梅(安徽冶金科技职业学院　安徽马鞍山　243041)

马钢电弧炉弹簧钢60Si2MnA氧含量技术可行性研究

崔晓梅(安徽冶金科技职业学院安徽马鞍山243041)

摘要：针对马钢100t电弧炉EAF→LF→RH生产弹簧钢60Si2MnA的冶炼生产工艺流程，采取系统的取样、综合分析弹簧钢冶炼过程中全氧变化规律及影响因素，结果表明：在电弧炉-LF精炼-RH真空处理中，全氧含量基本是逐渐降低的；通过精炼全程底吹氩气，采用顶渣操作和高碱度(R=3.5)精炼渣，来降低渣中氧化物的含量及活度，均有利于降低弹簧钢中的全氧含量；钢水中氧含量最终可以控制在10ppm以内；

关键词：氧含量；顶渣；铝含量；吹氩

随着现代科技的不断向前发展 国内对弹簧钢各种质量需求是在不断地提升。但与国外弹簧钢相比较，我国弹簧钢当下纯净度相对较低 特别非金属杂质含量不容易降低。例如全氧含量T[O]=( 30-40 )ppm；但在国外控制为T[O]<20 ppm，有的能控制低于10 ppm；经实验表明： 当钢水中T[O] 低于15 ppm时，就能确保弹簧钢2000MPa的高强度，相对塑性和韧性并没有降低，并且疲劳寿命显著提升，使得弹簧材料的潜力充分发挥出来。所以降低弹簧钢中的全氧含量，有利于提高其纯净度，这也是弹簧钢冶炼工艺中主要任务之一。

1 试验方法及过程氧含量的变化

在马钢电炉厂开展了高洁净弹簧钢生产试验，共实验了10炉，生产冶炼过程中分别对EBT、LF、RH冶炼前、中、后期进行了跟踪取钢水样与渣样，并对全氧含量进行测试分析。综合上十炉钢试验过程，钢中氧含量变化情况可得表1；

表1　冶炼过程氧含量变化规律

由图表1可知，打LF进站台直到LF出站台，过程全氧含量得到了显著地降低，氧含量共下降了32ppm。这归公于在LF中加入了精炼渣料和铝等强脱氧剂，致使钢水中氧含量得到快速的下降，并且生成氧化物夹杂物，又由于采用钢包底吹氩气，促使夹杂物上浮速度加快，并被精炼渣所吸收，从而使钢水中全氧含量降低。

从图表1可以看出，从RH进站到RH出站，氧含量平均下降了9ppm。由此可得知在RH工位除了可以脱氢与氮外，某些氧化物夹杂物也会在气体带动上俘中被顶渣所吸收，因而使得全氧含量得到下降，说明在RH工位精炼的确有脱氧功能，同时也是降低钢水中氧化物夹杂的主要手段之一。

2试验结果及分析

2.1钢水中铝对全氧含量的影响

弹簧钢冶炼去除氧的方法有两种: 其一是用硅脱氧生成物为SiO2，进入炉渣生成硅酸钙，但容易增加渣的碱度，从而不利于脱硫; 另一种方法是采用铝强脱氧技术，通过尽量降低钢水中氧含量以及夹杂物的尺寸大小来预防水口堵塞同时能确保钢材的疲劳性能; 完全采取前一种方法冶炼不利于钢水继续冶炼，所以，弹簧钢冶炼可以采取第二种脱氧工艺；

铝是一种非常强的脱氧剂，容易生成云团状夹杂物，而且总体尺寸能达到500μm，非常容易上浮，从而使钢水中氧含量下降神速，即使有部分脱氧产物来不及上浮，也能在后来进行扩散脱氧中上浮被渣所吸收。

铝脱氧化学反应式为：

2[Al]+3[O]=Al2O3(固)

△GΘ=-296900+94.40T

LgKAl=lg[Al%]2·[O%]3=(-64900/T)+20.63

本文研究了马钢100t电弧炉弹簧钢60Si2MnA 10炉试验，关于LF-RH各工段中铝和氧的含量变化关系见其数据如表2。

表2　冶炼过程中铝含量和全氧含量情况统计

根据上表，分别对LF、RH精炼工序钢中铝和全氧含量作图并分析如下。

(1)LF精炼过程中铝对氧含量的影响(见图2)

在LF精炼过程中，一般来说，钢水中铝含量越高，氧含量就越低，当钢水中Al>0.025%，T[O]就会降得比较低；否则，钢中氧含量反而比较高；因此，为了更好地降低钢材中氧含量，在LF精炼操作中的铝含量应该控制在0.025%-0.05%间。

(2)RH真空精炼过程中铝对氧含量的影响

从图3可看出，在RH抽真空精炼过程中，不同钢种铝含量不同，氧含量也相应变化，总体来说钢中氧含量随铝含量的增加而降低，当铝含量几乎集中被控制在0.02%-0.045%间时，氧含量就可以达到10 ppm以内；所以说，在RH精炼过程中钢中铝含量应保持在0.020%-0.045%之间。

2.2钢包底吹氩对钢中氧含量的影响

钢水精炼前喂铝线是为了给钢水强脱氧来迅速降低钢水中的氧含量，生成的产物为Al2O3夹杂物，在LF到RH的精炼操作过程中，通过底吹氩进行强搅拌，增加夹杂物物碰撞几率，从而促进Al2O3等夹杂物上浮速度,除还能预防钢水的二次氧化外能使钢液中全氧含量保持在比较低的水平，脱氧的同时还能促进脱硫；在钢液吊包出LF工位时，要确保软吹氩时间大于10min,使得氩气泡带动小颗粒夹杂物上浮，达到去除夹杂物的目的；

结合马钢电炉厂现有条件，钢包吊入LF精炼工位后要迅速接氩气管进行底吹氩搅拌，在进行成分调整时，氩气流量要开大，确保把渣面给吹开，氩气流量控制在300-800(标升/分钟)，且以钢水不大翻为宜；在给钢水升温时，为了确保温度的均匀，氩气流量控制在100-200(标升/分钟)；给钢水进行软吹氩时，要确保钢水面不裸露，渣面稍微波动即可，氩气流量控制为20-100(标升/分钟)。

2.3炉渣成分对钢中氧含量的影响

在电炉出钢过程中要尽量降低渣中不稳定氧化物，确保 LF精炼白渣是保证良好脱氧的基础，由于在钢水出钢过程中加入大量的Fe-Si、Fe-Mn 或Si-Mn脱氧剂 ，而且还用铝块进行强脱氧， 硅、锰和铝不仅能降低钢水的氧含量( 主要指溶解氧含量)，还对渣进行脱氧，致使渣中FeO 含量大幅降低 ; 通过加还原渣料与脱氧剂，经试验得知渣中(FeO)能控制在1.32 %以内及不稳定氧化物( FeO+MnO)控制在1. 60 %范围内,能很好地达到脱氧和脱硫的目的；

在LF出工位喂铝线后，渣中FeO以及不稳定氧化物含量平均下降到0. 90 % 及1.00%以下，主要原因是在向钢水中喂铝时铝与渣中氧化物充分反应的结果，不稳定氧化物越少,越有利于钢液的脱氧，同时也能降低钢水中酸溶铝与渣中的不稳定氧化物反应几率,减少了细小A12O3夹杂物的数量,从而提高了钢水的纯净度。

2.4精炼过程中渣碱度对氧含量的影响

提高精炼渣碱度，能有效地降低渣中氧化物的活度，有助于去除钢水中氧化物夹杂含量,从上图4看出，精炼渣碱度越高，钢液中平衡氧含量也会相应地降低，二元碱度一般在3.0以上(3.5左右),这时脱氧效果最好，平衡[O]表现为12ppm-17ppm。

3结论

(1)在电弧炉-LF精炼-RH真空处理中，全氧含量基本是逐渐降低的。从LF进站到LF出站，氧含量平均降低32ppm；RH进站到RH出站，氧含量平均降低9ppm。最终平均氧含量都能降到9ppm。

(2)在弹簧钢冶炼过程中加入合适量铝，可以达到降低钢水中氧含量的目的。实践经验表明，在RH过程中的铝含量保持在0.020%-0.045%之间。钢中最终氧含量能控制在10ppm以内；

(3)通过精炼过程钢包全程底吹氩，并采用顶渣操作和高碱度(R=3.5)精炼渣，能很好地降低渣中氧化物的含量及活度，均有助于弹簧钢中全氧含量的降低。

参 考 文 献

[1]张春红，黄平惠，田巧丽.60Si2CrVAT弹簧钢的生产实践[J].中国冶金, 2006, 16(7):13-15

[2]李 晶，傅 杰. 60Si2MnA弹簧钢脱氧工艺的优化[J].钢铁研究学报,2001, 13(3):6-9

[3]林 涛，张兴春，王磊英，姚忠，齐治畔. 60 t Consteel 电弧炉-60 t LF( VD)冶炼 60Si2CrVAT 弹簧钢的工艺实践[J].特殊钢,2004,25(6):53-54

[4]梁福斌，刘新生. 150t顶底复吹转炉-150t钢包炉生产60Si2Mn(A)弹簧钢的工艺和质量[J].特殊钢,2006,27(4):39-41

[5]薛正良，吴映江，吴丽嘉，赵栋楠. BOF-LF-RH-CC流程钢液增氮控制研究[J].武汉科技大学学报,2011,34(2):86-88

[6]苏 东,毛新平,高吉祥,王进步,庄汉洲.EAF-LF-CSP 工艺流程高碳弹簧钢的开发与实践[J].冶金丛刊,2012,198(2):1-5

[7]徐鸿飞，俞海明. EAF生产弹簧钢的成分控制分析[J].新疆钢铁,2004, 91(3): 17-20

[8]徐德祥,尹钟大. 高强度弹簧钢的发展现状和趋势[J].钢铁,2004, 39(1): 67-70

Study on Oxygen Content Control Technology About

Pring Steel 60Si2MnA in Ma Steel EAF

CUI Xiao-mei

Abstract：Based on the smelting process of the EAF → LF → RH for 60Si2MnA spring steel of Ma Steel electric furnace the evolvement about full of oxygen in the the spring steel smelting process and impact factors, the same time, the distribution of of spring steel non-metallic inclusions, sources, and control system analysis, the following conclusions：In the electric arc furnace-LF the refining-RH vacuum treatment, the total oxygen content is substantially decreased gradually. By refining the whole bottom blowing argon,，the top slag operation and high alkalinity (R=3.5) refining slag，to reduce the oxide content of the slag and activity are conducive to reducing the total oxygen content of spring steel. The oxygen content in steel can be controlled at less than 10ppm.

Key words：Oxygen content; Top slag; Aluminum content; Argon blowing

作者简介：崔晓梅(1979-)，女，安徽冶金科技职业学院冶金工程系，讲师。

收稿日期：2015-04-10

中图分类号：FG142.41：TF762+.5

文献标识码：A

文章编号：1672-9994(2015)02-0005-03