CN114277303A - 一种改善重轨钢中a类夹杂物尺寸与分布形态的冶炼工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改善重轨钢中A类夹杂物尺寸与分布形态的冶炼工艺，属于冶金技术领域。冶炼工艺包括转炉冶炼、RH真空精炼工序，不进行LF精炼处理；转炉冶炼工序：采用低拉碳吹炼，控制终点碳≤0.05%，终点温度≥1690℃，出钢过程中增加低铝硅钙钡加入量进行钢水强脱氧，同时进行无铝脱氧合金化，调整钢水成分至目标含量；出钢完成后加入低铝渣洗料进行顶渣改质；同时大气搅拌5min以上。本发明通过创新重轨钢冶炼工艺，在不降低钢中S含量的前提下，降低钢中A类夹杂物尺寸，具有工艺简单、成本低、效果显著的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种重轨炼钢方法，尤其是一种改善重轨钢中A类夹杂物尺寸与分布形态的冶炼工艺。
背景技术
我国铁路继“客运高速”宏伟蓝图后，“货运重载”将成为国内铁路建设的重点及发展方向；重载铁路荷重大幅增加，要求钢轨必须具备更优良的抗磨损、冲击、疲劳、断裂等性能。断裂是危害重载铁路安全的重要因素之一，特别是“氢脆”断裂，具有延迟性和隐蔽性，带来的危害比其它断裂大得多。而MnS夹杂物可以作为限制氢聚集的“氢陷阱”，可以有效规避钢轨“氢脆”，所以早期钢轨标准以及欧标、美标等国外一些对钢轨中S含量规定了控制下限（≥0.008%），日本新日铁重载铁路用钢轨中S含量达到0.013%以上。较高的S含量又易导致钢轨A类夹杂物超标，同时MnS尺寸过大，直接导致“氢陷阱”过大，使钢中H更易聚集，形成白点，导致钢轨氢脆断裂。目前，国内攀钢、包钢等五大钢轨厂平均S含量均控制在0.008%以下，但即使在低S含量控制条件下，五大钢轨厂在每年的钢轨年检中均存在A类夹杂物超标现象。
目前国内攀钢、邯钢等五大钢轨生产厂均采用“铁水预处理-转炉-LF精炼-RH/VD精炼-连铸”冶炼生产工艺，传统LF精炼造白渣，渣钢充分反应能有效降低钢中S含量，但普遍存在S低MnS超标现象，因此在不降低钢中S含量的情况下，降低MnS尺寸、改善MnS形态具有重要的实际意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种改善重轨钢中A类夹杂物尺寸与分布形态的冶炼工艺，使钢中MnS形成细小、弥散、均匀分布的A类夹杂，抑制大型MnS的形成，在不降低钢中S含量的前提下，大大提高重轨A类夹杂物的合格率，同时利用细小、弥散分布的MnS夹杂物与钢基体交界处空隙，生成“氢陷阱”，抑制氢原子在固态钢中扩散，防止钢轨“氢致开裂”（白点）的产生。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种改善重轨钢中A类夹杂物尺寸与分布形态的冶炼工艺，所述冶炼工艺包括转炉冶炼、RH真空精炼工序，不进行LF精炼处理；所述转炉冶炼工序：采用低拉碳吹炼，控制终点碳≤0.05%，终点温度≥1690℃，出钢过程中加入低铝硅钙钡进行钢水强脱氧，同时进行无铝脱氧合金化，调整钢水成分至目标含量；出钢完成后加入低铝渣洗料进行顶渣改质；同时大气搅拌5min以上后，不进行LF精炼处理，直接进行RH真空处理。
在一个实施方案中，所述冶炼工序，低铝硅钙钡，铝元素质量分数：Al＜1.0%；低铝硅铁，铝元素质量分数：Al＜0.5%；所述低铝渣洗料，三氧化二铝质量分数：Al2O3＜2%。
在一个实施方案中，所述RH真空精炼工序，RH进站测温，钢水温度小于钢种的液相线温度+60℃时，采用加硅吹氧工艺化学升温，控制钢水温度在钢种液相线+（60-80）℃，调整温度合适后进行成分微调。
在一个实施方案中，所述RH精炼工序：当钢水温度、成分合适后， RH真空循环脱气时间≥25min，其中≤100pa的高真空处理时间≥12min；处理中后期不得进行温度、成分调整，处理后静吹8min以上。
在一个实施方案中，所述RH真空精炼出站钢水S含量0.010%-0.015%，Al含量≤0.0010%。
在一个实施方案中，所述转炉冶炼工序，根据吹炼终点氧含量控制情况，加入低铝硅钙钡2.3～4.6kg/t钢，保证炉渣中FeO+MnO含量在1.0%-5.0%；出钢完成后加入低铝渣洗料2.0-3.0kg/t钢，保证炉渣厚度在100-200mm。
在一个实施方案中，所述转炉冶炼工序，低铝硅钙钡中各成分的质量百分含量为：Si：45-60%，Ca：5-15%，Ba：15-25%，Al＜1%，其他杂质＜8%；低铝渣洗料添加量为2.0-3.0kg/t钢，低铝渣洗料中各成分质量百分含量为：CaO：30-50%，SiO2：40-60%，Al2O3＜2%，MgO＜8%，其他杂质＜5%。
在一个实施方案中，所述转炉冶炼工序，低铝渣洗料添加量为2.0-3.0kg/t钢，低铝渣洗料中各成分质量百分含量为：CaO：30-50%，SiO2：40-60%，Al2O3＜2%，MgO＜8%，其他杂质＜5%。
在一个实施方案中，所述冶炼工艺得到的重轨钢成品检验中，钢中A类夹杂评级控制在0.5-1.5，A类夹杂物的合格率≥99.9%。
在一个实施方案中，所述冶炼工艺得到的重轨钢成品检验中，同等钢水S百分含量下，在光镜下相同视野中观察，A类夹杂物数量增加10-40%，最大尺寸减小40-70%。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、本发明通过创新重轨“转炉-RH精炼”冶炼工艺，区别传统重轨“转炉-LF精炼-RH/VD精炼”冶炼工艺，摒弃了LF精炼的渣钢反应，能有效控制钢中Al含量在0.0010%以下，使钢中氧化物粒子作为MnS依附形核析出的核心，增加MnS夹杂物数量，减小MnS夹杂物尺寸，提高MnS夹杂物在钢中分布的均匀度；同时作为依附核心的氧化物粒子为不变形夹杂物，能够阻碍钢轨在加热轧制时MnS夹杂物的变形能力，进一步降低钢中A类夹杂物的长度。2、本发明可在不降低钢中S含量的前提下，将重轨钢A类夹杂物的合格率提高到99.9%以上，重轨钢成品检验中，同等钢水S百分含量下，在光镜下相同视野中观察，A类夹杂物数量增加10-40%，最大尺寸减小40-70%。本发明具有工艺简单、操作性强、效果显著的优点，同时提高了重轨钢内部质量及铁路运输的安全性，不仅为企业带来巨大的经济效益，还可以创造巨大的社会效益。
附图说明
图1是本发明实施例1中钢轨中A类夹杂物检测情况；
图2是本发明实施例2中钢轨中A类夹杂物检测情况；
图3是采用传统冶炼工艺生产钢轨的A类夹杂物检测情况；
图4是采用传统冶炼工艺生产钢轨的A类夹杂物检测情况。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明的技术原理及具体工艺如下：
重轨钢对钢中A类夹杂物要求严格，但产品安全性能又要求钢中含有一定的S含量，以保证钢中有足够的“氢陷阱”，防止钢轨“氢脆”断裂。传统重轨炼钢工艺采用“转炉-LF精炼-RH精炼”或“转炉-LF精炼-VD精炼”等工艺流程，铁水经LF炉白渣精炼，能有效降低钢中硫含量，但经过渣、钢充分反应后，大大增加了钢中Al含量，同时易形成大尺寸MnS夹杂，轧后进一步变形，导致钢中A类夹杂物超标。
本发明一种改善重轨钢中A类夹杂物尺寸与分布形态的冶炼工艺，去除了传统LF白渣精炼工艺，不进行渣钢反应，能有效降低钢中Al含量，使钢中MnS夹杂以氧化物粒子为依附进行析出，能够增加MnS夹杂物数量，减小MnS夹杂物尺寸，提高MnS夹杂物在钢中分布的均匀度；同时作为依附核心的氧化物粒子为不变形夹杂物，能够阻碍钢轨在加热轧制过程中MnS夹杂物的变形能力，降低MnS夹杂物长度。在提高A类夹杂物的合格率的同时，又能形成足够、细小、弥散分布的“氢陷阱”，保证钢轨的内部质量与运行安全。
本发明一种改善重轨钢中A类夹杂物尺寸与分布形态的冶炼工艺包括转炉冶炼、RH真空精炼，不进行LF精炼处理，各工序工艺如下所述：（1）转炉冶炼工序：采用低拉碳吹炼，控制终点碳≤0.05%，终点温度≥1690℃；转炉正常吹炼后，因为重轨钢对Al含量有严格要求，为进一步控制钢水中氧含量与夹杂物含量，出钢加入2.3～4.6kg/t钢的低铝硅钙钡（Al＜1.0%）进行钢水强脱氧，保证炉渣中FeO+MnO含量在1.0%-5.0%，同时采用低铝硅铁（Al＜0.5%）、Si-Mn合金进行传统的无铝脱氧合金化，出钢完成后加入低铝渣洗料2.0～3.0kg/t钢，进行顶渣改质，保证炉渣厚度在100-200mm，炉后大气搅拌5min及以上。（2）RH真空精炼工序：转炉钢水出站后，直接进行RH真空处理，进站测温，若钢水温度偏低（小于钢种的液相线温度+60℃），采用加硅吹氧工艺化学升温，进行温度补偿，控制钢水温度在钢中液相线+（60-80）℃，保证连铸钢水浇铸温度合适，在处理前期完成成分微调。RH精炼要求真空循环脱气时间≥25min，其中高真空（≤100pa）处理时间≥12min，处理完成后静吹8min以上，进一步提高钢水纯净度，RH真空精炼出站钢水S含量0.010%-0.015%，Al含量≤0.0010%。
本发明冶炼工艺适合所有重轨钢尤其适用于重载铁路用钢轨。上述生产过程中，所得重轨钢S含量能控制在0.010%-0.015%，钢中A类夹杂评级控制在0.5-1.5。
实施例1-10的改善重轨钢中A类夹杂物尺寸与分布形态的冶炼工艺均采用130t转炉冶炼，280*380mm矩形坯连铸生产，具体工艺如下所述：
（1）所要冶炼的重轨钢牌号为U75V，实施例1-10的冶炼工艺参数见表1。
表1：实施例1-10转炉冶炼及RH精炼工艺参数
（2）实施例1-10经冶炼工艺处理后，得到连铸钢水成分的百分含量见表2，由表2可见，钢中S含量达到了0.010%以上，保证钢中存在足够的“氢陷阱”。
表2：实施例1-10的处理后的成分质量百分含量（wt%）
表2中，余量为Fe和不可避免的杂质。
（3）实施例1-10所得钢轨的非金属夹杂检测均合格；各实施例的钢轨的非金属夹杂物检测情况见表3。
表3：实施例1-10钢轨中非金属夹杂物的检测结果
结合表3以及图1、2可知：采用本发明冶炼工艺生成的实施例1、2钢轨中A类尺寸小，完全满足铁路用钢轨对非金属夹杂物的要求；同时数量多，形成足够细小、弥散分布的“氢陷阱”，防止“氢脆断轨”，保证钢轨内部质量与铁路运输安全。其余实施例效果相同省略附图。
由图3、4可知：采用传统工艺生成钢轨中A类夹杂物尺寸较大，易导致A类夹杂物超标，同时“氢陷阱”过大，为铁路安全运行埋下隐患。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种改善重轨钢中A类夹杂物尺寸与分布形态的冶炼工艺，其特征在于：所述冶炼工艺包括转炉冶炼、RH真空精炼工序，不进行LF精炼处理；
所述转炉冶炼工序：采用低拉碳吹炼，控制终点碳≤0.05%，终点温度≥1690℃，出钢过程中加入低铝硅钙钡进行钢水强脱氧，同时进行无铝脱氧合金化，调整钢水成分至目标含量；出钢完成后加入低铝渣洗料进行顶渣改质；同时大气搅拌5min以上后，不进行LF精炼处理，直接进行RH真空处理。
2.根据权利要求1所述的一种改善重轨钢中A类夹杂物尺寸与分布形态的冶炼工艺，其特征在于：所述转炉冶炼工序，低铝硅钙钡，铝元素质量分数：Al＜1.0%；低铝硅铁，铝元素质量分数：Al＜0.5%；所述低铝渣洗料，三氧化二铝质量分数：Al2O3＜2%。
3.根据权利要求1所述的一种改善重轨钢中A类夹杂物尺寸与分布形态的冶炼工艺，其特征在于：所述RH真空精炼工序，RH进站测温，钢水温度小于钢种的液相线温度+60℃时，采用加硅吹氧工艺化学升温，控制钢水温度在钢种液相线+（60-80）℃，调整温度合适后进行成分微调。
4.根据权利要求1所述的一种改善重轨钢中A类夹杂物尺寸与分布形态的冶炼工艺，其特征在于：所述RH精炼工序：当钢水温度、成分合适后， RH真空循环脱气时间≥25min，其中≤100pa的高真空处理时间≥12min；处理中后期不得进行温度、成分调整，处理后静吹8min以上。
5.根据权利要求1所述的一种改善重轨钢中A类夹杂物尺寸与分布形态的冶炼工艺，其特征在于：所述RH真空精炼出站钢水S含量0.010%-0.015%，Al含量≤0.0010%。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种改善重轨钢中A类夹杂物尺寸与分布形态的冶炼工艺，其特征在于：所述转炉冶炼工序，加入低铝硅钙钡2.3～4.6kg/t钢；出钢完成后加入低铝渣洗料2.0-3.0kg/t钢。
7.根据权利要求1-5任意一项所述的一种改善重轨钢中A类夹杂物尺寸与分布形态的冶炼工艺，其特征在于：所述转炉冶炼工序，低铝硅钙钡中各成分的质量百分含量为：Si：45-60%，Ca：5-15%，Ba：15-25%，Al＜1%，其他杂质＜8%；低铝渣洗料添加量为2.0-3.0kg/t钢，低铝渣洗料中各成分质量百分含量为：CaO：30-50%，SiO2：40-60%，Al2O3＜2%，MgO＜8%，其他杂质＜5%。
8.根据权利要求1-5任意一项所述的一种改善重轨钢中A类夹杂物尺寸与分布形态的冶炼工艺，其特征在于：所述转炉冶炼工序，低铝渣洗料添加量为2.0-3.0kg/t钢，低铝渣洗料中各成分质量百分含量为：CaO：30-50%，SiO2：40-60%，Al2O3＜2%，MgO＜8%，其他杂质＜5%。
9.根据权利要求1-5任意一项所述的一种改善重轨钢中A类夹杂物尺寸与分布形态的冶炼工艺，其特征在于：所述冶炼工艺得到的重轨钢成品检验中，钢中A类夹杂评级控制在0.5-1.5，A类夹杂物的合格率≥99.9%。
10.根据权利要求1-5任意一项所述的一种改善重轨钢中A类夹杂物尺寸与分布形态的冶炼工艺，其特征在于：所述冶炼工艺得到的重轨钢成品检验中，同等钢水S百分含量下，在光镜下相同视野中观察，A类夹杂物数量增加10-40%，最大尺寸减小40-70%。
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