賈長(zhǎng)江，宋德晶，孫寶金，隋 臣

（齊齊哈爾軌道交通裝備有限責(zé)任公司熱工藝部，黑龍江 齊齊哈爾 161002）

隨著鐵路貨車(chē)提速重載技術(shù)的迅速發(fā)展，國(guó)內(nèi)運(yùn)行時(shí)速提高到120km/h，運(yùn)用轉(zhuǎn)向架達(dá)到25t軸重、27t軸重和30t軸重，載重量由60t提高到70t～100t，列裝由3000t-5000t提高到1萬(wàn)t-2萬(wàn)t。我國(guó)至今已為國(guó)際礦石出口商澳大利亞力拓公司、BHP公司、FMG公司和巴西淡水河谷公司生產(chǎn)了近10000輛礦石車(chē)。最大的礦石車(chē)編組為240輛/列，總牽引重量為3.84萬(wàn)t，為大秦線(xiàn)總牽引重量的1.7倍，其運(yùn)用轉(zhuǎn)向架已經(jīng)達(dá)到了35t軸重、37t軸重和40t軸重，可見(jiàn)其運(yùn)行工況非常惡劣。

重載、快捷貨車(chē)的關(guān)鍵、核心部件大多為鑄鋼產(chǎn)品（如搖枕、側(cè)架、車(chē)鉤等）。隨著鐵路貨車(chē)提速重載技術(shù)的深入發(fā)展，對(duì)鐵路鑄鋼產(chǎn)品的質(zhì)量、性能提出了更高的要求。如搖枕、側(cè)架、車(chē)鉤技術(shù)條件對(duì)鋼中[O]含量和夾雜物進(jìn)行了嚴(yán)格規(guī)定。通過(guò)精煉技術(shù)提高鑄鋼件質(zhì)量是鐵路鑄鋼件生產(chǎn)發(fā)展的必然趨勢(shì)，偏心底出鋼電弧爐的留鋼留渣操作，可實(shí)現(xiàn)無(wú)渣出鋼，鋼流短且呈直線(xiàn)狀，為精煉爐提供優(yōu)質(zhì)鋼液。LF爐精煉具有精確控制鋼水成分和澆注溫度，降低鋼中[O]、[N]、[P]、[S]含量，降低鋼中夾雜物含量和改變夾雜物形態(tài)等功能，而且設(shè)備簡(jiǎn)單，投資費(fèi)用低，操作靈活被廣泛應(yīng)用。

國(guó)內(nèi)一家公司于2012年7月投產(chǎn)30t偏心底出鋼電弧爐-30tLF鋼包精煉爐，此套裝備是目前世界上用于鐵路鑄鋼件生產(chǎn)的噸位最大的現(xiàn)代化冶煉和精煉裝備。經(jīng)過(guò)半年的試驗(yàn)和改進(jìn)，生產(chǎn)流程日趨穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)步提高。主要生產(chǎn)鐵路低合金鑄鋼件，如搖枕、側(cè)架等，鋼種為DB鋼（低溫B級(jí)鋼）、B級(jí)鋼（ZG25MnNi）、B+級(jí)鋼（ZG25Mn-CrNi）、C級(jí)鋼（ZG25MnCrNiMo）等。

1 工藝流程及主要設(shè)備參數(shù)

冶煉工序主要工藝流程為：EBT電弧爐初煉（降碳、去磷、去氣）——出鋼（控渣、初調(diào)成分）——LF爐精煉（升溫、造渣脫硫、成分微調(diào)）——喂線(xiàn)（軟吹）——熱裝塞桿——引流澆注。EBT電弧爐及鋼包爐（LF）的主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1.

表1 EBT 電弧爐及鋼包爐（LF）的主要技術(shù)參數(shù)

2 主要工藝要點(diǎn)

2.1 EBT 電弧爐初煉工藝

熔氧期的主要任務(wù)是采用熔氧結(jié)合的方式，合理供電，及時(shí)吹氧助熔，盡快使固體爐料熔化成為均勻的鋼液；利用熔氧前期溫度不高對(duì)去磷的有利條件，及時(shí)造渣及流渣，使磷低于成品規(guī)格的一半以下；控制好脫碳速度，保證熔池均勻激烈的沸騰，去除鋼中的氣體和非金屬夾雜物，使熔氧末期鋼液的成分和溫度達(dá)到出鋼工藝要求。

采用留鋼留渣操作，留鋼量10%～15%。生鐵配碳，熔清碳0.50%以上，三次裝料法，石灰隨廢鋼加入料罐。留鋼留渣操作在通電后即可吹氧，利用熔化前期溫度不高對(duì)去磷的有利條件，調(diào)整好爐渣的堿度、氧化性、流動(dòng)性和渣量，去除鋼中50%～70%的磷。熔化后期及時(shí)推料，以加速熔化，去磷操作應(yīng)在熔化期完成，保證爐渣的堿度和氧化性，及時(shí)補(bǔ)加石灰和吹氧操作。及時(shí)放掉高磷爐渣，以免后期發(fā)生返磷。最后一次加料前根據(jù)前期流渣情況部分放渣，一般為渣量的10%～30%。全熔后取熔清樣，如磷高則進(jìn)行換渣操作，低功率供電。在磷能達(dá)到要求的情況下，熔氧后期以吹氧升溫為主，保證熔池均勻而活躍的沸騰，促進(jìn)氣體和夾雜物的去除。根據(jù)不同的吹氧目的采用不同的吹氧操作，化渣操作在渣面或渣層中吹氧；脫碳操作吹氧管與鋼液面成20°～30°角，插入鋼水深200mm左右，沿水平方向徐徐移動(dòng)；脫磷操作在鋼渣界面吹氧，增加反應(yīng)界面，促進(jìn)鋼渣反應(yīng)。整個(gè)熔化、氧化過(guò)程渣量要達(dá)到3%～4%，前期渣量偏大，后期偏小，堿度達(dá)到2～3.在熔氧后期操作中應(yīng)做到：在氧化順序上，先磷后碳；在溫度控制上，先慢后快；在造渣上，先大渣量去磷，后薄渣脫碳。

2.2 EBT 電弧爐出鋼

2.2.1 成分要求

1）出鋼前碳含量，考慮后期加入合金，造渣材料、電極及包襯所帶入的碳后不大于規(guī)格要求。

2）熔氧期加入鎳、鉬等合金的，其成分小于成品要求。

3）出鋼前磷含量，加入合金所帶入的磷加上回磷0.002%～0.003%后不大于規(guī)格要求，具體磷含量要求見(jiàn)表2.

表2 出鋼前磷含量要求（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

2.2.2 出鋼溫度要求見(jiàn)表3.

表3 出鋼溫度要求

2.2.3 出鋼工藝

鋼包烘烤溫度超過(guò)800℃，包襯呈亮紅色。出鋼前60s內(nèi)精煉包開(kāi)始吹氬，保證透氣正常，若不透氣，不允許出鋼，必須換包處理。出鋼時(shí)，爐體向出鋼方向傾4°～6°，形成足夠的鋼水靜壓力，打開(kāi)出鋼口底板，放掉出鋼口填料，鋼水自動(dòng)流出，如燒結(jié)層較厚，鋼水流不出來(lái)，要用氧氣燒開(kāi)。爐體傾動(dòng)速度合適，保證出鋼口上面的鋼水深度基本不變，爐體的傾動(dòng)角度要與裝入量和出鋼的噸位密切配合，出鋼箱內(nèi)的鋼水液位不能過(guò)高，防止鋼水從EBT填料孔溢出或者燒壞水冷盤(pán)。但鋼水液位也不能太低，否則出鋼時(shí)的渦流現(xiàn)象卷渣進(jìn)入鋼包。出鋼時(shí)隨鋼流加入鋁餅或鋁塊0.7kg/t～1.1kg/t，合金在出鋼1/4左右時(shí)按規(guī)格下限加入，同時(shí)加入精煉渣5kg/t～8kg/t，石灰3kg/t～5kg/t.嚴(yán)格控制出鋼量，當(dāng)電子顯示屏顯示出鋼量達(dá)到計(jì)劃出鋼量的95%時(shí)，迅速將爐搖到出渣方向5°位置。出鋼過(guò)程中重點(diǎn)控制不能下渣，如果下渣，根據(jù)下渣多少加10kg～15kg碳化硅進(jìn)行脫氧。

2.3 LF 鋼包爐精煉

鋼包爐精煉的主要任務(wù)是使鋼液脫氧，盡可能地降低鋼液中溶解的氧和氧化物夾雜；將鋼中的硫去除到小于鋼種規(guī)格要求；調(diào)整鋼液的合金成分，保證成品鋼中所有元素的含量都符合標(biāo)準(zhǔn)的要求；全程吹氬，促進(jìn)鋼中非金屬夾雜物上浮；調(diào)整鋼液溫度，確保精煉正常進(jìn)行并有良好的澆注溫度。

鋼包到位后，降下?tīng)t蓋，補(bǔ)加石灰、螢石并以中低功率供電，化渣階段中等強(qiáng)度供氬，以加速化渣并促進(jìn)鋼渣反應(yīng)。精煉過(guò)程中，總渣量保持在當(dāng)爐鋼水量的1.5%～2.5%，渣中的主要化學(xué)成分見(jiàn)表4.

表4 精煉渣（變?cè)螅┑闹饕瘜W(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

化渣結(jié)束后加入碳化硅粉（或硅鐵粉+碳粉）脫氧造渣，爐渣轉(zhuǎn)白后高強(qiáng)度供氬4min～6min，促進(jìn)鋼渣界面反應(yīng)，促進(jìn)脫氧、脫硫反應(yīng)進(jìn)行。溫度達(dá)到1550℃，取樣分析鋼液化學(xué)成分。根據(jù)分析結(jié)果調(diào)整化學(xué)成分，確定合金加入量。增碳時(shí)要抬起電極，高強(qiáng)度供氬，將增碳劑加入氬氣翻騰處，使成分均勻，碳收得率穩(wěn)定。調(diào)整成分合金加入后，在爐內(nèi)還原氣氛下高強(qiáng)度供氬5min以上，測(cè)溫，取第二個(gè)還原樣分析，選擇合適的電壓檔位，使鋼水達(dá)到工藝要求的溫度。根據(jù)第二個(gè)還原樣分析結(jié)果確定是否再進(jìn)行成分調(diào)整。測(cè)溫取樣時(shí)，停電并調(diào)低氬氣壓力，取樣部位為鋼包中心，深度在鋼液面以下300mm～500mm處。合金加入量計(jì)算公式：合金加入量（kg）=（目標(biāo)成分%-終點(diǎn)殘余成分%）×鋼水量（kg）/（合金元素含量%×元素收得率%），元素收得率見(jiàn)表5.

表5 常用合金元素收得率（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

2.4 喂線(xiàn)

吹氬壓力0.15MPa～0.25MPa，根據(jù)透氣磚情況適當(dāng)調(diào)節(jié)，吹氬攪拌強(qiáng)度控制鋼液面微露即可，禁止大面積裸露。鋁線(xiàn)鋁含量≥99%，鋁線(xiàn)直徑9.5mm.喂線(xiàn)速度80m/min～150m/min，保證鋁線(xiàn)穿入鋼水內(nèi)，避免飄浮在表面燒損。喂入量0.5kg/t～0.7kg/t（成品要求鋁含量：0.02%～0.06%），喂線(xiàn)結(jié)束后，軟吹氬3min以上。

2.5 熱裝塞桿

精煉爐熱裝塞桿多箱澆注技術(shù)的成功應(yīng)用，解決了實(shí)施電弧爐+精煉爐雙聯(lián)工藝流程進(jìn)行多箱鑄件澆注的工藝難題。先進(jìn)行塞桿冷裝，冷裝結(jié)束后用塞桿吊將塞桿吊出放入塞桿窯中進(jìn)行烘烤，溫度150℃～240℃，加熱時(shí)間1h以上。

鋼包到達(dá)熱裝塞桿工位以后，對(duì)橫臂與鋼包升降機(jī)構(gòu)連接部位進(jìn)行清理、吹掃，保證接觸良好，接觸面無(wú)灰塵雜物、無(wú)殘鋼殘?jiān)?。操作者啟?dòng)塞桿吊，將加熱后的塞桿吊到盛滿(mǎn)鋼水的精煉包上部。將塞桿壓入鋼液內(nèi)，橫臂定位銷(xiāo)子插入連接架銷(xiāo)孔中，將鎖緊銷(xiāo)子插入定位銷(xiāo)孔打緊，并用力緊固頂緊螺栓，使塞桿裝置中橫臂及塞桿與連接件連接緊密、牢固。旋轉(zhuǎn)塞桿吊手輪將塞桿吊與塞桿及橫臂松開(kāi)，將塞桿吊旋開(kāi)，熱裝塞桿結(jié)束，操作過(guò)程如圖1所示。

圖1 熱裝塞桿過(guò)程

2.6 開(kāi)澆引流

熱裝塞桿結(jié)束后，精煉包吊到引流場(chǎng)地，打開(kāi)澆注口底塞，放掉引流砂，鋼水就會(huì)自動(dòng)流出。如果燒結(jié)層較厚，要用鐵鉤引流或燒氧處理。放掉300kg～500kg鋼水預(yù)熱鑄口，關(guān)閉后到澆注區(qū)進(jìn)行澆注。

3 生產(chǎn)實(shí)踐

半年多的生產(chǎn)實(shí)踐，留鋼留渣操作，熔氧結(jié)合操作，偏心底電弧爐冶煉時(shí)間控制在90min～150min.LF爐精煉時(shí)間控制在40min～50min，成分、溫度、[P]、[S]、[O]、[N]、夾雜物均控制在較好的水平。

3.1 溫度控制

LF爐的加熱工位通過(guò)合理調(diào)整電流電壓和供電時(shí)間，調(diào)整吹氬強(qiáng)度可使鋼水的溫度得到有效控制，溫度范圍可控制在±3℃。LF精煉時(shí)間45min左右，精煉包工作層耐火材料與鋼水達(dá)到熱平衡，澆注過(guò)程的溫降較小，約為1℃/min。精煉過(guò)程全程吹氬，鋼水溫度特別均勻。工藝要求的澆注溫度1580℃以下，隨機(jī)抽取2012年11月份8爐鑄鋼件澆注情況如表6.

表6 澆注情況統(tǒng)計(jì)表

3.2 成分控制

初煉爐留鋼留渣操作，熔氧結(jié)合工藝，造高堿度、高氧化性、流動(dòng)性良好的氧化渣，在熔氧前期溫度較低的情況下對(duì)脫磷十分有利，熔氧后期流渣操作，放掉高磷爐渣造新渣，出鋼前可控制在較低水平。留鋼操作，出鋼過(guò)程不下渣，減少了后期還原的回磷，磷含量可控制在0.015%以下。

出鋼過(guò)程隨鋼流加入低熔點(diǎn)合成渣，利用鋼渣混沖擴(kuò)大脫硫反應(yīng)界面，可去除鋼中30%～50%的硫，LF精煉過(guò)程中造高堿度、低氧化性、流動(dòng)性良好的爐渣，在較高溫度下利用氬氣的攪拌，硫可控制在0.010%以下甚至更低。

其他化學(xué)成分在出鋼時(shí)粗合金化過(guò)程中達(dá)到鋼種規(guī)格下限，在精煉爐中微調(diào)到中限，補(bǔ)加合金的準(zhǔn)確稱(chēng)量和氬氣的充分?jǐn)嚢瑁鸩綄⒊煞终{(diào)到理想數(shù)值。脫氧、脫硫、合金化完成后，喂鋁線(xiàn)終脫氧并調(diào)整鋁含量，鋁含量可控制在較小范圍內(nèi)。隨機(jī)抽取2012年11月份生產(chǎn)的DB鋼化學(xué)成分如表7.

表7 DB 鋼化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

3.3 [O]、[N]和夾雜物控制

熔氧期脫碳量在0.30%以上，脫碳速度控制在0.01%/min～0.03%/min，保證熔池均勻活躍的沸騰，去除鋼液氣體（氫和氮）及夾雜物，以達(dá)到清潔鋼液的目的。鋼水中碳氧反應(yīng)生成CO氣泡，并在鋼液中上浮。這些CO氣泡對(duì)于熔解在鋼中的[H]、[N]就是一個(gè)真空室，鋼中的氫和氮將不斷向CO氣泡擴(kuò)散，隨氣泡上浮而帶出熔池。同時(shí)懸浮在鋼液中的SiO2、TiO2、Al2O3等細(xì)小固體夾雜物，在氧化性的鋼液中易形成FeO·SiO2、FeO·TiO2和FeO·Al2O3等低熔點(diǎn)大顆粒夾雜物，在沸騰的鋼液中夾雜物容易相互碰撞形成更大的夾雜物，并上浮到渣中被爐渣吸收。CO氣泡在上浮過(guò)程中，其表面也會(huì)粘附一些氧化物夾雜，在鋼液沸騰時(shí)去除。

LF爐操作過(guò)程中鋼液會(huì)吸氮。在精煉溫度下，鋼液中的氮遠(yuǎn)未達(dá)到平衡，只要鋼液與大氣接觸就會(huì)吸氮，因此合理控制精煉時(shí)間，控制吹氬強(qiáng)度和高強(qiáng)度供氬時(shí)間，減少鋼液裸露時(shí)間非常重要。全程吹氬有利于脫氧產(chǎn)物的上浮去除，氬氣泡的攪拌類(lèi)似于熔氧期CO氣泡的攪拌環(huán)境。鋼水弱攪拌凈化處理技術(shù)是通過(guò)弱的氬氣攪拌促使夾雜物上浮，它對(duì)提高鋼水質(zhì)量起到關(guān)鍵作用。由于鋼包熔池深，鋼液循環(huán)帶入包底的夾雜和卷入鋼液的渣需要一定時(shí)間和動(dòng)力促使上浮。弱攪拌不會(huì)導(dǎo)致卷渣，吹入的氬氣泡可為10μm或更小的不易排出的夾雜顆粒粘附在氣泡表面，隨著氣泡的上浮而排入渣中。弱攪拌時(shí)間為3min～5min，夾雜物總量可降低50%左右。隨機(jī)抽取2012年11月份生產(chǎn)的鑄鋼件[O]、[N]及夾雜物如表8.

表8 [O]、[N]及夾雜物含量

4 結(jié) 語(yǔ)

1）EBT初煉+LF精煉工藝生產(chǎn)鐵路鑄鋼件成分得到較精確控制，磷可控制在0.015%以下，硫可控制在0.010以下。

2）[O]可控制在50×10-6以下，[N]可控制在80×10-6以下，夾雜物數(shù)量、尺寸和形狀得到有效控制。

3）澆注開(kāi)始溫度控制在（1575±3）℃范圍內(nèi)，鋼水可澆性好。

4）EBT初煉+LF精煉工藝生產(chǎn)的鐵路鑄鋼件能夠滿(mǎn)足鐵路貨車(chē)提速重載的發(fā)展要求。

[1]高澤平.煉鋼工藝學(xué)[M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2006.

[2]俞海明.現(xiàn)代電爐煉鋼操作[M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2009.

[3]王新江.現(xiàn)代電爐煉鋼生產(chǎn)技術(shù)手冊(cè)[M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2009.

[4]高澤平.爐外精煉教程[M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2011.

[5]徐強(qiáng)，孫寶金，出口鐵路貨車(chē)側(cè)架工世分析[J］.鑄造設(shè)備與工藝，2012（1）：21-24.

[6]黃劍，汪德偉.50 tLF 爐精煉工藝實(shí)踐[J］.冶金標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量，2010（2）：47-55.