趙科明， 王瑞軍， 張志學(xué)

（河鋼承鋼 棒材事業(yè)部， 河北 承德 067002）

合金是煉鋼工業(yè)生產(chǎn)不可缺少的原料，在煉鋼合金化過程中需添加不同的合金元素滿足鋼種性能要求。調(diào)整鋼水碳含量主要靠添加增碳劑或含碳合金，調(diào)整硅、錳、釩、鉻、鈦含量主要依靠添加相應(yīng)的硅鐵、錳鐵、釩鐵、鉻鐵、鈦鐵等合金，所添加增碳劑或合金均為固態(tài)物料。隨著日益嚴(yán)峻的市場形勢，煉鋼生產(chǎn)成本壓力逐步加重，如何降低產(chǎn)量較高的高強(qiáng)鋼筋生產(chǎn)成本是拓展企業(yè)生存發(fā)展空間的關(guān)鍵問題之一，鑒于某公司的原料特色及產(chǎn)品特點(diǎn)，將降低鋼筋生產(chǎn)成本的突破口放在了煉鋼合金化方式上，打破傳統(tǒng)的出鋼過程中加入鐵合金的合金化方式，研究利用自產(chǎn)含釩鐵水中的有益元素直接進(jìn)行微合金化，以節(jié)省鐵合金及增碳劑消耗，降低生產(chǎn)成本。

1 技術(shù)內(nèi)容

1.1 總體思路

本項(xiàng)目從降低煉鋼生產(chǎn)成本、實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約及充分利用的角度出發(fā)，提供一種利用液態(tài)鐵水中有益元素直接進(jìn)行微合金化的方法，充分利用鐵水中碳、釩、鉻、鈦等有益元素對鋼水進(jìn)行合金化，減少固態(tài)合金料消耗，實(shí)現(xiàn)資源的節(jié)約和充分利用，降低煉鋼生產(chǎn)成本及工序能耗，提升了產(chǎn)品質(zhì)量，形成了經(jīng)濟(jì)、高效、節(jié)能、環(huán)保的合金化應(yīng)用技術(shù)。

1.2 技術(shù)原理

煉鋼合金化主要靠向鋼中添加增碳劑、硅鐵、錳鐵、釩鐵、鉻鐵、鈦鐵等合金來滿足鋼中成份及性能要求，且不同的合金元素對鋼材性能均有不同的作用，因此在煉鋼合金化過程中需添加不同的合金元素滿足鋼種對成分的需要。鐵水內(nèi)除了單質(zhì)鐵外，還含有碳、硅、錳、釩、鉻等多種元素。鐵水中碳處于飽和狀態(tài)，其中的溶解氧、氮等氣體含量較低，雜質(zhì)相對較少，因此具備了直接進(jìn)行煉鋼微合金化作業(yè)的條件。

1.3 生產(chǎn)HRB400E抗震鋼筋的工藝研究

承德地區(qū)有豐富釩鈦磁鐵礦，所生產(chǎn)的鐵水（見表 1）中含有 V、Ti、Cr 等有益元素，因此生產(chǎn)含釩鋼筋時(shí)具有明顯的資源優(yōu)勢。在利用釩合金化的基礎(chǔ)上，開發(fā)了利用含釩鐵水進(jìn)行微合金化生產(chǎn)抗震鋼筋的工藝，利用含釩鐵水有益元素，將含釩鐵水中直接兌入到鋼水中，直接將有益元素C、Mn、V、Cr、Ti等添加到鋼水中，該技術(shù)打破了傳統(tǒng)的使用固態(tài)合金進(jìn)行合金化的工藝模式，降低了固態(tài)合金加入量，實(shí)現(xiàn)了資源的節(jié)約。

表1 鐵水成分 %

在利用含釩鐵水進(jìn)行合金化生產(chǎn)抗震鋼筋過程中，發(fā)現(xiàn)鋼筋性能偏低，對此提出了利用控制鋼種釩氮比來提高鋼筋性能的想法。下頁表2 為釩氮作用下的析出情況，可見，釩氮比是保證釩強(qiáng)化效果的主要手段，另外根據(jù)承鋼自身總結(jié)和實(shí)踐證明的釩合金化方面的相關(guān)知識得出，氮含量在0.005%時(shí)，釩含量最佳為0.020%；釩含量在0.040%時(shí)，氮含量最佳為0.010%，為保證充分發(fā)揮釩氮強(qiáng)化確保成份波動(dòng)不會對強(qiáng)化增量產(chǎn)生影響，故強(qiáng)度釩氮比為4.5最佳。在此基礎(chǔ)上自主研發(fā)了鋼包吹氮工藝，基本原理是：在LF 爐精煉過程中，利用鋼包底吹向鋼液中吹氮，使鋼中處于固溶態(tài)的釩轉(zhuǎn)成生成V（C、N），提高釩的析出強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化作用。

表2 氮的形態(tài)和含量（w(V)=0.055%） %

從表3 看出，利用鐵水合金化生產(chǎn)抗震鋼筋+LF爐鋼包吹氮工藝，在實(shí)現(xiàn)低成本生產(chǎn)抗震鋼筋的基礎(chǔ)上，鋼筋性能得到一定程度的提高，鋼筋抗震性能合格率達(dá)到100%，利用鐵水合金化生產(chǎn)抗震工藝流程為：高爐鐵水→鐵水合金化→LF 爐鋼包吹氮→連鑄。

表3 合金化處理方式及性能對比情況

1.4 鐵水合金化技術(shù)方案

生產(chǎn)HRB400E 鋼筋時(shí)，首選含釩鐵水，出鋼后將含釩鐵水倒入鋼水中，可高效利用鐵水中碳、釩和錳等元素。鐵水倒入量根據(jù)爐中成分、出鋼量與所煉鋼種成分要求進(jìn)行計(jì)算，并利用利用鐵水合金化裝置將計(jì)算除的鐵水量倒入鋼水中。

2 實(shí)施過程及應(yīng)用效果

出鋼后選用含釩鐵水進(jìn)行合金化作業(yè)，100 t 系統(tǒng)過程控制如下：

1）出鋼后取樣分析結(jié)果如表4。

表4 合金化前鋼水成分 %

2）合金化用含釩鐵水成分及溫度如表5。

表5 鐵水成分及溫度

3）兌入鐵水量及兌鐵前后溫度變化如表6。

單次兌鐵 2.61～3.39 t，過程溫降 12～17 ℃，噸鋼兌 0.01 t 鐵水溫降為 3～5 ℃。

4）LF 爐進(jìn)站鋼水成分和成品成分如表7。

表6 兌入鐵水量及溫度變化

表7 合金化后鋼水成分 %

對鐵水合金化前后取樣分析結(jié)果可以看出，按每噸鋼兌入鐵水0.01 t 計(jì)算，鋼水平均增碳0.04%、增釩0.003%、增磷量為0.001%，硅、錳和鉻含量變化為0～0.01%，增硫量為0～0.001%。結(jié)果表明應(yīng)用含釩鐵水合金化，增碳、增釩較穩(wěn)定，收得率達(dá)到97%以上，鐵水中合金元素得到高效利用。

5）鋼筋性能如表8。

表8 鋼筋性能

用鐵水合金化生產(chǎn)的鋼坯，軋制后鋼筋各種性能均符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 經(jīng)濟(jì)和社會效益分析

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

鐵水合金化技術(shù)在HRB400R 上推廣應(yīng)用，能夠有效降低鐵合金及增碳劑消耗，鐵水直接變成鋼水，金屬收得率提高，工序能耗降低，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。采用含釩鐵水高效利用技術(shù)后，創(chuàng)效如表9 所示。

表9 效益分析表

3.2 社會效益

鐵水合金化技術(shù)的應(yīng)用打破傳統(tǒng)的利用鐵合金調(diào)整鋼水成分的合金化模式，將鐵水倒入脫氧后的鋼水中，充分利用鐵水中有益元素實(shí)施合金化，使鐵水直接變成鋼水，含釩鐵水中有益元素直接高效利用，降低了煉鋼工序能耗。鐵水或半鋼中碳元素直接利用，減少了煉鋼工序產(chǎn)生的廢氣，為降低CO2的產(chǎn)生及排放做出了貢獻(xiàn)。

4 結(jié)論

鐵水合金化技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了稀有釩鈦資源的高效、綜合利用，同時(shí)能夠降低貴重合金及料增碳劑消耗，減少煉鋼產(chǎn)生的廢氣、鋼渣等工業(yè)廢物的排放，為鋼鐵企業(yè)開辟了一條資源節(jié)約型、環(huán)境友好型煉鋼合金化工藝，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值，可在整個(gè)鋼鐵行業(yè)內(nèi)推廣。