H08A鋼水質(zhì)量控制

H08A碳素焊條鋼閆紹維，劉景元，劉作金（河北唐銀鋼鐵有限公司，技術(shù)部）摘要：H08A碳素焊條鋼在生產(chǎn)過程中鋼水脫氧程度、成分控制對(duì)鑄坯質(zhì)量起到了重要作用，在理論分析和生產(chǎn)實(shí)踐的基礎(chǔ)上總結(jié)了合理的鋼水質(zhì)量控制要點(diǎn)。關(guān)鍵詞：鋼水質(zhì)量焊條鋼H08A脫氧QualityControlofMoltenSteelforH08ACarbonWeldElectrodeSteelYanShaowei,LiuJingyuan,LiuZuojin(TechnicalDepartment,HebeiTangyinIron&SteelCo.,Ltd)Abstract:DeoxidatedegreeandcompositioncontrolofcontinuouscastingbilletmakeanimportanteffectforH08Acarbonweldelectrodesteel,thispapergeneralizedthekeyfactorofappropriatequalitycontrolofmoltensteelinbaseofproductivepracticeandtheoryanalysis.Keyword:QualityofMoltenSteel,WeldElectrodeSteel,H08A,Deoxidation.0.前言H08A碳素焊條鋼主要用于制作電焊條鋼芯，必須具有低電焊耗電、高熔敷效率及優(yōu)良的熔敷金屬性能，為避免鋼中[Si]高造成焊接飛濺大、影響焊縫的沖擊韌性的缺點(diǎn)，H08A碳素焊條鋼一般采用鋁進(jìn)行脫氧。但是使用鋁作為脫氧劑，造成鋼的冶煉難度增加，由于小方坯連鑄對(duì)鋼水質(zhì)量要求較嚴(yán)格，鋁加入量過大，盡管脫氧完全，但鋼中大量的[Al]s容易在澆注過程發(fā)生二次氧化，產(chǎn)生大量的Al2O3夾雜，導(dǎo)致澆注過程水口堵塞；鋁加入量過小，又容易造成鋼中a[O]偏高，使鑄坯產(chǎn)生皮下氣泡，因此，制定合理的鋼水質(zhì)量控制制度是提高H08A綜合合格率的唐銀鋼鐵公司自開發(fā)H08A碳素焊條鋼以來，采用了轉(zhuǎn)爐—吹氬站—連鑄保護(hù)澆注工藝路線進(jìn)行生產(chǎn)，通過不斷改進(jìn)和優(yōu)化,確定了H08A碳素焊條鋼生產(chǎn)工藝,鋼水質(zhì)量、鑄坯氣泡缺陷等問題都得到有效解決，確保了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定成分標(biāo)準(zhǔn)及工藝條件唐銀公司現(xiàn)有120t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐2座，LF鋼包精煉爐1座，8機(jī)8流連鑄機(jī)2臺(tái)。H08A表1唐銀公司H08A內(nèi)控元素CMnSiS、PCr、CuNi含量/%≤鐵水罐120t復(fù)吹轉(zhuǎn)爐吹氬站方坯保護(hù)澆注鐵水罐120t復(fù)吹轉(zhuǎn)爐吹氬站方坯保護(hù)澆注表2連鑄機(jī)主要工藝參數(shù)機(jī)型半徑/m冶金長(zhǎng)度/m斷面/mm2拉速范圍/m/min冷卻方式8機(jī)8流全弧形連續(xù)矯直R830165×165全水冷卻原料要求由于H08A鋼中[C]、[S]、[P]含量較普碳鋼低，現(xiàn)場(chǎng)采用精煉站吹氬調(diào)整合金成分和鋼中[O]含量、無升溫措施的工藝路線，因此升溫、去除[S]、[P]的任務(wù)較重，為保證合適的溫度、終點(diǎn)成分及生產(chǎn)節(jié)奏要求，入爐原料采用精料方針，要求鐵水[S]≤％，[P]≤％，溫度≥1250℃，入爐溫度控制H08A液相線溫度為1525-1530℃，保持適當(dāng)?shù)匿撍^熱度，是保證生產(chǎn)順行和鑄坯質(zhì)量的必要條件，將中包溫度控制在1555-1570℃，過熱度保持在30-40℃，可以有效地避免因過熱度太高造成結(jié)晶過程中鋼坯內(nèi)柱狀晶發(fā)達(dá)而出現(xiàn)的搭橋現(xiàn)象，同時(shí)使連鑄機(jī)保持合理的拉速，保證生產(chǎn)穩(wěn)定。降低出鋼溫度、采用低溫澆圖2H08A出鋼溫度分布/℃H08A出鋼溫度分布如圖2，在納入統(tǒng)計(jì)的2個(gè)澆次共29爐中，轉(zhuǎn)爐出鋼溫度主要分布在1670℃附近，占總爐數(shù)的%，大于1700℃的爐次和小于1660℃的爐次較少，僅有6爐，占總爐數(shù)的%。綜合考慮H08A在出鋼、吹氬、澆注過程的溫降，出鋼溫度控制在1670℃附近，能穩(wěn)定中間包溫度在1550-1560成分控制要確保H08A鑄坯成分合格，就必須考慮生產(chǎn)過程對(duì)鋼中各成分的影響，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中各成分的變化規(guī)律，從而對(duì)轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)、吹氬站、中間包等各階段成分提出合理的控制要求。選取2個(gè)澆次共34爐做為統(tǒng)計(jì)樣本，其成分變化情況如表3和圖3所示。表3各工藝階段鋼水平均成分工藝階段C/%Si/%Mn/%P/%S/%終點(diǎn)0進(jìn)氬站出氬站中間包鑄坯圖3鋼中各元素含量在生產(chǎn)過程中的變化由圖3a)可以看出,H08A在生產(chǎn)過程中存在增[C]現(xiàn)象明顯，由冶煉終點(diǎn)至鑄坯平均過程增[C]達(dá)到%，造成增[C]的主要因素為合金料帶入，同時(shí)鋼包、中間包覆蓋劑和結(jié)晶器保護(hù)渣也造成了[Si]含量在H08A出鋼合金化至澆注過程中呈總體下降趨勢(shì)，這是由于[Si]的燒損造成的。其中，在吹氬站進(jìn)行吹氬、脫氧、調(diào)整成分和溫度的過程中，由于加入了鋁錳合金脫氧，造成出吹氬站時(shí)[Si]含量上升，但在澆注過程中高速注流形成的低壓吸氣造成二次氧化，即使采用全程保護(hù)澆注，也僅能減輕鋼水二次氧化程度，[Si]仍然會(huì)有少量燒損，另外鋼水進(jìn)入結(jié)晶器后，在凝固過程中由于枝晶間[O]的富集，也會(huì)使一部分[Si]氧化成SiO2。由圖3b)，在生產(chǎn)實(shí)踐中，鋼水從氬站進(jìn)入中間包后平均燒損達(dá)到%，這與保護(hù)澆注效果有較大關(guān)系，而中間包到鑄坯[Si]含量基本穩(wěn)定，凝固過程[O]富集造成的[Si]元素氧化在唐銀公司的生產(chǎn)中并不明顯。由圖3c)，生產(chǎn)過程平均增[P]達(dá)到%，造成增[P]的主要原因是合金料中的磷帶入鋼包造成的。另外，盡管轉(zhuǎn)爐出鋼過程強(qiáng)化了擋渣操作，也難以保證完全杜絕下渣，進(jìn)入鋼包的少量終渣是造成回[P]不可忽視因素，尤其對(duì)于下渣量大的爐次，回[P]現(xiàn)象嚴(yán)重。因此為防止鑄坯內(nèi)[P]含量超標(biāo)，應(yīng)對(duì)轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)[P]嚴(yán)格控制，選用含[P]量低的合金原料，并嚴(yán)格控制下渣鋼中[S]在H08A生產(chǎn)過程變化不明顯，由圖3d)，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)至鑄坯僅變化了%，對(duì)成分控制的影響不大，故可以不考慮鋼中[S]的影響。終點(diǎn)[C]含量控制冶煉過程控制的重點(diǎn)在于控制終點(diǎn)[C]含量，由于采用鋁脫氧，在終脫氧合金化過程中，如過脫[O]，會(huì)造成鋼水可澆性變差。因此，[O]含量不宜控制過低，而如果[C]含量過高，會(huì)導(dǎo)致鋼中[C]、[O]積大，隨鑄坯凝固過程，[C]、[O]偏析并富集，易造成鑄坯皮下產(chǎn)生CO氣泡，因此，高拉碳工藝不適合H08A碳素焊條鋼的生產(chǎn)。生產(chǎn)實(shí)踐證明，當(dāng)終點(diǎn)[C]≤%時(shí)，能有效地降低對(duì)鋼水脫氧的要求，最好控制終點(diǎn)[C]=%%，這樣可以滿足鋼中[O]控制在35-40×10-6范圍時(shí)，鑄坯不出現(xiàn)氣泡缺陷，同時(shí)滿足鋼水可澆性要求。圖4終點(diǎn)碳含量分布鋼中[Si]含量控制[Si]在鋼中既是合金元素，又是脫氧元素，保持適當(dāng)?shù)腫Si]含量，能抑制凝固過程中[C]-[O]反應(yīng)的發(fā)生，避免鑄坯產(chǎn)生氣泡缺陷。理論計(jì)算證明,當(dāng)[Si]含量為%%時(shí)，鋼水凝固時(shí)，[Si]含量對(duì)樹枝晶間濃縮相中[O]的降低有明顯影響，H08A試驗(yàn)階段的生產(chǎn)實(shí)踐證明，當(dāng)[Si]含量<%時(shí)，鑄坯中容易出現(xiàn)氣泡，因此，在H08A冶煉中[Si]含量的控制相當(dāng)關(guān)鍵。為滿足產(chǎn)品在后道工序具有合格的拉拔性能和焊接性能，同時(shí)兼顧鑄坯氣泡產(chǎn)生幾率，鑄坯內(nèi)[Si]含量控制在%以上。終點(diǎn)[P]含量控制轉(zhuǎn)爐出鋼脫氧合金化過程不可避免地會(huì)造成鋼水增[P]，為保證鑄坯內(nèi)[P]含量在鋼種要求范圍內(nèi)，將終點(diǎn)[P]含量控制在%以下，保證終渣堿度在以上，使終渣的粘稠度保持在合理水平，一方面增加終渣粘稠度有利于渣-鋼界面分離，減少下渣量，另一方面適當(dāng)提高堿度有利于減少脫氧過程和吹氬站調(diào)整成分時(shí)導(dǎo)致的回磷。通過不斷完善操作，并加強(qiáng)擋渣控制，嚴(yán)格降低下渣量，終點(diǎn)[P]含量控制在%以下，保證了鑄坯中[P]含量在長(zhǎng)期生產(chǎn)中能滿足≤％的要求。脫氧程度控制H08A碳素焊條鋼屬于準(zhǔn)沸騰鋼，易形成鑄坯表層皮下氣泡，影響鋼的軋制和深加工，脫氧程度要求控制在很窄范圍內(nèi)。氣泡生成的原理鋼水進(jìn)入結(jié)晶器后，隨著鋼水凝固過程的進(jìn)行，樹枝晶間液相中C、O、N、H等溶質(zhì)元素逐漸富集，當(dāng)C、O富集到一定程度時(shí)，超出C-O平衡值，就會(huì)發(fā)生碳氧反應(yīng)，生成CO氣體，同時(shí)N、H富集到一定程度也會(huì)形成N2、H2氣體，隨著凝固過程的進(jìn)一步進(jìn)行，這些氣體逐步聚集,氣體壓強(qiáng)逐步增大,生成氣體總壓強(qiáng)[1]：Ps=PCO+PN2+PH2阻止氣泡產(chǎn)生的壓強(qiáng)：Pz=Patm+Pj式中：Ps為鋼中生成氣體的總壓強(qiáng)，Pa；PCO為鋼中CO氣體產(chǎn)生的壓強(qiáng)，Pa；PN2為鋼中N2產(chǎn)生的壓強(qiáng)，Pa；PH2為鋼中H2產(chǎn)生的壓強(qiáng)，Pa；Pz為阻止氣泡產(chǎn)生的壓強(qiáng)，Pa；Patm為大氣壓強(qiáng)，Pa；Pj為鋼水靜壓強(qiáng)，Pa。連鑄凝固過程中，如鋼水[O]含量控制偏高，CO氣體隨溫度的降低不斷地析出，受凝固坯殼的影響，最后析出的氣體滯留在鋼中，形成與柱狀晶共同生長(zhǎng)的表層氣泡。如果析出CO氣體的量不大，鑄坯內(nèi)部凝固時(shí)，受鋼水靜壓力增大的影響，阻礙了氣泡在鑄坯內(nèi)部的生成，所以在鋼水[O]含量不過高的情況下，H08A僅在鑄坯表層形成氣泡。脫氧控制脫氧是H08A碳素焊條鋼生產(chǎn)的關(guān)鍵，根據(jù)氣泡生成原理，可圍繞[C]、[O]積為一定值來考慮脫氧量。當(dāng)終點(diǎn)[C]含量較高時(shí)，鋼中[O]含量應(yīng)向中下限控制，[C]與[O]都參與了C-O反應(yīng)，如果兩者濃度高，將造成鑄坯凝固時(shí)產(chǎn)生大量CO氣泡；當(dāng)終點(diǎn)[C]含量較低時(shí)，鋼中[O]含量可向中上限控制，因?yàn)閇C]低時(shí)，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)鋼水[O]含量高，鋼水脫氧任務(wù)重，在無電極加熱的工藝條件下，鋼水處理時(shí)間較短，鋼中大量的脫氧產(chǎn)物無法充分上浮，如再按照正常情況進(jìn)行脫氧，將導(dǎo)致鋼水流動(dòng)性差，容易導(dǎo)致澆注中斷，在生產(chǎn)試驗(yàn)階段，部分爐次澆注中斷就是由上述原因引起的。出氬站后，控制鋼液[O]含量在25-40×10-6范圍。在出鋼前要測(cè)定鋼水[O]含量，并根據(jù)測(cè)定值合理控制脫氧劑加入量，以保證鋼中[O]在進(jìn)氬站之前保持在70-120×10-6的水平，然后在吹氬站進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)整。結(jié)論（1）出鋼溫度控制在1670℃左右、中包溫度控制在1555-（2）終點(diǎn)[C]含量過高，會(huì)導(dǎo)致鋼包內(nèi)[C]、[O]乘積大，容易造成鑄坯內(nèi)產(chǎn)生CO氣泡，高拉碳工藝不適合H08A碳素焊條鋼的生產(chǎn)。當(dāng)終點(diǎn)[C]≤%時(shí)，能有效地降低對(duì)脫氧的要求，保證鋼水可澆性。（3）在H08A冶煉中[Si]含量的控制相當(dāng)關(guān)鍵，與鋼坯發(fā)生皮下氣泡缺陷相對(duì)應(yīng)的[Si]含量應(yīng)存在一臨界值，保持適當(dāng)?shù)腫Si]含量，能抑制凝固過程中[C]-[O]反應(yīng)的發(fā)生，避免鑄坯產(chǎn)生氣泡缺陷。一般鑄坯內(nèi)[Si]含量保證在%以上，