硅钙钡在生产HRB400E钢中的应用

徐 磊，白澈力格尔

（1.天津冶金集团轧三钢铁有限公司供应部，天津301606；2.天津冶金集团轧三钢铁有限公司炼钢厂，天津301606）

硅钙钡在生产HRB400E钢中的应用

徐 磊1，白澈力格尔2

（1.天津冶金集团轧三钢铁有限公司供应部，天津301606；2.天津冶金集团轧三钢铁有限公司炼钢厂，天津301606）

为提高脱氧效率，降低中包水口堵塞事故，通过在HRB400E钢生产中应用硅钙钡，有效降低了钢水氧活度，投入量为1.9 kg/t时即可满足钢水溶解氧20×10-6～30×10-6的工艺要求。与铝系合金脱氧相比，连铸中包水口堵塞事故率也由原来的9.1%降低到2.3%。经硅钡钙脱氧后的成品棒材力学性能符合HRB400E抗震钢筋国标要求，值得推广应用。

硅钡钙；复合脱氧；氧活度；力学性能

1 引言

硅钙钡合金是钡系合金中高效新型复合合金，是炼钢的脱氧剂、脱硫剂，还兼有脱磷（BaP2、BaP3）作用[1]。钡为碱土金属，从热力学数据可知它的脱氧能力略低于钙而远高于铝，钡的脱硫能力和钙相当。我国拥有丰富的钡资源，含钡合金用于钢液脱氧，可取代铝的用量[2]，节约铝资源。近年来，钡系合金因其优良的冶金效果而得到迅速推广。

当前硅钙钡合金牌号不一，价格迥异，综合考虑产品结构及生产成本，我公司选用河南昱泰冶金材料有限公司生产的新型硅钙钡复合脱氧剂代替铝脱氧，不仅降低了钢水Al2O3夹杂量，提高钢水洁净度，而且水口堵塞情况也明显减少。

2 硅钙钡脱氧基本原理

复合脱氧产物通常是氧化物的共熔体或化合物，其熔点比纯氧化物低，因此复合脱氧时容易生成液态的脱氧产物，可改善去除脱氧产物的条件[3]。

相对于Ca-Si合金，钡的加入能够降低钙的蒸气压，使钙在钢中的溶解度增大，从而提高了钙的脱氧和球化夹杂的能力。因钡在钢液中的溶解度极低（0.004 3%），只在初期生成极少量的BaO，钡原子半径大，生成的脱氧产物半径也大，与其他脱氧产物的碰撞、长大形成复合脱氧产物的几率较高。夹杂物上浮一般符合斯托克斯定律[4]，上浮速度与夹杂物半径的平方成正比，因而钡系合金的脱氧产物上浮速度快，冶炼终点的夹杂物数量必然减少。

硅钙钡合金对夹杂物的变性改质作用，颜根发等人认为含钡的脱氧产物与SiO2碰撞结合成BaO·SiO2，熔点为1 604 ℃；含钡硅酸盐又进一步与钢液中的CaO·SiO2结合生成低熔点的三元共晶物2CaO·BaO·3SiO2，熔点仅为1 320 ℃，在钢水温度下呈液态。相关反应式如下：

我公司选用的硅钡钙成分见表1。

表1 硅钙钡合金主要成分/%

3 硅钙钡在生产中的应用

我公司以生产棒材、线材为主，以带肋钢筋HRB400E生产为例，工艺流程为：120 t转炉→挡渣出钢→脱氧合金化→吹氩→连铸→棒材厂。出钢前硅钡钙一次加入包底，随钢流的混冲搅拌，一是使脱氧效果更充分，二是使钢水预脱氧，合金元素损耗降低。此外，硅钡钙密度3.3 g/cm3，一般熔渣密度在2.8～3.2 g/cm3之间[5]，这就是铝容易在炉渣中烧损，而钡系合金利用率高的原因。

为跟踪硅钙钡脱氧剂的使用效果，投入8 t硅钡钙为工业试验用料，定氧设备为贺利氏MultilabCelox可编程定氧仪。经统计，脱氧合金化后吹氩站软吹3 min后测定的32炉次钢水氧活度值离散数据见图1，氧活度基本上小于30×10-6，表明活度氧较低。综合考虑成本及钢种合理[O]量，硅钡钙投入1.9 kg/t即可满足生产要求。深脱氧不仅提高生产成本，而且过低的钢水[O]量在保护浇注不足时容易吸气，造成二次氧化，恶化钢水质量而且可浇性变差；浅脱氧时钢水[O]量保持在50×10-6以上，连铸坯常出现中心疏松、表面或皮下气泡等质量事故。

图1 脱氧剂加入量与溶解氧关系图

炼钢厂目前已经将硅钡钙代替了钢芯铝、硅铝钡以及硅铝钡钙，无铝脱氧工艺既降低了钢水Al2O3夹杂物的含量，同时也避免了喂钙线时的喷溅，使得工艺操作简便而安全。通过脱氧工艺的改进，浸入式水口（SEN）堵塞事故率也由原来的9.1%降低到2.3%，很大程度上减少了因“套眼”而烧氧带来的钢水二次氧化问题。

4 连铸坯显微组织和晶粒度

通过对试样显微组织结构分析，组织主要为铁素体（F）和珠光体（P），晶粒度级别在10.5～11.5之间，属于细晶粒钢范畴，除了微合金化元素钒的细化晶粒作用，此外相关文献[6-7]给出的解释是，钙和钡是很强的表面活性元素，在金属熔体中生成大量的石墨化核心，并有良好的吸附作用，促使一次结晶组织细化，因而能得到细晶粒钢。

5 成品力学性能

对选取的32炉次钢样作光谱分析，相关元素含量见表2。

为分析无铝脱氧剂对钢材力学性能的影响，对用硅钡钙脱氧后的轧材进行了相应的力学性能检测，抽检成品80 t，规格为Φ14 mm，表3统计了实测的力学性能指标。

表2 HRB400E化学成分（熔炼分析）表 /%

表3 硅钡钙脱氧后成品的力学性能指标

实测抗拉强度和屈服强度均能满足HRB400的力学性能要求。参照《钢筋混凝土用钢—热轧带肋钢筋GB1499.2-2007》对于抗震钢筋HRB400E的相关要求，即强屈比不小于1.25，屈屈比不大于1.30，最大力总伸长率Agt不小于9%，显然该批次产品完全符合较高要求的抗震结构标准，同时也说明硅钡钙复合脱氧剂能够满足钢种冶炼和轧制的工艺要求。

6 结论

（1）硅钡钙加入1.9 kg/t可满足钢水溶解氧20×10-6～30×10-6的工艺要求，而且无需喂钙线处理。

（2）无铝脱氧工艺能提高钢水洁净度，水口结瘤事故率明显降低。

（3）硅钡钙脱氧后的连铸坯能保持细晶粒度，同时成品的力学性能完全满足抗震钢筋的国家标准，硅钡钙复合脱氧剂可以在钢筋混凝土用钢的冶炼中推广应用。

[1] 赵乃成，张启轩.铁合金生产实用技术手册[M].北京：冶金工业出版社，1988：298.

[2] 颜根发，张立兰.含钡硅系合金取代铝脱氧工艺理论探讨[C]//第十届全国炼钢学术会议论文集.郑州：中国金属学会，1998:402-406.

[3] 陈襄武.炼钢过程的脱氧[M].北京：冶金工业出版社，1991：60.

[4] 栾心汉，孙湘.复合脱氧剂对纯净钢生产的影响[J].西安冶金建筑学院学报，1994，26（4）:399.

[5] 黄希祜.钢铁冶金原理[M].北京：冶金工业出版社，2007：210.

[6] 汤曙光，焦兴利.复合脱氧剂对钢力学性能影响的研究[J].钢铁，2002，37（11）:60.

[7] 王进，孙维.硅钡合金在炼钢脱氧中的应用研究[J].炼钢，2000，16（4）：40.

Application of Si-Ca-Ba to HRB400E Steel Production

XU Lei1and BAI Chelige'er2
（Supply Division1and Steel-making Plant2of Zhasan Iron and Steel Co., Ltd., Tianjin 301606, China）

In order to improve deoxidation efficiency and reduce nozzle clogging accidents, Si-Ca-Ba is adopted in the production of HRB400E steel, which effectively lowers oxygen activity in molten steel. When 1.9 kg/t Si-Ca-Ba is added, the process requirement of dissolving 20×10-6～30×10-6oxygen in steel can be met. Compared with aluminum-based alloy deoxidation, the rate of nozzle clogging incident in tundish has decreased from 9.1% to 2.3%. The mechanical properties of the finished bar with Si-Ca-Ba deoxidation treatment comply with the national standard requirements on HRB400E aseismic reinforcement bar and the product is worthy of promotion and application.

Si-Ca-Ba; compound deoxidation; oxygen activity; mechanical property

10.3969/j.issn.1006-110X.2014.05.003

2014-02-26

2014-03-09

徐磊（1985—），男，本科，主要从事冶金炉料采购工作。