EAF-LF双联法冶炼合金半钢轧辊的工艺研究

霍振全　梁素霞　王继军

(1.邢台德龙机械轧辊有限公司，河北054001；

2.邢台技师学院，河北054000；

3.邢台学院，河北054001 )



EAF-LF双联法冶炼合金半钢轧辊的工艺研究

霍振全1梁素霞2王继军3

(1.邢台德龙机械轧辊有限公司，河北054001；

2.邢台技师学院，河北054000；

3.邢台学院，河北054001 )

摘要：采用偏心电弧炉和LF炉双联流程冶炼合金半钢轧辊，通过初炼加强脱磷，精炼加强脱硫、脱氧，合理吹Ar搅拌，提高了轧辊的冶金质量。

关键词：合金半钢轧辊；EAF+LF双联法；冶炼工艺

合金半钢轧辊通常指碳含量在1.40%～2.30%、力学性能介于钢和铁之间的一种合金钢[1]。该材质轧辊具有硬度落差小、耐磨性能优越等特点，广泛应用于现代型钢轧机粗轧和中轧机架、热轧带钢连轧机粗轧工作辊。

合金半钢轧辊在制造过程中极易形成伪共晶碳化物组织，不仅降低轧辊的力学性能，而且减少轧辊的使用寿命。生产实践证明，伪共晶碳化物的金相组织往往是以非金属夹杂物为核心，在钢液凝固过程中析出共晶或伪共晶碳化物，在后期的热加工过程中以及热轧过程中形成热龟裂的裂纹源，降低合金半钢轧辊的断裂韧性和塑性指标。因此，提高合金半钢轧辊的冶金质量是改善轧辊的使用性能和寿命的前提条件，特别是在冶炼过程中，提高钢液的纯净度，减少钢液的夹杂物含量是生产制造合金半钢轧辊的重点。

传统的合金半钢轧辊冶炼采用槽式出钢电弧炉冶炼，钢液的初炼和精炼均在电弧炉内完成。但随着电弧炉向大型化、智能化发展，以及冶炼短流程、快节奏的市场需求，现在的电弧炉逐步被偏心电弧炉取代，主要完成钢液的初炼过程，而精炼过程则由炉外精炼炉完成。本文主要采用偏心电弧炉和LF炉双联流程冶炼合金半钢轧辊，从工艺和生产实践角度进行探讨和研究，提高轧辊的冶金质量。

1合金半钢轧辊技术条件及控制要求

合金半钢轧辊化学成分通常按照GB/T 1503—2008《铸钢轧辊》执行，具体要求见表1。

表1　化学成分及表面硬度要求

随着现代轧机对合金半钢轧辊的要求不断提高，单纯地保证成分已无法满足市场需求。为了保证合金半钢轧辊的冶金质量，提高轧辊的综合性能和使用寿命，对冶炼工艺提出了更高的要求。首先控制钢液的硫、磷成分，一般轧辊制造企业按P≤0.025%，S≤0.020%进行控制。其次通过最大限度地降低钢液中氢、氧等气体含量，减少钢液中夹杂物含量等方法，提高轧辊的内在冶金质量。

2双联法熔炼流程及主要装备

EAF-LF双联法初炼阶段由电弧炉完成，主要对废钢等原料进行熔化，通过氧化、去磷、静沸腾等手段达到初炼钢液的目的。精炼阶段则由LF炉完成，主要对初炼钢液进一步精炼，完成脱氧、脱硫、去除夹杂物，净化钢液，提高钢液纯净度。

主要冶炼装备为EAF炉和LF炉。EAF炉公称容量30 t，最大出钢量45 t，变压器容量16 000 kVA，偏心底出钢。LF炉公称容量45 t，变压器容量8 000 kVA，底吹Ar。

3冶炼工艺

3.1配料工艺

合金半钢轧辊根据成分特点，配料工艺优先选用半钢类废辊返回料+高NiCr离心废辊+钢铁屑配料，适当配一定比例的炼钢生铁、球墨铸铁轧辊进行配碳。根据现场原料情况，适当消耗一些废钢及杂料。

考虑到冶炼成本，生产中，一般要求先计算熔清后Ni、Mo含量，要求Ni直接达到规格要求，要求Mo≥0.15%。然后进行配碳，要求高于成分规格上限0.50%左右。

在采用高NiCr、高CrFe等离心废辊配料时，应考虑Cr不能超过1.50%，否则会增加造氧化渣难度，延长冶炼时间，同时造成Cr合金元素的浪费。

另外消耗球墨铸铁轧辊时，要控制配入比例，核算钢液中S不能太高。主要因为半钢在精炼过程中，钢液温度比较低，一般钢液⟨1 520℃下进行冶炼，脱硫的热力学条件不充分。

3.2电弧炉初炼工艺

3.2.1主要工艺特点

电弧炉初炼主要采用熔氧结合法，快速完成对炉料的熔化，在钢液氧化前期脱磷，氧化后期降碳，沸腾钢液达到去除夹杂目的。碳、磷等元素控制目标达到工艺要求后，快速升温，形成泡沫渣，达到出钢条件。

采用电弧炉初炼流程，与采用中频炉流程初炼相比，存在许多不可替代的优势：(1)对入炉的原料要求不高，在氧化及高温阶段，可以有效去除夹杂物；(2)通过氧化脱磷，可以把磷控制在0.015%以下；(3)利用出钢前高温阶段(⟩1 620℃)，减少消耗的球墨铸铁及生铁对合金钢半钢组织的遗传特性，避免异常组织的生成。

3.2.2脱磷工艺

冶金学理论表明[2]，脱P反应方程式为：

2[P]+5(FeO)+4(CaO)=(4CaO·P2O5)+5[Fe]

不同温度对应的K值见表2。

表2　不同温度对应的K值

可见，钢液温度升高，平衡常数K显著减小。

生产实践中，合金半钢轧辊钢液冶炼去磷的最佳温度应控制在1 520～1 550℃，并通过提高渣中αFeO、αCaO及降低α4CaO·P2O5，有利于加速钢液去磷过程。在生产操作中，冶炼前期脱磷环节很重要。分批装料时，要在前一批炉料熔清后，下一批料加入前补加一定量的石灰，并进行2～3次流渣操作，最终把磷控制到目标范围内。氧化后期还要补加适量石灰，保持一定的炉渣碱度，防止钢液回磷。

一般全熔清后，半钢熔炼P要达到0.035%以下，否则会增加后期氧化阶段的任务。

3.2.3氧化工艺

进入氧化期，主要完成钢液的降碳任务，电弧炉氧化期一般有0.30%～0.50%的脱碳量。为了减少钢液的过氧化，同时避免在LF炉精炼阶段发生大量增加碳粉，造成钢液中二次污染，工艺要求控制半钢的终点碳。一般要求控制在C≥1.00%。

氧化期末期，加强造泡沫渣操作，快速升温，使钢液高温沸腾。在此过程中，停止供氧，通过反应式[C]+[O]=CO(g)进行净化钢液，达到去除夹杂目的。

出钢前利用电弧炉熔炼输出功率高、升温快的特点，减轻LF炉升温压力，避免出钢时温降过大，发生透气砖堵塞事故，工艺要求出钢温度⟩1 620℃。生产实践证明，通过出钢前高温阶段，对于减少炉料中球墨铸铁及生铁对合金钢半钢组织的遗传特性，避免异常组织的发生，有一定的积极作用。

3.3LF炉精炼工艺

3.3.1脱硫工艺

脱硫操作主要做好LF造渣操作和脱氧操作。脱硫反应的离子方程式为[3]：

[S]+(O2-)=(S2-)+[O]

合金半钢LF炉应做到：(1)白渣操作，控制炉渣(FeO+MnO)≤1.00%；(2)控制渣量为钢液量的2%，碱度R≥2.5；(3)钢液温度控制在1 500～1 520℃，并保证炉渣良好的流动性；(4)控制钢液底吹Ar气压力在0.4 MPa～0.6 MPa。

生产实践证明，采用此工艺后，合金半钢的硫含量≤0.010%，对改善合金半钢轧辊起到积极作用。

3.3.2脱氧工艺

LF炉的脱氧贯穿整个冶炼过程。既可以提高合金元素的回收率，同时又能够降硫，减少钢液中氧化物夹杂。特别是在精炼后期，通过钢包底吹Ar气与喂Al线相结合方式，可以有效地减少钢液中的全氧含量，从而达到减少钢中夹杂物含量的目的。

生产实践证明，采用∅13 mm Al线，Ar压力0.15 MPa～0.25 MPa，进行脱氧操作，可以使钢液中的[O]达到35×10-6以下。各炉次钢液中[O]含量见表3。

表3　各炉次钢液中[O]含量(×10-6)

3.3.3温度控制工艺

合金半钢的浇注温度在1 450±5℃，在整个精炼过程中，温度控制是个关键环节。如果温度超过1 520℃，要保证后期浇注温度，则降温时间过长，影响生产进度。如果温度低于1 500℃，则对合金熔化、钢液脱硫不利。生产中通过不断调整送电功率，配以调整Ar气压力强度，可实现如图1所示工艺曲线。

4冶金质量

采用EAF+LF双联法冶炼合金半钢轧辊，其冶金质量得到明显的改善，金相组织和碳化物的一些指标优于国家标准，微观组织未见非金属类夹杂物缺陷，冶金质量良好。合金半钢轧辊金相组织见图2。

图1　LF炉温度控制曲线

(a)100×

(b)500×

5结论

(1)采用EAF+LF双联法冶炼生产合金半钢轧辊，不仅可以保证钢液中P、S含量，减少夹杂物含量，同时又可以提高轧辊的冶金质量。

(2)电弧炉初炼应加强脱磷操作，做到高温沸腾，通过氧化去除夹杂物。

(3)LF炉精炼应加强脱硫、脱氧操作，做到合理吹Ar搅拌。

(4)采用EAF+LF双联法生产合金半钢轧辊，在冶金质量的保证上具有明显的优势，值得推广。

参考文献

[1]文铁铮，郭玉珍编著. 冶金轧辊技术特性概论.河北科技出版社，1995.

[2]黄希祜. 钢铁冶金原理.冶金工业出版社，1981.

[3]高泽平，等.炉外精炼.冶金工业出版社，2008.

编辑杜青泉

Research on EAF-LF Duplex Smelting Process for Alloy Semi-steel Roll

Huo Zhenquan, Liang Suxia, Wang Jijun

Abstract：By adopting the eccentric EAF and LF duplex smelting process, the alloy semi-steel roll has been manufactured. By means of strengthening dephosphorization during the primary smelting process, strengthening desulfurization and deoxygenation during refining process, reasonably blowing Ar and stirring, the metallurgical quality of roll has been improved.

Key words：alloy semi-steel roll; EAF+LF duplex process; smelting process

收稿日期：2015—10—16

中图分类号：TF703

文献标志码：B