ER70S—6焊丝钢精炼渣系优化研究及生产实践

田景云 王超 于广 孔阳

摘 要：近年来日照钢铁生产焊丝钢氧含量控制不稳定，脱氧较轻时夹杂物含量高，脱氧过重时浇注发生絮流，严重影响钢材质量和生产连续性。在炼钢过程钢中夹杂物通过造渣吸收去除，ER70S-6焊丝钢关键点在于冶炼时精炼造渣，选择合理的渣系是保证焊丝钢质量的根本。研究发现絮流炉次精炼出钢出现回铝现象，造成中包夹杂物过多，渣样中Al2O3一般>6%。资料显示当精炼渣堿度在R=2.0左右时其发泡效果最好，Al2O3含量低于5%时较强的脱氧和高温下不易造成Al2O3的还原引起的絮流，采用石英砂+石灰的方式代替目前使用的低碳低硅精炼渣以达到降低精炼渣碱度和渣中Al2O3含量的目的。通过渣系的调整成功解决了焊丝钢氧含量的控制，同时杜绝了絮流现象稳定了生产节奏。

关键词：絮流；夹杂物；渣系；石英砂

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.13.002

1 引言

ER70S-6焊丝钢是采用美国标准生产的新一代CO2气体保护实芯焊丝的主要原料广泛应用于造船、桥梁、大型机械加工行业。但是焊丝中过高的氧含量（在高温条件下，碳和氧易反应生成CO 气体）和大型夹杂物容易导致焊接过程中熔池的飞溅，严重影响焊接性能，降低焊接生产率，随着用户对钢材质量的要求越来越高[1]，炉外精炼过程越来越重要，合理的造渣可以达到脱硫、脱氧甚至脱氮的目的；可以吸收钢中的夹杂物；可以控制夹杂物的形态；可以形成泡沫渣淹没电弧提高热效率，减少耐火材料侵蚀。因此，在炉外精炼工艺中要特别重视造渣。在我厂现有LF设备的基础上优化现有的造渣工艺，控制好埋弧、脱硫、脱氧等主要精炼环节，充分发挥LF精炼效果。

2 LF基本工艺参数

处理容量： 60t；额定容量 （功率）：12500KVA

电极直径：φ400mm（超高功率UHP石墨电极）

工艺流程：铁水→混铁炉→60t转炉→60tLF炉→3#连铸机

3 ER70S-6焊丝钢渣系研究与调整

炼钢就是炼渣，炉渣流动性好，碱度适当，再配以合适的吹氢参数，就能促进钢中A1203、SiO2夹杂向炉渣集聚，最大限度地降低点状夹杂和控制钢中夹杂物总量。因此，要求炉渣具有低的熔化温度，合适的粘度和较强的脱氧、脱硫及吸附夹杂的能力。

3.1 精炼渣的选择与控制

由于焊丝钢线材要拉丝至0.8mm-1.2mm，所以有非延性夹杂物就会断丝。钢丝脆断的起点之一就是非延性夹杂物。这些钢种的脱氧生成物的成分控制在SiO2一MnO一Al2O3的延性领域[2]。为了使可变形夹杂物析出，在钢包精炼期间加入一定量的精炼渣，控制渣中的SiO2、CaO、Al2O3成分在一定范围内。表所示传统工艺与改进工艺精炼渣的组成。

由上表可知该精炼渣系为当前应用最为广泛也最常见的基础精炼渣系Ca0-Si02-Al2O3渣系，位于三元相图的低熔点位置。目前国外LF精炼渣的特点是碱度高（有时渣中CaO含量高达65%），并获得较好的精炼效果；而国内LF精炼渣的碱度处于中（B=2.2～3.0），低（B=1.6～2.2）碱度水平，在这种碱度范围内，同样显著提高了钢液的质量[3]。优化前渣系属于由低碳低硅精炼渣（Al2O345，CaO54）冶炼，渣样处于碱度2.2～3.0之间，该渣系硫的分配比较高，精炼结束时可达脱硫率60%以上，但是该渣系中Al2O3偏高，在精炼冶炼后期硅铁粉与电石复合脱氧形成的强还原性及高温、高碱环境下极易发生回铝现象（Si+Al2O3—SiO2+Al），部分铝重新进入钢水在连铸浇注过程中与氧结合形成Al2O3夹杂物影响铸坯质量，夹杂物过多的附着在水口上造成连铸絮流；但电石与硅铁粉加入量较少时脱氧程度不足，钢中氧含量偏高终端产品焊接时发生飞溅现象。因此该渣系精炼冶炼过程较难控制，产品质量波动大，终端用户质量异议较多。

通过技术交流查阅相关资料以石英砂和石灰的方式代替低碳低硅精炼渣以达到降低精炼渣中Al2O3含量避免后期的回铝现象，通过渣系的调整降低碱度，减少精炼后期强脱氧回铝的几率，精炼渣在送电时温度较高（超过1600℃），而出钢温度在1590-1600℃之软吹期间基本能够保证精炼渣的流动性，根据实际操作来看，当精炼渣碱度控制在1.8-2.2之间时精炼软吹10min之内能够保证精炼渣的流动性，说明精炼渣实际熔点在1580℃左右。

3.2 数据分析与研究

结合国内外焊丝钢渣系设计情况，选择低碱度冶炼，但是目前受铁水成分影响长材制造部转炉生产焊丝钢放钢S基本在0.020%-0.035%之间，较低的精炼渣碱度不能满足当前状况下的脱S要求，经过试验当精炼渣碱度在2.0-2.2范围内精炼脱S率能够达到33%，转炉放钢S在最大0.030%时脱S后：0.035%*（1-0.4）=0.021%，基本能够满足钢种对S的要求。综合考虑将碱度设计在2.0-2.2之间。根据查阅相关资料炉渣成分的影响碱度R（CaO/SiO2）大于1 .22 时， 发泡指数随R 的增大而增大， 在R 为2 .0时出现峰值。因为R 增大则渣中固相质点2CaOSiO2不断增多， 将阻碍气泡运动， 延长气泡在熔渣中的滞留时间。另外， 固相质点的存在提高了熔渣粘度， 粘附在气液界面上的固相质点还提高了液膜的强度和弹性， 从而使液膜难以破裂[4] 综合考虑将精炼渣碱度设计在2.0-2.2之间。

通过计算调整渣料配比，取渣系优化前后六炉数据对比渣样如下：

通过对比可知优化后渣系中Al2O3明显降低，Ca含量基本不变，SiO2含量上升，碱度也由原来的2.6降到2.1左右，渣系中熔渣的氧化性高低取决于渣中最不稳定的氧化物---氧化铁活度（αFeO）的高低。熔渣的碱度对αFeO数值的影响起着重要的调整作用。该渣系中w（FeO+MnO）<1.0%时，还原很充分，很利于反应进行。精炼课2016年全年生产数据如下：

通过图1所示可知5月份全部推广使用石英砂进行调渣，精炼渣发泡性能良好，氧含量和絮流均得到控制，通过不断微调渣系中各组分含量，调整软吹时间、电石加入量，自八月份开始无絮流发生，最佳状态时氧含量无一炉超标。

4 结论

通过重新设计渣系使用石英砂替代低碳低硅精炼渣造渣，将碱度控制在2.0-2.2之间，减少了渣中Al2O3含量，有效的避免了脱氧过程中的回铝现象杜绝了絮流情况，稳定了生产过程控制；提高了钢的纯净度，提升了钢的焊接性能，满足了市场对 ER70S-6 焊丝钢高档次的要求，提高了产品的市场竞争力。

参考文献：

[1]邓叙燕，马建超，夏奇，皇祝平.ER70S-6焊丝钢LF脱氧与夹杂物控制[J].炼钢2012，28（02）.

[2]小川兼阂.熔炼高纯净钢的渣精炼技术[J].世界钢铁.Frequecnie.Jwirebreakage纯净钢特刊，1996（08）：28.

[3]黄红涛.LF炉精炼造白渣工艺的探讨[J].河北企业，2016（06）.

[4]成国光，牛四通.还原精炼条件下炉渣的泡沫化[J].钢铁研究学报，1996，8（05）：12-16.