低碳低硅冷镦钢LF炉精炼工艺浅析

霍昌军 杨应兵 赵佳磊

(江苏沙钢集团有限公司 江苏苏州215625)

1 前言

冷镦钢主要用于生产螺栓、螺钉、螺母、垫圈和铆钉等，广泛用于机械制造、汽车和工程建筑等领域的紧固件。冷镦钢是利用金属的塑性进行冷镦加工，变形量很大(约60%～80%)，所承受的变形速度也很高，为避免工件在冷镦成型中开裂, 要求冷镦钢具有良好的塑性和韧性,因此对钢中非金属夹杂物和盘条表面质量有较高的要求[1]。本文通过对低碳低硅冷镦钢LF炉精炼造渣及精炼工艺的优化，提高钢水的纯净度，改善小方坯连铸的可浇性，并降低冷镦钢产品因夹杂物引起的冷镦开裂比例。

2 钢种及工艺流程

低碳低硅冷镦钢成分控制见表1，本厂生产工艺流程为：110t EAF电炉→LF精炼炉→六机六流方坯连铸机(140*140)→大盘卷轧机(φ16mm～φ60mm)。

3 冶炼过程控制

3.1 EAF电炉控制特点

低碳低硅冷镦钢在电炉冶炼过程中，终点[C]一般控制较低，自由氧含量较高常达到700～1100ppm，电炉终渣的(FeO)高达28%～30%，出钢过程应尽量避免过多的下渣量，否则对精炼造白渣不利[2]。电炉出钢过程采用铝锭进行沉淀脱氧，并加入石灰(400kg/炉)以及低碳锰铁，铝锭的加入量是根据电炉终点氧含量来确定的(150-250kg/炉)。

表1 沙钢冷镦钢工艺成分控制(%)

3.2 造渣工艺

根据低碳低硅冷镦钢的成分特点，提出使用CaO—Al2O3的精炼渣系，通过电炉出钢所加铝锭及石灰，使得钢包初期石灰及铝脱氧产物Al2O3形成的前期CaO—Al2O3渣系，以ML08Al实际生产数据为例。

表2 钢包初期渣样分析(%)

表2中钢包初期的渣系基本达到电炉出钢加料的目标渣系成分，该渣系成渣速度较快，从现场跟踪来看，渣的流动性较好，但渣中(SiO2)的含量略偏高，从加料来看并未加入硅合金和SiO2渣料，因此目前形成的(SiO2)主要来自电炉出钢的部分带渣量，因为电炉渣中(SiO2)约占12%左右。

3.3 LF精炼工艺的分析

从钢包初期渣系来看，(FeO)+(MnO)远大于1.0%，且电炉终点[S]较高平均在0.040%左右，为了快速脱氧脱硫，精炼过程通过增加石灰来提高碱度，并在前期加入部分铝锭和电石进行综合脱氧，为了避免粘渣，精炼过程增加萤石进行调渣(萤石50-150kg/炉，石灰400-500kg/炉)，以达到良好的渣金反应动力学条件。从现场冶炼控制来看，精炼时间28分钟之内便能将[S]降低到0.010%以下，且精炼渣的颜色较白，说明脱氧良好，其喂丝前的精炼渣系如表3，以ML08Al为生产数据例。

从表3可以看出，精炼过程的控制较好，(FeO)+(MnO)全部小于1.0%，碱度在6.0以上，脱硫能力较强，LF出钢平均[S]在0.007%左右，此渣系在CaO—SiO2—Al2O3三元渣系中的红色区域，具体如图1。

表3 LF精炼终点渣样分析(%)

图1 三元渣系图

红色区域的渣系熔点在1500～1550℃左右，再加入一定的萤石调节，可以使熔点获得更低，且CaO/Al2O3大于1.8，对吸附Al2O3夹杂有利，从而提高钢水的纯洁度。

为进一步改善小方坯低碳低硅冷镦钢([Al]≥0.020%)的可浇性，在精炼出钢前喂入钙铁线(150-250m/炉)，为了达到通过喂丝来改善夹杂物变性的目的，喂丝必须具备两个条件：

① 精炼终点[S]<0.010%；

② 钢中[Ca]/[Al]>0.1 。

以上两个条件能促使钙处理既可以避免CaS夹杂物的析出对浇注不利，也容易生成低熔点12CaO·7Al2O3的夹杂物(熔化温度1455 ℃, 密度2 .83g/cm3)，从而消除连铸结瘤[3]。

4 产品质量分析

4.1 钢的纯洁度方面

4.1.1总氧控制水平

目前低碳低硅冷镦钢如ML08Al总氧含量控制水平如表4，平均[O]为16ppm。

4.1.2夹杂物控制水平

冷镦钢对B类(氧化铝夹杂)和D类(复合球形夹杂)要求较高，本厂低碳低硅冷镦钢ML08Al夹杂物控制水平良好，未发现有高级别夹杂物(≥2.0)，B类和D类的夹杂物级别基本都在1.5以内，具体数据如表5。

表4 低碳低硅冷镦钢ML08Al总氧含量

4.2 冷镦性能

低碳低硅钢冷镦钢主要用于做常用螺栓≤6.8级，以热轧状态交货前厂内必须做1/2冷镦试验，从低碳低硅钢冷镦钢所做的冷镦试样来看，冷镦合格率达98.6%，1.4%冷镦开裂的试样当中主要是由于盘条表面质量引起的开裂。

5 结论

结合铝脱氧及其氧化物生成特点，制定合理的精炼工艺，能最大限度的去除尺寸较大Al2O3簇状氧化物，为钢液的钙处理创造条件[4]。钢液钙处理时必须Ca与Al之间的关系，造渣工艺的确定必须综合考虑炉渣吸附Al2O3夹杂和脱硫能力，[S]越低越有利于Al2O3夹杂的变性处理，夹杂物的改善可以有效地提高钢水的可浇性。

在目前的造渣及精炼工艺条件下，钢中全氧和夹杂物控制水平较好，平均[O]为16ppm，夹杂物控制水平尤其是氧化铝夹杂和复合球形夹杂基本能控制在1.5级以内。

表5 低碳低硅冷镦钢ML08Al夹杂物控制水平

从低碳低硅钢冷镦钢所做的冷镦试样来看，冷镦合格率达98.6%，1.4%冷镦开裂的试样当中主要是由于盘条表面质量引起的开裂。