耐海水腐蚀钢筋HRB400cE转炉冶炼生产实践

李维华 林致明 王伟 王光文

摘   要：本文通过化学成分设计确定了耐海水腐蚀钢筋HRB400cE冶炼的化学成分，通过控制装入制度、供氧制度、造渣制度、温度及终点控制制度、出钢及脱氧合金化制度和吹氩处理等工艺，成功冶炼出了符合国标化学成分要求的钢液。试验结果表明，钢液具有较低的氮含量，并且试验过程中的冶炼周期均在合理范围内，后续可以批量生产。

关键词：HRB400cE  合金化  吹氩  耐腐蚀钢筋  冶炼

Abstract： The chemical composition of HRB400cE seawater corrosion resistant steel bar was determined by chemical composition design. By controlling the charging system， oxygen supply system， slag making system， temperature and end point control system， tapping and deoxidizing alloying system， argon blowing treatment and other processes， the molten steel meeting the requirements of national standard chemical composition was successfully smelted. The results showed that the test liquid steel had a low nitrogen content， and the smelting cycle were in a reasonable range during the test process， and could be mass produced later.

Key Words： HRB400cE; Alloying; Argon blowing; Corrosion resistant steel bar; Smelting

HRB400cE耐海水腐蝕钢筋也叫耐氯离子腐蚀钢筋，主要应用于海水全浸工作环境，随腐蚀环境的变化，即随海水温度、盐度、溶解氧浓度、海水深度和pH值，钢筋材料的腐蚀速率出现不同的变化。近年来，耐腐蚀钢筋也用为特殊建筑材料在建筑工程中广泛使用，不仅因为其具有与普通混凝土用钢筋相同的力学性能来承载作用力，更是因为其具有较高的耐腐蚀性能来提高使用寿命、节约使用成本。港珠澳大桥在桥墩表面使用了少量的2205双相不锈钢钢筋，因为造价高昂，并未大面积推广使用。还有一些沿海工程，采用镀锌工艺和环氧树脂工艺，但这两种工艺均会发生局部点蚀，当发生局部点蚀时危害性更大。因此，开发一种高耐候、低成本耐海水腐蚀的钢筋及其生产工艺迫在眉睫[1-4]。

人们为了延缓和减少钢筋腐蚀现象，开展了很多研究工作，比如镀锌钢筋、不锈钢筋以及涂层类钢筋等其它反腐技术，但这些方法要么成本高要么防腐效果不理想。为了减缓沿海建构筑物和工业气候环境钢筋腐蚀速度，三宝钢铁有限公司决定采用采用微合金化和控轧控冷工艺开发耐工业大气腐蚀钢筋HRB400cE，此钢种在经济性与耐工业大气腐蚀性方面将具有较高利用价值[5-8]。

1  国标冶炼要求

钢筋混凝土用HRB400cE耐蚀钢筋新国标GB/T 33953-2017于2017年7月12日发布，2018年4月1日开始实施，冶炼工艺只能采用转炉或者电炉工艺，必要时可采用炉外精炼，化学成分要求如表1所示，其中为了进一步提高钢筋的耐腐蚀性能，还可以加入下列一种或多种合金元素：Mo≤0.30%，RE≤0.05%等，钢的氮含量应不大于0.012%，供方如能保证可不作分析，钢中如有足够数量的氮结合元素，含氮量的限制可适当放宽钢筋的成品化学成分允许偏差应符合GB/T 222的规定。

2  冶炼过程控制

钢筋混凝土用HRB400cE生产采用转炉炼钢和镇静钢脱氧方法，整个工艺流程为装入操作→100t转炉冶炼→出钢及脱氧合金化→吹氩→连铸，具体控制过程如下。

2.1 化学成分设计

结合螺纹钢HRB400cE相关元素在钢筋中所发挥的作用及国标GB/T 33953-2017规定的化学范围要求，设计了钢筋混凝土用螺纹钢HRB400cE相关元素含量控制标准，如表2所示。

2.2 装入制度

转炉装入制度采用定量装入，根据炉况、生产组织情况、铁水成分和温度来调整废钢加入量，具体控制情况如表3所示。

2.3 供氧制度

供氧制度采用变压变枪法，进料完毕后，摇正炉体下枪吹炼。氧枪喷头采用四孔拉瓦尔型，Ma为2.0，喷孔夹角12°，扩张角为11°30′，喉口长度7mm，工作氧压控制在0.80～0.85MPa，流量控制在20000～26000Nm3/h。吹炼前期枪位控制在1400～1600mm，中期枪位控制在1500～1800mm，后期枪位控制在1300～1500mm，拉碳枪位控制在1200mm，火焰情况不正常时枪位可以适当调节，以化渣正常为宜。

2.4 造渣制度

造渣制度采用分批加料法。开吹火焰正常后，根据铁水成分与温度情况，并结合操作经验，石灰总量控制在2000～3000kg，轻烧白云石总量控制在1000～2000kg，一批料加入石灰总量的2/3和全部轻烧白云石，二批石灰料、三批石灰料看吹炼情况适时加入，吹炼九分半之前加完，确保初期渣早化，过程渣化好，终渣化透作粘。

2.5 温度及终点控制制度

过程温度控制保证化好渣，不喷溅不返干，温度平稳上升;终点温度控制在1640～1670℃，开浇第一炉、新出钢口和新钢包等特殊情况可以适当提高出钢温度。终点C含量控制在0.06～0.13wt%，防止钢水氧含量高，影响钢水质量;终点P含量控制在0.020wt%以下，防止挡渣失败时回磷导致钢水P含量过高造成化学废品。

2.6 出钢及脱氧合金化制度

出钢过程采用挡渣球进行挡渣操作，确保挡渣成功率达到90%以上，保证钢包渣层厚度不大于200mm。采用脱氧剂（硅钙钡和铝锭）、硅锰合金进行脱氧合金化。合金加入顺序为：脱氧剂→硅铁合金→硅锰合金→贵重金属（铜、铬铁和镍铁），合金在出钢至1/4～1/3时开始加入，出钢至2/3～3/4时加完，合金加入量参考出钢量按95.00t/炉计，冶炼钢水残Mn按0.10wt%计，硅铁、硅锰合金增C按0.020wt%计，可根据冶炼终点、出钢量等情况调整合金加入量。

2.7 炉后吹氩处理

炉后吹氩站吹氩处理对钢液夹杂物与温度分布影响很大，足够的吹氩时间既能促进钢液中的夹杂物充分上浮，也能促进钢水温度的均匀分布，可以提高测温的准确性，吹氩工艺控制如表4所示。

2.8 冶炼结果

通过采取以上工艺控制措施，对HRB400cE前5炉钢液生产情况进行统计，如表5所示。

3  结论

（1）通過采用合理化学成分设计，控制好转炉炼钢五大制度和炉后吹氩处理等工艺手段，冶炼获得了符合国标HRB400cE的化学成分，并且钢液的氮含量较低。

（2）试验工艺生产HRB400cE钢液相关的冶炼周期均在正常生产控制范围之内，在以后日常生产中是合理可行和值得推广的。

参考文献

[1] 崔磊，赵耀，陈士强.模拟海水混凝土孔隙液中不同阻锈剂对钢筋腐蚀缓蚀效率的研究[J].公路，2019，64（11）：210-219.

[2] SYED HASSAN ALI SHAH. 海水环境下氯离子对钢筋混凝土结构劣化的影响[D].江苏大学，2019.

[3] 杨璐嘉. 海水环境下混凝土结构中钢筋腐蚀问题与防护方法研究[D].大连理工大学，2017.

[4] 刘东林，朱昌荣，胡梦莹，等.核电厂海水系统钢筋混凝土腐蚀现状及检测评估[J].全面腐蚀控制，2017，31（6）：79-81.

[5] 刘玉欣，刘凯华.海水冻融腐蚀耦合环境下钢筋混凝土梁疲劳试验研究[J].公路工程，2017，42（3）：226-230.

[6] 朱佳鹏. 海水腐蚀对混杂纤维混凝土与钢筋粘结性能的影响[D].苏州科技大学，2017.

[7] 王倩. 海水侵蚀下钢筋再生混凝土梁的耐久性与寿命预测[D].南京航空航天大学，2017.

[8] 李维华，吕维纯，陈贵和，等.φ22mm耐海洋腐蚀钢筋HRB500cE产品开发[J].福建冶金，2019，48（6）：28-32.