焊丝钢H08A炼钢工艺开发实践

孙福来

（天津钢铁集团有限公司，天津 300301）

0 引言

天津钢铁集团有限公司（下称天钢）炼钢厂装备有3 座120t 顶底复吹转炉，3 座120t LF 炉，1 座120t VD 炉，2 台方圆坯连铸机，2 台板坯连铸机，设备装备水平较高，这为品种钢冶炼提供有利条件。天钢根据现有工艺、装备对H08A 焊丝钢进行了开发。H08A 属于低碳钢，同时要求钢中硅含量低，转炉终点钢水氧含量高，这就使得后面工序如果钢水保护隔绝做的不好，一旦接触空气，就很容易增氧。因此在整个冶炼过程中控制好钢水氧含量是开发H08A焊丝钢的关键。

本文结合天钢现有炼钢装备和H08A焊丝钢的特点制定了生产工艺路线，对H08A 焊丝钢成分控制要求进行了分析，同时对H08A 焊丝钢生产过程中的难点问题进行了探讨，从转炉工艺操作、钢水氧含量控制、脱氧工艺等方面制定了相应的优化措施，并对生产实践效果进行了总结。

1 H08A焊丝钢生产工艺路线

H08 系列焊丝钢根据S、P 含量不同分为A、E、C 3 级，H08A 在H08 系列焊丝钢中的硫、磷含量要求不是很高。因此，根据H08A 钢种特点和成分控制要求制定了炼钢工艺路线，天钢H08A 炼钢产生工艺路线如图1所示。

图1 H08A炼钢生产工艺路线

2 H08A焊丝钢冶炼控制要求

2.1 成分控制要求

2.1.1 C成分控制

焊丝钢中如果C 含量过高，焊缝的裂纹倾向增加，而且冲击韧性下降，但是C 含量过低就会导致焊丝过软，焊药挤压困难，焊缝的金属强度不够。因此H08A 钢C 含量要求控制在0.06～0.08%的范围。实际我们将C 成分设定在≤0.08%，0.06～0.08%作为内控要求。

当转炉出钢C 成分小于0.04%时，可根据实际冶炼情况适当加入铝进行脱氧；而当碳成分不小于0.04%时，可不加铝块，靠铝锰铁中铝进行钢水脱氧。如果碳成分过低时，可根据实际冶炼情况在出钢过程中适当加入增碳剂。

2.1.2 Si、Mn成分控制

Si 成分在钢中会影响焊丝钢的冷拔加工性能，并降低焊丝钢的焊缝塑性。因此，H08A 钢的Si 成分要求不大于0.03%。

Mn 成分在钢中可以提高焊丝钢的焊缝抗拉强度，同时提高塑形、韧性以及焊缝的抗裂能力，因此，H08A钢的Mn成分设定为0.45～0.57%。

钢水中的Si、Mn 等主要元素是通过配加合金来进行成分控制的。在合金化操作中，通过合金中C 的质量分数计算，使用中碳锰铁和铝锰铁来进行钢水中增Mn，并根据冶炼的终点C 含量，合金增C应符合碳成分控制要求。需要注意的是在配合金时应注意终点钢水中的残Mn含量。

2.1.3 S、P成分控制

S含量越高，焊丝钢焊缝的热裂倾向越大，而且更容易使焊缝产生气孔。而P 含量越高，焊缝的冷裂倾向增大，同时低温冲击性能降低。另一方面，在H08 类钢材中，根据S、P 含量的不同对此类钢进行了分级，磷、硫含量越低，钢种的级别越高。因此冶炼H08A时，要求S、P含量要求不大于0.025%。

综上所述，焊丝钢H08A 化学成分为表1 所示。另外由于工艺路线不过精炼，而且没有铁水预处理的情况下，只能要求铁水中硫含量要小于0.025%。实际生产实践中，铁水中硫成分控制稳定，符合生产要求。

表1 H08A化学成分

2.2 转炉终点温度控制要求

焊丝钢H08A 由于低碳低硅，因此液相线温度相对于其他钢种要高许多，而且设定工艺要求不过LF 精炼，这就使得转炉终点温度不能太低。但是转炉终点温度过高，会降低磷在钢-渣中的分配比，影响钢水脱磷，这就要求钢水在冶炼过程中要为脱磷创造有利条件。

因此在实际冶炼前期，需要操枪工降低枪位，快速提高熔池温度，以实现前期快速成渣，这样可在脱磷的有效温度1450～1500℃时，实现高效脱磷。随着熔池温度的升高，会降低磷在钢-渣中的分配比，出现“返磷”现象，但是生产实践证明，良好的转炉渣控制可以弥补终点温度高带来的不利影响。

2.3 转炉造渣控制要求

脱磷是H08A 冶炼工艺的最重要任务，而造渣是钢水脱磷的关键。普遍认为，高的渣碱度、高的氧化性、大渣量，较低的钢水温度是钢水有效脱磷的条件，但是在一般炼钢过程中，渣的碱度过高，会造成渣的粘度过高、流动性不好，反而不利于脱磷。因此在H08A 冶炼过程中，我们要控制加入的造渣料，使转炉渣稳定到合适的碱度，另一方面可以通过加入铁矿或采用高枪位供氧来增加渣的氧化性[1]，使转炉渣尽量达到有效脱磷的目的。表2 是冶炼焊丝钢H08A时转炉终点渣样的分析。

表2 焊丝钢H08A转炉终点渣样

2.4 钢水脱氧控制要求

H08A 焊丝钢由于含C 量、含Si 量低，钢水极易吸氧，如果用铝进行钢水脱氧，钢水中氧很难控制，吸氧过多会产生皮下气泡，另外，在浇铸过程中氧会与钢水中铝反应，生成氧化物，使水口处结瘤，造成浇铸中断。因此，使用铝锰铁代替铝进行钢水脱氧。在使用铝锰铁的过程中，要考虑其锰含量来配高碳锰铁。

为了使操作更为简便，转炉炉后（已进行脱氧合金化3 分钟后）需定氧，目标控制范围50～200ppm。根据定氧结果，在吹氩喂丝站进行喂铝线操作，喂铝线结束后3 分钟，再次定氧，定氧达到35～55ppm 的目标值后，立即加覆盖剂，同时必须保证软吹效果和不小于8分钟的软吹时间。

3 H08A生产中的问题及解决方案

3.1 转炉终点控制问题

由于H08A 钢生产工艺设计不经过LF 精炼的，因此转炉终点控制成为冶炼H08A的关键。在实际生产过程中，出现的问题主要体现在三个方面：

3.1.1 终点磷的控制

由于焊丝钢H08A 钢种和生产工艺特点，要求转炉终点出钢温度要控制到较高的温度。而提高了终点出钢温度，就意味着熔池温度升高，也就降低了磷在渣中的分配系数，对钢水脱磷不利。但钢水温度的升高有利于降低转炉渣的粘度，使石灰熔化更容易，这又是有利于转炉脱磷的，但是随着转炉渣粘度的降低，出钢也更容易出现下渣现象，造成钢水回磷。

3.1.2 终点温度的控制

根据H08A 钢种的液相线温度反推吹氩站温度和钢水脱氧合金化后温度，以及转炉终点温度，同时在整个生产工序中要考虑出钢过程的温降、脱氧合金化产生的温降、钢包与钢水温度差异产生的温降、吊运过程产生的温降、喂线软吹造成的温降等因素，最终设定转炉终点温度在1650～1680℃。

在实际生产过程中，转炉吹炼后期有部分炉次温度大于1700℃，最高温度炉次达到1723℃。过高的转炉终点温度除了影响关键工艺的执行，还不利于生产节奏。

3.1.3 脱氧剂的加入

转炉出钢时，当钢水铺满包底时首先加入铝块，然后按铝锰铁、中碳锰铁的顺序加入，最后对钢水进行测温、取样、定氧，钢水氧目标为50～200ppm。如果定氧结果小于50ppm，连铸浇铸过程会产生大量结瘤，造成浇铸中断。H08A 钢种浇铸过程中塞棒开度趋势图如图2所示。由图2可以看出H08A 钢种浇铸过程中塞棒开度一直是上升趋势，这说明浇铸过程中水口因结瘤在不断缩小。

图2 浇铸过程连铸塞棒趋势图

3.2 转炉终点控制问题解决方案

针对上述问题，提出相应的解决方案：

（1）加强操枪工技术水平，使渣碱度达到2.5～3.5，不要太大渣量，适量加入铁皮调节渣的氧化性，最终达到弥补因转炉出钢温度过高造成的不利于脱磷的目的。

（2）对于转炉终点出钢温度高、磷符合出钢要求的炉次，可加入返矿进行降温，并对钢水进行补吹约30 秒；对于出钢温度高且脱磷不符合出钢要求的炉次，加入石灰石和石灰（根据实际冶炼情况加入）进行降温、脱磷；对于出钢温度不高且脱磷不符合工艺要求的，加入石灰来增加碱度脱磷（加入量根据实际情况加入）。

另外，如果铁水磷含量过高，通过经验分析，认为不能通过单渣工艺达到的去除磷的目的，根据需要还可以采用双渣冶炼工艺，通过倒掉部分含磷量高的前期渣并二次造渣，使H08A 钢终点温度和磷含量达到出钢要求。

（3）为防止钢水中氧含量过低，规定炉后脱氧剂最多加3 袋（30Kg）。生产实践证明，一般情况炉后出钢氧含量控制在100～200ppm，对于个别炉次超过200ppm 的炉次，根据每米铝线去氧量，在炉后吹氩喂丝站调整铝线喂入量，实现最终氧含量35～55ppm的控制目标。

4 生产实践结果

4.1 化学成分情况

在实际生产时，由于H08A 焊条钢设计的工艺路线不过精炼，转炉终点成分控制是H08A 生产的重要控制环节。因此，化学成分方面应同时关注成品成分和转炉终点成分。生产试验炉次的转炉终点成分见表3，相对于的成品成分见表4。

表3 转炉终点成分

表4 成品成分

4.2 低倍情况

对H08A 焊丝钢铸坯取低倍样观察，低倍情况良好，符合客户需求（见图3）。

图3 H08A低倍照片

4.3 性能指标情况

对H08A 焊丝钢盘条进行取样分析，各性能指标符合质量要求（见表5）。

表5 H08A性能检测指标

5 结语

H08A 焊丝钢的生产实践表明，不过LF 精炼炉，采用转炉+吹氩喂丝工艺生产H08A焊丝钢是可行的，产品的化学成分、低倍质量以及盘条性能指标完全能够满足标准规定和用户需求，也为今后品种开发提供了经验借鉴。

（1）由于此钢种的特点和工艺路线设定的限定，转炉终点控制成为整个冶炼环节的关键点。通过制定合理的造渣和补吹制度，更好的实现了H08A 焊丝钢的转炉终点控制目标，其中包括工艺要求的出钢温度和转炉终点碳、磷成分的准确控制。出钢碳控制在0.04～0.06%的范围，出钢磷控制在0.018%，能够满足成品钢的成分要求。

（2）通过低倍和轧制性能指标显示，冶炼的焊丝钢H08A符合产品质量要求，达到客户使用标准。

（3）此次通过对焊丝钢工艺开发的实践，为今后开发更高级别的焊丝钢或是类似钢种开发提供宝贵经验。