优质线材生产过程的操作优化
沙钢润忠电炉
徐建华 （江苏沙钢集团有限公司）
摘要：本文通过沙钢润忠公司的生产情况，介绍了电炉――优质线材生产过程的操作优化；钢铁料配料及对电炉冶炼工艺的影响、电炉对泡沫渣、终点和出钢的控制、钢包精炼炉对成分、底吹氩控制和喂线处理、连铸对钢水温度的要求以及保护浇注、铸坯偏析控制和轧钢生产等。
关键词：电炉冶炼 操作优化 影响 线材优质
沙钢集团润忠公司于1995年9月建成投产了具有90年代先进水平的短流程生产线，主体设备配备有：一座90t坚式交流电弧炉，一座90t钢包精炼炉，一台140mm*140mm六机六流小方坯连铸机，一座每小时150t加热能力的加热炉，一套26机架无扭轧机，108m长斯太尔摩控冷线，产品为Φ5.5-Φ20mm线材。主要品种有冷镦钢、钢绞线用钢、弹簧钢、高强度低合金钢、气体保护焊丝用钢等。
1、配料
由于废钢的再回收利用，钢中的残余元素（如Cr、Ni、Cu、Mo、Sn等）给净化钢水造成困难。不同用途材料的质量分级及共残余元素含量水平要求见表1。
表1 不同用途材料的质量分级及其残留元素含量水平
| 质量等级 | 残留元素总量(Cu-Sn+Ni+Mo)/% | 用途 |
| 0 | 0.033 | 航空用材、核能用材、特殊石油加工用材、电渣精炼用、特殊轴承 |
| 1 | 0.090 | 马氏体时效处理用、超深冲用、高强度用、深拉钢丝用、轴承、冲压和制罐用镀锡板 |
| 2 | 0.280 | 深拉、冷拉、锻压、顶锻、合金钢、无缝钢管用连铸圆坯 |
| 3 | 0.335 | 锻造棒材、汽车零件、冲孔用带材、热处理合金钢、压力容器 |
| 4 | 0.390 | 标准钢管、焊管、镀锡板、黑铁板、车轮钢、轴类零件、冷加工线材、镀锌板、搪瓷板 |
| 5 | 0.600 | 线材、粗盘圆材、异型材、热轧卷 |
| 6 | 0.800 | 角钢、结构用钢、长条型材、钢管 |
| 7 | >0.800 | 钢筋 |
表2 润忠炼钢2002年1-7月份实际钢铁料配料及电炉冶炼情况
| 配料（%） | 产量(t) | 冶炼周期(min) | 电耗(Kwh/t) | 氧枪(O2)消耗(Nm3/t) | |||
| 废钢 | 铁水 | 生铁 | 海绵铁 | ||||
| 60 | 33 | 5 | 3 | 579458.367 | 46 | 250.84 | 38 |
对某些钢种来说，必须配入适量的废钢代用品（如生铁、铁水、海棉铁等）以稀释废钢中的残余元素，并带入一定量的化学潜能（碳）。
合适的配料，不仅可以把残余元素有效地控制在范围之内，同时还可使冶炼时间、电耗、氧气消耗控制在较低水平，见表2。
1.1 超高功率电炉加铁水对冶炼电耗和冶炼周期的影响
冶炼电耗随铁水加入量的增加呈直线下降。这主发得益于二个方面：一是带入的物理热；二是高含碳的化学潜能。有报道兑铁水比例增加至60%，吨钢电耗可降低至150Kwh/t的水平。
电炉冶炼周期随兑铁水量的增加呈下降趋势，当铁水比达30-35%时，冶炼周期最短，再增加兑铁水比，冶炼周期反而上升。
1.2 超高功率电炉配加海绵铁对冶炼工艺的影响
配加海绵铁后对冶炼工艺影响较大。海绵铁中的FeO和SiO2含量较高，兑入铁水碳氧反应剧烈，冶炼前期炉内出现喷溅现象，冶炼操作不易控制，易出现突出性喷溅事故；渣量明显增加，渣碱度降低，渣况不易控制，脱P困难；炉衬浸蚀加剧；金属收得率波动大，钢铁料生产成本增加。但配加海绵铁后，钢中N含量有所降低。
2、电炉冶炼
由于配备了钢包精炼炉，电炉的主要任务是快速溶化炉内的钢铁料。
2.1 泡沫渣控制
泡沫渣对冶炼带来的优点是显而易见的，但它对钢中N含量的影响易被大家忽视，由于电弧区温度高，加速了气体的解离，气体易于溶解到电极下的钢液中，因此，在实际生产中要造好泡沫渣，要防止电弧将钢水裸露产生吸气。
2.2 终点控制
终点控制主要是温度控制和成分控制。
出钢温度要求控制在1610-1630℃的范围。对于新（或冷）包、炉后增碳量大、合金加入多等情况时，出钢温度可适当高些。这样既保证了底吹氩良好又降低了电耗、电炉耐材的消耗。
终点成分控制就是控制好[P]和[C]。磷对钢性能影响无须述，而对于终点[C]，各厂家的认识和操作有所不同。主要考虑冶炼碳含量高的钢时炉后增碳量对质量的影响，总的看法是增碳量少带入的质杂少，但如果采用高质量增碳剂和控制好钢包冶炼结束的软搅拌，增碳量不会对质量有明显影响。
2.3 出钢控制
出钢控制主要控制电炉氧化渣带入钢包。一是留钢量不能过小，对90t炉来说，要有15t。二是出钢时间不能太短，出钢量在90-95t，出钢时间小于100秒，则应更换出钢口，否则的话由于带入过多的氧化渣到钢包，特别是冶炼低碳钢时钢包炉操作困难。
3、钢包精炼炉操作
大多数线材生产厂家的冶炼是不经真空处理的，因此，相对于电炉来说，钢包炉操作的控制对质量的影响要大得多。
3.1 成分控制
一般线材经拉丝后才能使用，因此成分的窄范围是线材制品厂所欢迎的（特别是需热处理的线材），目前润忠炼钢控制成品碳95%以上在0.03%范围内。硫磷含量85%控制在0.015%以下。
3.2 底吹氩控制
钢中的硫主要在钢包炉去除。脱[S]的动力学条件是大吹氩量和足够的渣量。而夹杂物的控制则需要小的搅拌。所以，总的来说，底吹氩制度是前期“硬吹”后期“软吹”。
3.3 喂线处理
特别对于铝镇静钢，精炼末期必须采用钙处理，使钢水中（Al2O3）变性以防止浇注过程的结瘤。
喂线量（钙处理后的[Ca]含量）随钢中[Al2O3]含量而变化。喂线后至少要5分钟软吹Ar时间以保证夹杂物的上浮。
4、连铸生产
4.1 钢水温度的确定
连铸对钢水温度的要求是相当严格的，特别是连铸高碳钢一定要保证合适的浇注温度，只有控制钢包精炼结束温度，才能满足钢水浇注温度。
一般精炼结束温度按下式确定：
T终=T液+△T1+△T2+△T3
式中：T终――钢包精炼结束温度（℃）
T液――钢水液相线温度（℃）
△T1――钢包精炼结束至钢包开浇前钢水的温降（℃）
△T2――钢水从钢包注入中间包的温降（℃）
△T3――钢液过热度（℃）
钢水过热度较佳范围为15-35℃（视钢种而定）。
钢包精炼结束温度主要考虑钢包的烘烤情况、钢包寿命、周转情况、钢水在钢包中的停留时间等因素。只有操作工掌握每个钢包的包兑和生产节奏才能很好地控制钢水温度。
4.2 保护浇注
连铸的保护浇注主要是指长水口保护，以及浸入式水口和保护渣浇注。
（1）长水口保护
长水口保护是指钢包注入中间包钢流的保护。采用保护浇注后，减少了钢流吸气，实践证明钢中氮含量比不保护浇注少吸收6-8ppm。
（2）浸入式水口保护
浸入式水口具有防止钢流二次化和金属飞溅、调整结晶内保护渣的熔融温度和熔化速度的作用。
（3）保护渣浇注
保护渣的作用有几个方面：防止钢水被空气二次氧化，防止在钢水表面产生局部凝固的保温故知新作用，吸收上浮到表面的夹杂物，在结晶与铸坯之间产生的间隙内形成一层渣膜，起到对铸坯均匀传热及润滑作用。
4.3 铸坯偏析控制
钢坯偏析主要指中心偏析，是铸坯中心部位的C、P、S、Mn等元素含量突然升高的偏析现象。中心偏析是由于凝固末期树枝晶之间残余钢水的流动造成的。
（1）铸坯强冷
一般连铸140mm*140mm高碳钢二冷水比水量约1.7L/kg，采用所谓“强冷”，比水量达到2.6-3.0L/kg，通过强冷，快速凝固钢液而减少偏析，这方面的试验我们做得不是很多。
（2）电磁搅拌
目前润忠炼钢采用了结晶器外装式双线圈电磁搅拌器。当采用敝开浇注时，二线圈搅拌方向一致，增强搅拌功率，当采用保护渣浇注时，为避免渣粉卷入钢水，上线圈为反向搅拌，起制动作用。结晶器电磁搅拌明显改善铸坯中心缩孔和表面质量。
凝固末端电磁搅拌对减轻高碳钢偏析有积极作用，前一阶段我们在其中一流作了批量试验，收到一定成效，2002年大修期间每流将都安装，届时高碳钢线材的质量会有明显的提高。
5、轧钢生产
润忠高线轧机配有10机架摩根产精轧机，精轧机前后测径仪各1台，涡流探伤仪1台，斯太尔摩风机动10台，斯太尔摩速度10段可调等技术装备，能很好地控制线材的外形尺寸和索氏体化程度。
作者简介：徐建华，1960年5月生，工程师，江苏沙钢集团有限公司润忠综合办主任助理。
