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摘 要：近年来，随着铁路货车"提速、重载"不断的发展，对铁路货车整车及零部件的制造质量要求也越来越高，特别是出口车。车钩作为铁路货车钩缓部分的重要连接部件，在货车重车运行中承受着较大拉伸应力及冲击应力，运行中容易发生断裂。为进一步提高车钩类铸钢件质量，保证出口货车重载工况下铁路货车的行车安全，通过LF精炼工艺生产E+级钢车钩产品，降低钢水[P]、[S]、[O]、[N]含量，降低夹杂物数量，控制夹杂物尺寸和形态，均匀钢水化学成分和温度，铸钢件的性能指标达到同行业世界先进水平。
关键词：EBT；弱搅拌； LF精炼；熔氧结合工艺；夹杂物
我国至今已向澳大利亚力拓公司、BHP公司、FMG公司和巴西淡水河谷公司生产了近2万辆矿石车。最大的矿石车编组为240辆/列，总牵引重量为3.84万吨，为大秦线总牵引重量的1.7倍，其运用车钩产品已经达到了35吨、37吨和40 吨轴重，可见其运行工况非常恶劣。从技术上看，对铸钢件质量日益苛刻的要求主要表现在纯洁度高，各向异性小，合金成分范围窄等方面。由于传统炼钢方法合金的收得率波动很大，所以钢的化学成分范围较宽。同钢种的不同炉号性能差别较大。夹杂含量高，加之在钢中存在形态无法控制，必然导致钢的机械性能在不同方向上存在较大的差异。齐齐哈尔车辆有限公司研究开发了铁路货车高端车钩铸件新钢种E+级钢，传统的炼钢设备和炼钢工艺难以满足新钢种的工艺要求，通过精煉技术提高铸钢件质量是铁路铸钢件生产发展的必然趋势，偏心底出钢电弧炉的留钢留渣操作，可实现无渣出钢，钢流短且呈直线状，为精炼炉提供优质钢液。LF炉精炼具有精确控制钢水成分和浇注温度，降低钢中[O]、[P]、[S]含量，降低钢中夹杂物含量和改变夹杂物形态等功能。
1工艺流程及主要设备参数
主要生产工艺流程：电弧炉准备、钢包准备、原辅材料准备→补炉→装料→熔化→氧化→出钢→LF精炼→喂线→热装塞杆→引流浇注
EBT电弧炉及钢包炉（LF）的主要技术参数见表1。生产主要产品如图1
2 主要研究内容
2.1 E+级钢化学成分中P、S、Al的控制，通过LF钢包精炼可以更加精确的控制P、S、Al的化学成分。机械性能及气体含量要求见表2
2.2操作过程控制
2.2.1磷的控制
E+级钢要求P≤0.015%，初炼炉留钢留渣操作，熔氧结合工艺，造高碱度、强氧化性、流动性良好的氧化渣，在熔氧前期温度较低的情况下对脱磷十分有利，熔氧后期流渣操作，放掉高磷炉渣造新渣，出钢前可控制在较低水平。多次装料在最后一次装料前根据前期流渣情况部分放渣，一般为渣量的10%-30%。去磷操作应在熔氧前期基本完成，保证炉渣的碱度的氧化性，及时补加石灰和吹氧操作，及时放掉高磷炉渣，以免后期发生返磷。在磷能达到要求的情况下应尽量避免补加渣料和流渣。全炉所需渣料尽可能在全熔前加完，特殊情况（如全熔P高或低P钢），全熔后可进行换渣操作。整个熔化、氧化过程渣量要达到3%-4%，前期渣量大，后期偏小，碱度达到2-3。熔氧前期大渣量脱磷，不断流渣，及时放掉高磷炉渣并造新渣。自动流渣后，及时补加石灰和碳粉组成的泡沫渣料，保持炉渣的碱度和发泡能力。留钢操作，出钢过程不下渣，减少了后期还原的回磷。出钢过程要保证炉体倾动速度合适，保证出钢口上面的钢水深度基本不变，出钢箱内的钢水液位不能过高，防止钢水从EBT填料孔溢出或者烧坏水冷盘。但钢水液位也不能太低，否则出钢时的涡流现象卷渣进入钢包。
2.2.2硫的控制
E+级钢要求S≤0.015%，出钢过程随钢流加入低熔点合成渣，利用钢渣混冲扩大脱硫反应界面，可去除钢中30%-50%的硫，LF精炼过程中造高碱度、低氧化性、流动性良好的炉渣，在较高温度下利用氩气的搅拌，硫可控制在0.010%以下甚至更低。
钢包到位后，降下炉盖，补加石灰、萤石并以中低功率供电，化渣阶段中等强度供氩，以加速化渣并促进钢渣反应。精炼过程中，总渣量保持在当炉钢水量的1.5%-2.5%，炉渣碱度2.5-3.5。化渣完毕加入SiC粉脱氧造渣，炉渣转白后，高强供氩，促进钢渣界面反应，时间控制在4-6分钟。测温，钢液温度大于1550℃时，取样分析钢液化学成分。升温阶段降低吹氩强度，造泡沫渣，以较大功率供电，促进快速升温。视渣况分批少量加入碳化硅粉，保持还原气氛。白渣FeO含量小于1%，白渣保持20分钟以上，保证充分的脱硫反应时间。
2.2.3铝的控制
铝的含量控制范围0.020%-0.050%，保证充分脱氧的同时，适量的氮化铝起到细化晶粒，提高强度的作用。采用喂线工艺精确控制钢水中铝的含量。精炼结束，根据钢水中铝含量确定铝线喂入量。吹氩压力0.15-0.25MPa，根据透气砖情况适当调节，禁止钢液裸露。铝线铝含量≥99%，铝线直径φ9.5mm。喂线速度70-140m/min，保证铝线穿入钢水内，避免飘浮在表面烧损。喂入量0.5-0.7Kg/t（成品要求铝含量：0.020%-0.050%）。喂线之后，采用较小吹氩量，软吹不小于3分钟后取样分析钢种全成分，合格后允许浇注产品。
2.2.4 [O]、[N]和夹杂物控制
熔氧期脱碳量在0.30%以上，脱碳速度控制在0.01-0.03%/min，保证熔池均匀活跃的沸腾，去除钢液气体（氢和氮）及夹杂物。钢水中碳氧反应生成CO气泡，并在钢液中上浮。这些CO气泡对于熔解在钢中的[H]、[N]就是一个真空室，钢中的氢和氮将不断向CO气泡扩散，随气泡上浮而带出熔池。同时悬浮在钢液中的SiO2、TiO2、Al2O3等细小固体夹杂物，在氧化性的钢液中易形成FeO·SiO2、FeO·TiO2和FeO·Al2O3等低熔点大颗粒夹杂物，在沸腾的钢液中夹杂物容易相互碰撞形成更大的夹杂物，并上浮到渣中被炉渣吸收。CO气泡在上浮过程中，其表面也会粘附一些氧化物夹杂，在钢液沸腾时去除。
LF炉操作过程中钢液会吸氮。在精炼温度下，钢液中的氮远未达到平衡，只要钢液与大气接触就会吸氮，因此合理控制精炼时间，控制吹氩强度和高强度供氩时间，减少钢液裸露时间非常重要。钢水弱搅拌净化处理技术是通过弱的氩气搅拌促使夹杂物上浮，它对提高钢水质量起到关键作用。由于钢包熔池深，钢液循环带入包底的夹杂和卷入钢液的渣需要一定时间和动力促使上浮。弱搅拌不会导致卷渣，吹入的氩气泡可为10微米或更小的不易排出的夹杂颗粒粘附在气泡表面，随着气泡的上浮而排入渣中。弱搅拌时间为3-5min，夹杂物总量可降低50%左右。
3 生产实践
2017年1-6月为BHP、FMG公司生产的高强度车钩产品均采用LF精炼工艺生产，随机抽取8炉车钩产品统计P，S含量如表3，机械性能如表4，[O]、[N]及夹杂物如表5。
4 结论
1、LF精炼工艺生产E+钢，钢水成分得到较精确控制，磷可控制在0.015%以下，硫可控制在0.010以下。
2、[O]可控制在50PPm以下，[N] 可控制在80PPm以下，夹杂物数量、尺寸和形状得到有效控制。
3、LF精炼工艺生产E+钢的铁路铸钢件能够满足国际高端铁路货车提速重载的发展要求。
参考文献：
[1]王新江，现代电炉炼钢生产技术手册 [M].北京：冶金工业出版社，2009.102-104.
[2]高泽平，炼钢工艺学[M].北京：冶金工业出版社，2006. 280-282.
[3]俞海明，现代电炉炼钢操作 [M].北京：冶金工业出版社，2009.308-309.
[4]黄剑，汪德伟.50吨LF炉精炼工艺实践[J].冶金标准化与质量，2010（2）.47-55.
[5]高泽平，炉外精炼教程[M].北京：冶金工业出版社，2011.23-25.
作者简介：
王雪（1982-），男，工程师，从事炼钢技术工作。
关键词：EBT；弱搅拌； LF精炼；熔氧结合工艺；夹杂物
我国至今已向澳大利亚力拓公司、BHP公司、FMG公司和巴西淡水河谷公司生产了近2万辆矿石车。最大的矿石车编组为240辆/列，总牵引重量为3.84万吨，为大秦线总牵引重量的1.7倍，其运用车钩产品已经达到了35吨、37吨和40 吨轴重，可见其运行工况非常恶劣。从技术上看，对铸钢件质量日益苛刻的要求主要表现在纯洁度高，各向异性小，合金成分范围窄等方面。由于传统炼钢方法合金的收得率波动很大，所以钢的化学成分范围较宽。同钢种的不同炉号性能差别较大。夹杂含量高，加之在钢中存在形态无法控制，必然导致钢的机械性能在不同方向上存在较大的差异。齐齐哈尔车辆有限公司研究开发了铁路货车高端车钩铸件新钢种E+级钢，传统的炼钢设备和炼钢工艺难以满足新钢种的工艺要求，通过精煉技术提高铸钢件质量是铁路铸钢件生产发展的必然趋势，偏心底出钢电弧炉的留钢留渣操作，可实现无渣出钢，钢流短且呈直线状，为精炼炉提供优质钢液。LF炉精炼具有精确控制钢水成分和浇注温度，降低钢中[O]、[P]、[S]含量，降低钢中夹杂物含量和改变夹杂物形态等功能。
1工艺流程及主要设备参数
主要生产工艺流程：电弧炉准备、钢包准备、原辅材料准备→补炉→装料→熔化→氧化→出钢→LF精炼→喂线→热装塞杆→引流浇注
EBT电弧炉及钢包炉（LF）的主要技术参数见表1。生产主要产品如图1
2 主要研究内容
2.1 E+级钢化学成分中P、S、Al的控制，通过LF钢包精炼可以更加精确的控制P、S、Al的化学成分。机械性能及气体含量要求见表2
2.2操作过程控制
2.2.1磷的控制
E+级钢要求P≤0.015%，初炼炉留钢留渣操作，熔氧结合工艺，造高碱度、强氧化性、流动性良好的氧化渣，在熔氧前期温度较低的情况下对脱磷十分有利，熔氧后期流渣操作，放掉高磷炉渣造新渣，出钢前可控制在较低水平。多次装料在最后一次装料前根据前期流渣情况部分放渣，一般为渣量的10%-30%。去磷操作应在熔氧前期基本完成，保证炉渣的碱度的氧化性，及时补加石灰和吹氧操作，及时放掉高磷炉渣，以免后期发生返磷。在磷能达到要求的情况下应尽量避免补加渣料和流渣。全炉所需渣料尽可能在全熔前加完，特殊情况（如全熔P高或低P钢），全熔后可进行换渣操作。整个熔化、氧化过程渣量要达到3%-4%，前期渣量大，后期偏小，碱度达到2-3。熔氧前期大渣量脱磷，不断流渣，及时放掉高磷炉渣并造新渣。自动流渣后，及时补加石灰和碳粉组成的泡沫渣料，保持炉渣的碱度和发泡能力。留钢操作，出钢过程不下渣，减少了后期还原的回磷。出钢过程要保证炉体倾动速度合适，保证出钢口上面的钢水深度基本不变，出钢箱内的钢水液位不能过高，防止钢水从EBT填料孔溢出或者烧坏水冷盘。但钢水液位也不能太低，否则出钢时的涡流现象卷渣进入钢包。
2.2.2硫的控制
E+级钢要求S≤0.015%，出钢过程随钢流加入低熔点合成渣，利用钢渣混冲扩大脱硫反应界面，可去除钢中30%-50%的硫，LF精炼过程中造高碱度、低氧化性、流动性良好的炉渣，在较高温度下利用氩气的搅拌，硫可控制在0.010%以下甚至更低。
钢包到位后，降下炉盖，补加石灰、萤石并以中低功率供电，化渣阶段中等强度供氩，以加速化渣并促进钢渣反应。精炼过程中，总渣量保持在当炉钢水量的1.5%-2.5%，炉渣碱度2.5-3.5。化渣完毕加入SiC粉脱氧造渣，炉渣转白后，高强供氩，促进钢渣界面反应，时间控制在4-6分钟。测温，钢液温度大于1550℃时，取样分析钢液化学成分。升温阶段降低吹氩强度，造泡沫渣，以较大功率供电，促进快速升温。视渣况分批少量加入碳化硅粉，保持还原气氛。白渣FeO含量小于1%，白渣保持20分钟以上，保证充分的脱硫反应时间。
2.2.3铝的控制
铝的含量控制范围0.020%-0.050%，保证充分脱氧的同时，适量的氮化铝起到细化晶粒，提高强度的作用。采用喂线工艺精确控制钢水中铝的含量。精炼结束，根据钢水中铝含量确定铝线喂入量。吹氩压力0.15-0.25MPa，根据透气砖情况适当调节，禁止钢液裸露。铝线铝含量≥99%，铝线直径φ9.5mm。喂线速度70-140m/min，保证铝线穿入钢水内，避免飘浮在表面烧损。喂入量0.5-0.7Kg/t（成品要求铝含量：0.020%-0.050%）。喂线之后，采用较小吹氩量，软吹不小于3分钟后取样分析钢种全成分，合格后允许浇注产品。
2.2.4 [O]、[N]和夹杂物控制
熔氧期脱碳量在0.30%以上，脱碳速度控制在0.01-0.03%/min，保证熔池均匀活跃的沸腾，去除钢液气体（氢和氮）及夹杂物。钢水中碳氧反应生成CO气泡，并在钢液中上浮。这些CO气泡对于熔解在钢中的[H]、[N]就是一个真空室，钢中的氢和氮将不断向CO气泡扩散，随气泡上浮而带出熔池。同时悬浮在钢液中的SiO2、TiO2、Al2O3等细小固体夹杂物，在氧化性的钢液中易形成FeO·SiO2、FeO·TiO2和FeO·Al2O3等低熔点大颗粒夹杂物，在沸腾的钢液中夹杂物容易相互碰撞形成更大的夹杂物，并上浮到渣中被炉渣吸收。CO气泡在上浮过程中，其表面也会粘附一些氧化物夹杂，在钢液沸腾时去除。
LF炉操作过程中钢液会吸氮。在精炼温度下，钢液中的氮远未达到平衡，只要钢液与大气接触就会吸氮，因此合理控制精炼时间，控制吹氩强度和高强度供氩时间，减少钢液裸露时间非常重要。钢水弱搅拌净化处理技术是通过弱的氩气搅拌促使夹杂物上浮，它对提高钢水质量起到关键作用。由于钢包熔池深，钢液循环带入包底的夹杂和卷入钢液的渣需要一定时间和动力促使上浮。弱搅拌不会导致卷渣，吹入的氩气泡可为10微米或更小的不易排出的夹杂颗粒粘附在气泡表面，随着气泡的上浮而排入渣中。弱搅拌时间为3-5min，夹杂物总量可降低50%左右。
3 生产实践
2017年1-6月为BHP、FMG公司生产的高强度车钩产品均采用LF精炼工艺生产，随机抽取8炉车钩产品统计P，S含量如表3，机械性能如表4，[O]、[N]及夹杂物如表5。
4 结论
1、LF精炼工艺生产E+钢，钢水成分得到较精确控制，磷可控制在0.015%以下，硫可控制在0.010以下。
2、[O]可控制在50PPm以下，[N] 可控制在80PPm以下，夹杂物数量、尺寸和形状得到有效控制。
3、LF精炼工艺生产E+钢的铁路铸钢件能够满足国际高端铁路货车提速重载的发展要求。
参考文献：
[1]王新江，现代电炉炼钢生产技术手册 [M].北京：冶金工业出版社，2009.102-104.
[2]高泽平，炼钢工艺学[M].北京：冶金工业出版社，2006. 280-282.
[3]俞海明，现代电炉炼钢操作 [M].北京：冶金工业出版社，2009.308-309.
[4]黄剑，汪德伟.50吨LF炉精炼工艺实践[J].冶金标准化与质量，2010（2）.47-55.
[5]高泽平，炉外精炼教程[M].北京：冶金工业出版社，2011.23-25.
作者简介：
王雪（1982-），男，工程师，从事炼钢技术工作。