CN110923405B - 一种减少钢轨中氢危害的工艺控制方法 - Google Patents
一种减少钢轨中氢危害的工艺控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种减少钢轨中氢危害的工艺控制方法,包括铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH精炼和大方坯连铸工序;铁水预处理工序,铁水预脱硫处理完毕后,铁水中的硫含量控制在0.010‑0.015 wt%之间;转炉工序,在冶炼完毕后出钢合金化中,添加主要成分为CaO和SiO2的合成渣,保持吹氩气时间大于3分钟,在转炉出钢后快速成渣的同时,保证夹杂物充分上浮。本发明通过控制冶炼过程钢水中MnS和夹杂物含量,达到增设“氢陷阱”的目的,而又不使夹杂物含量超标,将钢轨中的氢危害降至最低。
Description
技术领域
本发明涉及一种经济有效的降低钢轨中氢危害的工艺控制方法,属于冶金工业生产的炼钢领域。
背景技术
作为铁路的支撑,钢轨是重要的基础。而钢轨对质量的要求可以说是非常苛刻的,涉及到人生命安全问题,所以相比其他钢,钢轨钢对质量的要求最为严格。氢含量的高低对钢轨影响非常大,钢轨中氢含量高,会导致钢轨服役寿命大幅降低,甚至出现断轨,也就是通常人们说的氢致白点,严重威胁列车的安全运行。
在传统炼钢过程中,通过铁水预处理,可以有效地降低钢水中的S含量,进而实现减少A类夹杂物的数量;通过RH或者VD可以实现氢含量控制在2.5ppm以下,以满足铁路对钢轨的质量要求,所以目前凡是给中国铁路总公司提供钢轨的生产厂必须具备脱氢工序。在高铁发展的同时,更快的速度也是人们一直追求的目标,而速度进一步提高,必然将进一步提高对钢轨的质量控制要求,尤其是对钢轨中氢含量有着更为苛刻的要求,高速轨要求钢轨中的氢含量不得大于2.0ppm。如何进一步提升钢轨钢质量,尤其是钢轨内部质量,夹杂物、氢含量、氧含量的控制等,成为业内重点关注的课题。
中国专利申请201810985622.2公开了“一种钢轨氢含量的控制方法”;201710317633.9公开了“一种控制钢轨中氢含量的方法”;这两项发明申请均是借助减少钢水冶炼过程中原材料的水分,对钢包、中间包等与钢水直接接触的耐火材料进行烘烤,再对最终的铸坯进行缓冷控制等措施,以达到降低钢中氢含量的目的。以上两项发明申请均是针对如何减少钢中的氢含量进行的研究,但如何减少钢中既有氢含量对钢轨的危害,却没有提及,而钢中氢含量带来的危害,会严重危及列车的运行安全。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种减少钢轨中氢危害的工艺控制方法,通过控制冶炼过程钢水中MnS和夹杂物含量,达到增设“氢陷阱”的目的,而又不使夹杂物含量超标,将钢轨中的氢危害降至最低。
解决上述技术问题的技术方案是:
减少钢轨中氢危害的工艺控制方法,包括铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH精炼和大方坯连铸工序;
所述铁水预处理工序,铁水预脱硫处理完毕后,铁水中的硫含量控制在0.010-0.015 wt%之间;
所述转炉工序,在冶炼完毕后出钢合金化中,添加主要成分为CaO和SiO2的合成渣,保持吹氩气时间大于3分钟,在转炉出钢后快速成渣的同时,保证夹杂物充分上浮,合成渣成分组成及质量百分含量为:CaO:38-52%,SiO2:40-50%,MgO≤8.0% ,P≤0.08%,S≤0.15%,CaF2≤5%。
上述的减少钢轨中氢危害的工艺控制方法,所述LF精炼工序造低碱度还原渣,保证顶渣碱度在1.5-2.5之间,还原渣保持15分钟以上,吹氩10分钟以上,保证钢水液面不裸露,减少外界空气对钢水的污染,同时有效促进夹杂物充分上浮。
所述RH精炼工序,保证真空度在67Pa以下,使钢水在真空环境下充分循环,处理完毕后,软吹时间延长至20分钟以上,使夹杂物充分上浮,进而提升钢水质量。
上述的减少钢轨中氢危害的工艺控制方法,所述在LF处理完毕后,钢水硫含量控制在0.007-0.010wt%之间;LF精炼后成分确保符合成品要求,避免RH过程添加合金,增加钢水夹杂。
上述的减少钢轨中氢危害的工艺控制方法,所述铁水预处理工序,通过向铁水内喷吹硫化石灰和钝化镁粉进行铁水预脱硫,铁水预脱硫处理完毕后,铁水中的硫含量控制在0.010-0.015 wt%之间。
钢轨钢在冶炼过程中,传统工艺通过对入炉原材料水分控制,精炼过程,铸坯缓冷等工艺实现钢中氢含量的降低。但存在的弊端是,通过精炼脱气前入炉原材料水分和精炼过程的控制,仍然有因为成分调整,会在最后的精炼处理中加入合金等原料,连铸拉钢过程中也会增加钢水中的氢含量,所以,仍然无法避免氢对钢轨造成的危害。单纯地降低钢水中的氢含量无法避免其带来的危害。
本发明通过采用浅脱硫处理模式提升钢水中的硫含量,在转炉出钢后加入合成渣快速成渣,LF精炼造低碱度还原渣等实现钢水中保有一定量的S含量,通过延长转炉冶炼、LF精炼、RH真空处理软吹时间等措施,实现夹杂物的有效控制和充分上浮。该发明技术使得钢轨冶炼过程中,钢水既保留了一部分MnS含量,同时有效控制钢水中的夹杂物含量和数量;在后续钢轨轧制中,由于MnS的延展性好,可以很好地生成“氢陷阱”,使钢轨中的氢危害降至最低,同时因为夹杂物大小和数量的控制,又不至于使夹杂物对钢轨造成危害,最终不仅使钢中氢危害降至最低,同时也避免了夹杂物对钢水的影响。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于:
本发明不额外增加生产成本,通过控制冶炼过程钢水中MnS和夹杂物含量,达到增设“氢陷阱”的目的,而又不使夹杂物含量超标,将钢轨中的氢危害降至最低,保证钢轨在线服役正常。本发明操作简便,效果稳定,为钢轨中氢危害的控制提供了技术支持,具有广阔的应用前景。
具体实施方式:
以下通过具体实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1:
本实施例为某钢轨钢,主要成分为包括C:0.90-1.05wt%,Si:0.20-0.60 wt%,Mn:1.00-1.30 wt%,Cr:0.25-0.30%,P:≤0.020wt%,S:≤0.020wt%,冶炼过程中,向铁水内喷吹硫化石灰和钝化镁粉进行铁水预脱硫,控制铁水中的S含量为0.010 wt%,转炉出钢中加入600kg的合成渣,合成渣的成分及质量百分含量分别为:CaO:46%,SiO2:45%,MgO:6%, P:0.03%,S:0.12%,CaF2:2.85%。吹氩时间为3.5分钟,LF精炼过程顶渣碱度为1.8,还原渣保持在15分钟,吹氩时间为10分钟,LF处理完毕后,钢水中的S含量为0.008 wt%,RH精炼前成分已满足标准要求,RH未进行成分调整,避免了合金料的加入,RH处理过程真空度为44Pa,软吹时间为25分钟,按一个浇次13炉统计,通过连铸中包在线定氢,钢轨钢水中氢含量控制在1.2-1.5ppm,探伤合格率100%,钢轨在线路服役后未出现氢危害的情况。
实施例2:
本实施例为某钢轨钢,主要成分为包括C: 0.72-0.80 wt%,Si:0.15-0.58 wt%,Mn:0.70-1.20 wt%,Cr:0.25-0.30%,P:≤0.020wt%,S:≤0.025wt%,冶炼过程中,向铁水内喷吹硫化石灰和钝化镁粉进行铁水预脱硫,控制铁水中的S含量为0.015 wt%,转炉出钢中加入600kg的合成渣,合成渣的成分及质量百分含量分别为:CaO:50%,SiO2:40%,MgO:5%,P:0.05%,S:0.15%,CaF2:4.8%。吹氩时间为4分钟,LF精炼过程顶渣碱度为1.7,还原渣保持在20分钟,吹氩时间为15分钟,LF处理完毕后,钢水中的S含量为0.007 wt%,RH精炼前成分已满足标准要求,RH未进行成分调整,避免了合金料的加入,RH处理过程真空度为67Pa,软吹时间为22分钟,按一个浇次13炉统计,通过连铸中包在线定氢,钢轨钢水中氢含量控制在1.0-1.3ppm,探伤合格率100%,钢轨在线路服役后未出现氢危害的情况。
实施例3:
本实施例为某钢轨钢,主要成分为包括C:0.50-0.60 wt%,Si:0.20-0.60 wt%,Mn:1.00-1.25 wt%,P:≤0.025wt%,S:≤0.025wt%,冶炼过程中,向铁水内喷吹硫化石灰和钝化镁粉进行铁水预脱硫,控制铁水中的S含量为0.012 wt%,转炉出钢中加入600kg的合成渣,合成渣的成分及质量百分含量分别为:CaO:45%,SiO2:45%,MgO:7%, P:0.05%,S:0.10%,CaF2:2.85%。吹氩时间为4.5分钟,LF精炼过程顶渣碱度为1.9,还原渣保持在22分钟,吹氩时间为11分钟,LF处理完毕后,钢水中的S含量为0.008 wt%,RH精炼前成分已满足标准要求,RH未进行成分调整,避免了合金料的加入,RH处理过程真空度为50Pa,软吹时间为20分钟,按一个浇次13炉统计,通过连铸中包在线定氢,钢轨钢水中氢含量控制在1.2-1.5ppm,探伤合格率100%,钢轨在线路服役后未出现氢危害的情况。
实施例4:
本实施例为某钢轨钢,主要成分为包括C: 0.72-0.80 wt%,Si:0.15-0.58 wt%,Mn:0.70-1.20 wt%,Cr:0.10-0.15%,P:≤0.020wt%,S:≤0.025wt%,冶炼过程中,向铁水内喷吹硫化石灰和钝化镁粉进行铁水预脱硫,控制铁水中的S含量为0.011 wt%,转炉出钢中加入600kg的合成渣,合成渣的成分及质量百分含量分别为:CaO:42%,SiO2:47%,MgO:7.5%,P:0.05%,S:0.10%,CaF2:3.35%。吹氩时间为3.8分钟,LF精炼过程顶渣碱度为2.0,还原渣保持在18分钟,吹氩时间为18分钟,LF处理完毕后,钢水中的S含量为0.009 wt%,RH精炼前成分已满足标准要求,RH未进行成分调整,避免了合金料的加入,RH处理过程真空度为44Pa,软吹时间为28分钟,按一个浇次13炉统计,通过连铸中包在线定氢,钢轨钢水中氢含量控制在1.0-1.5ppm,探伤合格率100%,钢轨在线路服役后未出现氢危害的情况。
实施例5:
本实施例为某钢轨钢,主要成分为包括C:0.71-0.80 wt%,Si:0.50-0.80 wt%,Mn:0.75-1.05 wt%,V:0.04-0.12%,P:≤0.030wt%,冶炼过程中,向铁水内喷吹硫化石灰和钝化镁粉进行铁水预脱硫,控制铁水中的S含量为0.014 wt%,转炉出钢中加入600kg的合成渣,合成渣的成分及质量百分含量分别为:CaO:45%,SiO2:46%,MgO:7%, P:0.05%,S:0.10%,CaF2:1.85%。吹氩时间为3.6分钟,LF精炼过程顶渣碱度为1.5,还原渣保持在25分钟,吹氩时间为12分钟,LF处理完毕后,钢水中的S含量为0.010 wt%,RH精炼前成分已满足标准要求,RH未进行成分调整,避免了合金料的加入,RH处理过程真空度为36Pa,软吹时间为30分钟,按一个浇次13炉统计,通过连铸中包在线定氢,钢轨钢水中氢含量控制在1.1-1.4ppm,探伤合格率100%,钢轨在线路服役后未出现氢危害的情况。
实施例6:
本实施例为某钢轨钢,主要成分为包括C:0.67-0.76 wt%,Si:0.15-0.58 wt%,Mn:0.70-1.20 wt%,P:≤0.030wt%,S:≤0.025wt%,冶炼过程中,向铁水内喷吹硫化石灰和钝化镁粉进行铁水预脱硫,控制铁水中的S含量为0.011 wt%,转炉出钢中加入600kg的合成渣,合成渣的成分及质量百分含量分别为:CaO:38%,SiO2:50%,MgO:7%, P:0.05%,S:0.15%,CaF2:4.8%。吹氩时间为3.2分钟,LF精炼过程顶渣碱度为2.5,还原渣保持在20分钟,吹氩时间为15分钟,LF处理完毕后,钢水中的S含量为0.009 wt%,RH精炼前成分已满足标准要求,RH未进行成分调整,避免了合金料的加入,RH处理过程真空度为65Pa,软吹时间为21分钟,按一个浇次13炉统计,通过连铸中包在线定氢,钢轨钢水中氢含量控制在0.9-1.3ppm,探伤合格率100%,钢轨在线路服役后未出现氢危害的情况。
根据本发明的实施例,通过控制冶炼过程钢水中MnS含量,达到增设“氢陷阱”的目的,同时通过工艺控制,杜绝夹杂物超标造成钢轨质量不合,不仅使钢轨的氢危害降低至最低,还使钢轨质量得到了保证,钢轨服役状况良好,实现列车线路安全运行。
Claims (3)
1.减少钢轨中氢危害的工艺控制方法,包括铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH精炼和大方坯连铸工序;其特征在于:
所述铁水预处理工序,铁水预脱硫处理完毕后,铁水中的硫含量控制在0.011-0.015wt%之间;
所述转炉工序,在冶炼完毕后出钢合金化中,添加合成渣,保持吹氩气时间大于3分钟,所述合成渣成分组成及质量百分含量为:CaO:38-52%,SiO2:45-50%,MgO≤8.0% ,P≤0.08%,S≤0.15%,CaF2≤5%;
所述LF精炼工序造低碱度还原渣,保证顶渣碱度在1.5-2.5之间,还原渣保持15分钟以上,吹氩10分钟以上,保证钢水液面不裸露,LF处理完毕后,钢水硫含量控制在0.007-0.010wt%之间;LF精炼后成分确保符合成品要求。
2.如权利要求1所述的减少钢轨中氢危害的工艺控制方法,其特征在于:
所述RH精炼工序,保证真空度在67Pa以下,使钢水在真空环境下充分循环,处理完毕后,软吹时间延长至20分钟以上。
3.如权利要求1或2所述的减少钢轨中氢危害的工艺控制方法,其特征在于:所述铁水预处理工序,通过向铁水内喷吹硫化石灰和钝化镁粉进行铁水预脱硫。
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