CN112593136A - 降低高速铁路用钢轨中大型夹杂物形成的冶炼方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种能降低高速铁路用钢轨中大型夹杂物形成的冶炼方法，包括转炉冶炼、LF精炼、RH精炼和连铸工序，入炉铁水在正常吹炼后，转炉出钢在正常无铝脱氧合金化基础上吨钢加入2‑3kg低铝硅钙钡进行钢水强脱氧，保证钢水较低的氧含量以及铝含量，降低夹杂物的形成；出钢完成后加入含Al2O3渣洗料4‑6kg/t，控制炉渣中Al2O3含量在10‑15wt%。可有效避免现有高速铁路用钢轨在炼钢、连铸、轧制等生产过程中大型夹杂物的形成，降低夹杂物的轧后变形能力。

Description

降低高速铁路用钢轨中大型夹杂物形成的冶炼方法
技术领域
本发明涉炼钢及连铸工艺，尤其涉及一种降低高速铁路用钢轨中大型夹杂物形成的冶炼方法。
背景技术
随着高速铁路的高速、安全、稳定发展，对钢轨钢的内部质量和性能提出了更高、更苛刻的要求。目前钢轨的主要发展趋势是高强度、高韧性和高纯净度。高纯净度对产品内部质量提出了更加严格的要求，钢轨内部质量主要依靠超声波探伤检测，钢中大尺寸夹杂物是高速轨超声波探伤不合的主要原因。
导致高速轨超声波探伤不合的大型夹杂物类缺陷主要是在炼钢及连铸过程中形成的低熔点、难上浮且易变形的Si-Ca类夹杂。目前国内重轨冶炼技术均是采用低碱度低Al2O3渣系，易形成Si-Ca类夹杂；该类夹杂物易变形，重轨钢轧制压缩比大，轧后夹杂物进一步延伸，形成大型夹杂物缺陷，易造成钢轨超声波探伤不合。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种降低高速铁路用钢轨中大型夹杂物形成的冶炼方法，可有效降低现有高速铁路用钢轨在炼钢、连铸等生产过程中大型夹杂物的形成，降低轧制过程中夹杂物的变形能力。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
降低高速铁路用钢轨中大型夹杂物形成的冶炼方法，包括转炉冶炼、LF精炼、RH精炼和连铸工序，其改进之处为：入炉铁水在正常吹炼后，转炉出钢在正常无铝脱氧合金化基础上吨钢加入2-3kg低铝硅钙钡进行钢水强脱氧，保证钢水较低的氧含量以及铝含量，降低夹杂物的形成；出钢完成后加入含Al2O3渣洗料4-6kg/t，控制炉渣中Al2O3含量在10-15wt%。
上述的降低高速铁路用钢轨中大型夹杂物形成的冶炼方法，所述LF精炼加入石灰、硅灰石和碳化硅进行白渣精炼，控制炉渣碱度2.3-3.0，渣中Al2O3含量在10-15wt%，保持白渣时间20min以上，无需进行弱搅拌。
上述的降低高速铁路用钢轨中大型夹杂物形成的冶炼方法，所述RH精炼工序，进行RH真空循环脱气处理，RH真空循环脱气时间≥30min，其中≤100pa的高真空处理时间≥12min，在脱气同时，进一步减少渣中Al2O3向钢水中转换，降低钢水中Al含量；处理后静吹10min以上，进一步提高钢水纯净度。
上述的降低高速铁路用钢轨中大型夹杂物形成的冶炼方法，所述连铸工序钢水过热度采用高过热度，区别于传统理论过热度15-30℃，控制在20-45℃,恒拉速0.65m/min稳态浇铸，有利于钢中夹杂物充分上浮，控制夹杂物的聚集长大，降低钢中大型夹杂物的形成，生产出优质的铸坯。
上述的降低高速铁路用钢轨中大型夹杂物形成的冶炼方法，所述渣洗料中各成分质量百分含量为：CaO：40-50%；SiO2：3-5%；Al2O3：25-30%；MgO：3-5%；Al：4-8%；其他杂质＜5%。
上述的降低高速铁路用钢轨中大型夹杂物形成的冶炼方法，所述低铝硅钙钡中各成分的质量百分含量为：Si：40-50%，Ca：10-20%，Ba：15-25%，Al：＜2%，其他杂质＜8%。
本发明降低高速铁路用钢轨中大型夹杂物形成的冶炼方法，能有效控制引起高速铁路用钢轨探伤不合的大型Si-Ca类复合夹杂的形成及轧后尺寸变形能力。高速铁路用钢轨对钢中全Al含量及B类夹杂物控制要求严格，传统炼钢工艺采用低碱度低Al2O3渣系进行炉外精炼，能有效控制钢中全Al含量与B类夹杂，但易形成Si-Ca类复合夹杂，该类夹杂物塑性好，变形能力强，在重轨钢大压缩比的轧制条件下，极易形成引起超声波探伤不合的大型夹杂物，本专利冶炼方法从夹杂物改性控制的角度考虑，改变传统的LF精炼造渣工艺，炉渣要求较高碱度较高的Al2O3含量，适当调整RH真空处理工艺，在保证充分脱氢的前提下，适当延长RH处理时间和高真空保持时间，降低钢中全铝含量；同时在连铸适当提高钢液温度，采用区别于传统工艺（15-30℃）的高过热度（20-45℃）下恒拉速0.65/min进行浇铸，进一步降低钢中Si-Ca夹杂物聚集，促进夹杂物上浮，降低重轨钢中Si-Ca类大型夹杂物的形成。
采用上述技术方案的有益效果在于：
本发明通过创新炼钢及连铸生产工艺，可有效减少钢中夹杂物形成、降低钢中夹杂物轧后变形能力，同时，本发明通过改进炉后预脱氧、LF精炼、RH真空、连铸工艺，保证钢中Al含量控制在40ppm以下，降低钢中类复合夹杂的形成，可将高速铁路用钢轨探伤的合格率提高到98%以上，具有工艺简单、操作性强、效果显著的优点，提高了高速铁路用钢轨内部质量及超声波探伤性能合格率，进而实现了成本的降低，不仅为企业带来巨大的经济效益，同时还可以创造巨大的社会效益。
附图说明
图1是实施例1中各工序的夹杂物形成、数量检测结果图；
图2是采用实施例1工艺生产的高速轨夹杂物形貌图；
图3是采用普通工艺生产的高速轨夹杂物形貌图；
图4是实施例1中夹杂物控制情况分布图；
图5是普通工艺夹杂物控制情况分布图。
具体实施方式
本发明一种降低高速铁路用钢轨中大型夹杂物形成的冶炼方法，包括优化转炉炉后渣洗、LF白渣精炼、RH精炼及连铸技术，工艺如下所述：（1）转炉双渣法冶炼，按高碳钢工艺正常吹炼后，因为重轨钢对Al含量有严格要求，为进一步控制钢水中氧含量与夹杂物含量，出钢在正常脱氧合金化基础上吨钢加入2-3kg/t低铝硅钙钡进行钢水强化脱氧，同时加入含铝合成渣对钢包顶渣进行渣洗处理，出钢完成后加入含Al2O3渣洗料4-6kg/t，控制炉渣中Al2O3含量在10-15wt%；炉后大气搅拌5min以上；（2）LF精炼进站继续开旁吹大气搅拌3-5min，在传统无铝脱氧工艺基础上，加大石灰加入量，吨钢加入石灰8-12kg/t，硅灰石6-7kg/t和1.5kg/t碳化硅，进行高碱度为2.3-3.0，高Al2O3含量为10-15wt%的白渣精炼，保持白渣时间20min以上，保证渣、钢充分反应，使钢中夹杂物向脆性区变性。（3） RH真空精炼时间要求30min以上，其中高真空（≤100pa）处理时间≥12min，处理后静吹10min以上，在传统脱H基础上，进一步降低钢中全Al含量。（4）连铸区别于传统的低过热度浇铸，低过热度易让钢中Si-Ca夹杂聚集长大且不易上浮，采用高过热度，钢水过热度20-45℃,恒拉速0.65m/min稳态浇铸，能进一步避免钢中夹杂物聚集，促进钢中夹杂物的上浮。同时采用传统保护浇铸、结晶器电磁搅拌(M-EMS)，动态轻压下技术等先进设备，有效地控制了钢中Si-Ca类夹杂物的形成、聚集、长大。
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1-8：降低高速铁路用钢轨中大型夹杂物形成的方法，采用下述具体工艺设备。炼钢采用主要装备为120t氧气顶底复吹转炉、150t双工位LF精炼炉、150t双工位RH真空循环脱气精炼炉，五机五流矩形坯连铸机。
（1）所述高速轨牌号为U75VG，各实施例的成分百分含量见表1。
表1：各实施例的成分质量百分含量（wt%）
Figure DEST_PATH_IMAGE002
表1中，余量为Fe和不可避免的杂质。
（2）各实施例的工艺参数见表2，其中各实施例连铸拉速均采用恒拉速0.65m/min。
表2：各实施例的工艺参数
Figure DEST_PATH_IMAGE004
（3）各实施例的夹杂物、低倍及探伤检测结果见表3。
表3 各实施例低倍、夹杂物及探伤检测结果
Figure DEST_PATH_IMAGE006
表3 显示：各实施例的钢轨低倍、非金属夹杂物、超声波探伤检测均合格。
图1显示：通过60张3000×SEM照片分析可见，中包钢水夹杂物平均形成1.9μm ，夹杂物最大形成3.6μm ，完全满足高速轨中非金属夹杂物的要求。
图2、图3显示：采用本发明实施例1的工艺生产的高速轨，其中易造成钢轨超声波探伤不合的Si-Ca类夹杂物轧后尺寸控制在20um以内，并被包裹在MnS夹杂中，而采用普通高速轨生产工艺生产的成品中，Si-Ca类夹杂物达到483um，易导致钢轨超声波探伤不合。
图4、图5显示：实施例1较普通工艺，钢中夹杂物由塑性向脆性转变，降低了铸坯中夹杂物的轧后变形能力，减小了钢轨中夹杂物的尺寸，提高探伤合格率。

Claims (5)

1.降低高速铁路用钢轨中大型夹杂物形成的冶炼方法，包括转炉冶炼、LF精炼、RH精炼和连铸工序，其特征在于：入炉铁水吹炼后，转炉出钢在无铝脱氧合金化基础上吨钢加入2-3kg低铝硅钙钡进行钢水强脱氧；出钢完成后加入含Al2O3渣洗料4-6kg/t，控制炉渣中Al2O3含量在10-15wt%。
2.如权利要求1所述的降低高速铁路用钢轨中大型夹杂物形成的冶炼方法，其特征在于：所述LF精炼加入石灰、硅灰石和碳化硅进行白渣精炼，控制炉渣碱度2.3-3.0，渣中Al2O3含量在10-15wt%，保持白渣时间20min以上。
3.如权利要求1所述的降低高速铁路用钢轨中大型夹杂物形成的冶炼方法，其特征在于：所述RH精炼工序，RH真空循环脱气时间≥30min，其中≤100pa的高真空处理时间≥12min；静吹10min以上。
4.如权利要求1所述的降低高速铁路用钢轨中大型夹杂物形成的冶炼方法，其特征在于：所述连铸工序钢水过热度控制在20-45℃,恒拉速0.65m/min进行浇铸。
5.如权利要求1所述的降低高速铁路用钢轨中大型夹杂物形成的冶炼方法，其特征在于：所述渣洗料中各成分质量百分含量为：CaO：40-50%；SiO2：3-5%；Al2O3：25-30%；MgO：3-5%；Al：4-8%；其他杂质＜5%；
所述低铝硅钙钡中各成分的质量百分含量为：Si：40-50%，Ca：10-20%，Ba：15-25%，Al：＜2%，其他杂质＜8%。
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