CN114807779B - 一种重轨钢及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于钢铁冶金技术领域，具体为一种重轨钢及其制备工艺，针对传统重轨钢冶炼工艺采用硅锰、硅钙钡合金进行沉淀脱氧所存在的问题，在重轨钢的制备工艺过程中不加入脱氧铁合金，主要采用基于渣面扩散脱氧和真空碳脱氧的组合脱氧方式代替铁合金沉淀脱氧，将冶炼任务拆解，合理分配到各反应器中，使重轨钢中温度、氧含量、合金成分等实现协调控制，能够显著提升钢液洁净度，稳定控制合金收得率，缩短生产周期，适用于所有种类重轨钢的制备。

Description

一种重轨钢及其制备工艺
技术领域
本发明涉及钢铁冶金技术领域，具体为一种重轨钢及其制备工艺。
背景技术
铁路是国民经济的大动脉和重大民生工程，在社会发展中起到至关重要的作用。随着我国综合国力的不断增长，高速客运和重载货运的运输方式已成为铁路运输的主要发展方向。不断增加的列车时速和轴重均会导致重轨的服役条件更加恶劣，进而使重轨受到更大的损伤，这也对重轨钢的质量提出更高要求。因此在重轨钢生产中，需要优化原料条件，严格控制工艺过程，完善检测评价体系，减少造成钢基体不连续的非金属夹杂物数量或者利用各种调控手段使夹杂物变性。国内外生产重轨钢普遍采用的流程为BOF/EAF→LF→RH/VD→CC，在出钢和LF精炼时使用硅锰、硅钙钡合金等进行脱氧，造高碱度、高流动性、低氧化性的白渣降低钢液中氧、硫及夹杂物含量，保证最终钢材成分满足标准要求。该生产工艺较为成熟，但仍存在如下一些现有技术无法规避的问题：
（1）钢液洁净度：由于全流程采用硅锰、硅钙钡等合金脱氧，直接形成了在钢液中均匀分散的C类夹杂物。同时，重轨钢冶炼过程加入的大量Si、Mn、Ca等对传统精炼渣中Al2O3具有还原作用，使得Al进入钢液后与O结合，形成B类夹杂物。尽管在后期工序中有夹杂物改性，钢包软吹，中间包和结晶器冶金等控制手段，但无法从根源去除这些夹杂物，阻碍了重轨钢洁净度的进一步提升。
（2）合金耗量控制：硅元素和锰元素在重轨钢中既起到脱氧作用又起到合金化作用。每一炉钢转炉终点温度、氧含量、合金成分各不相同，则合金收得率波动大，钢中每增加0.1%合金元素所消耗合金量不稳定，使得现场操作工人为保证成分合格采取中限或上限操作，引起大量铁合金浪费。而且多数铁合金企业只提供主元素成分质保，杂质元素和夹杂物控制手段欠缺，大量使用铁合金甚至会造成钢液二次污染。
（3）生产节奏：传统工艺中转炉工序为使终点磷、碳和温度达标，进行“过氧化”即吹入远超过钢材中要求的氧气。钢液中的这些过量氧与合金元素结合后以氧化物形式存在，为使其充分上浮需要足够长的软吹和中间包停留时间。这样往复的工艺要求延长了每一炉钢的冶炼周期，也增加了全流程能量的耗散，形成庞大的能源消耗和温室气体排放。
发明内容
本发明针对传统重轨钢冶炼工艺采用硅锰、硅钙钡合金进行沉淀脱氧所存在的问题，提出了一种无需脱氧铁合金，能够显著提升钢液洁净度，稳定控制合金收得率，缩短生产周期的无污染炼钢工艺及其制备的重轨钢。该工艺主要采用基于渣面扩散脱氧和真空碳脱氧的组合脱氧方式代替铁合金沉淀脱氧，将冶炼任务拆解，合理分配到各反应器中，使重轨钢中温度、氧含量、合金成分等实现协调控制。
为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：
一种重轨钢，按重量百分比计，C 0.73-0.80，Si 0.55-0.75，Mn 0.75-1.00， Cr0.33-0.48，V 0.06-0.12，余量为铁和不可避免的杂质，所述重轨钢采用无污染炼钢工艺制备得到。
作为本发明所述的一种重轨钢的优选方案，其中：所述重轨钢中，按重量百分比计，Alt≤0.0015%、O≤0.0015%、N≤0.0040%和S≤0.0080%。
所述无污染脱氧工艺是指在重轨钢的制备工艺过程中不加入脱氧铁合金，采用基于渣面扩散脱氧和真空碳脱氧的组合脱氧方式代替铁合金沉淀脱氧，将冶炼任务拆解，合理分配到各反应器中，使重轨钢中温度、氧含量、合金成分等实现协调控制的工艺。
为解决上述技术问题，根据本发明的另一个方面，本发明提供了如下技术方案：
一种重轨钢的制备工艺，在重轨钢的制备工艺过程中不加入脱氧铁合金。
作为本发明所述的一种重轨钢的制备工艺的优选方案，其中：所述制备工艺为：BOF→LF→RH-OB→CC。
作为本发明所述的一种重轨钢的制备工艺的优选方案，其中：所述制备工艺包括如下步骤：
S1.BOF工序采用“高拉碳低终温”操作模式；BOF出钢后加入预熔精炼渣，控制精炼渣中FeO和MnO总量在1wt%以下；
S2.LF到站后，立即送电升温，同时加入石灰完成造渣，控制精炼渣碱度；
S3.RH-OB工序根据钢液成分和温度与目标成分和温度要求的差值，进行增碳或脱碳操作；RH-OB终点要求C、O含量达标，钢液温度比采用常规脱氧工艺要求高10-20℃，根据冶炼钢种成分要求向钢包中加入预熔的合金液；
S4.CC工序全过程进行保护浇铸。
作为本发明所述的一种重轨钢的制备工艺的优选方案，其中：所述步骤S1中，转炉氧枪采用分段变压变枪操作。
作为本发明所述的一种重轨钢的制备工艺的优选方案，其中：所述步骤S1中，控制入炉废钢比、炉渣碱度以及炉渣FeO含量。
作为本发明所述的一种重轨钢的制备工艺的优选方案，其中：所述步骤S3中，RH-OB工序进行真空梯级控制。
作为本发明所述的一种重轨钢的制备工艺的优选方案，其中：所述步骤S3中，使用耐火材料管向钢包中加入合金液。
为解决上述技术问题，根据本发明的另一个方面，本发明还提供了如下技术方案：
一种重轨钢，采用上述重轨钢的制备工艺制备得到。
本发明的有益效果如下：
本发明提出一种重轨钢及其制备工艺，针对传统重轨钢冶炼工艺采用硅锰、硅钙钡合金进行沉淀脱氧所存在的问题，在重轨钢的制备工艺过程中不加入脱氧铁合金，主要采用基于渣面扩散脱氧和真空碳脱氧的组合脱氧方式代替铁合金沉淀脱氧，将冶炼任务拆解，合理分配到各反应器中，使重轨钢中温度、氧含量、合金成分等实现协调控制，能够显著提升钢液洁净度，稳定控制合金收得率，缩短生产周期，适用于所有种类重轨钢的制备。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明实施例1中各类型夹杂物数量分布；
图2为本发明实施例2中各类型夹杂物数量分布；
图3为本发明实施例3中各类型夹杂物数量分布；
图4为对比例1中各类型夹杂物数量分布；
图5为对比例2中各类型夹杂物数量分布；
图6为对比例3中各类型夹杂物数量分布；
图7为对比例4中各类型夹杂物数量分布。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种重轨钢及其制备工艺，在重轨钢的制备工艺过程中不加入脱氧铁合金，能够实现无污染炼钢；
（1）提高钢液洁净度
本发明主要采用真空碳脱氧实现低氧控制，不使用任何脱氧铁合金，脱氧产物为CO或CO2气体直接逸出钢液，不会对钢材质量产生任何不利影响，从根源上防止了对重轨服役性能危害最大的B类夹杂物生成。因合金化过程在深脱氧后进行，已接近合金元素脱氧极限，加入的Si不会大量与钢液中氧结合生成C类夹杂物。
（2）稳定合金收得率
传统重轨钢生产需在转炉出钢过程或LF冶炼前期加入硅锰、硅钙钡等进行合金化，是伴随着脱氧同时进行的，存在多因素会对合金收得率产生影响。本发明在接近全流程末端直接加入预熔合金液，防止过程中钢液面裸露造成的二次氧化，稳定提高了合金收得率，并通过对预熔合金的质检，确保低杂质含量。
（3）加快生产节奏
转炉终点高拉碳且温度低，所需吹炼总时间可缩短约1min。LF工序只起到钢液升温和造白渣作用，无需提供额外热量用于合金熔化，可缩短时间约10min。RH-OB工序分三步到达极限真空度，预抽真空能达到良好的碳氧反应控制作用，减少真空处理时间约2min。钢包软吹只需将预熔合金液与钢液混匀，无需延长时间等待夹杂物上浮，可节约时间约5min。综合上述，使用本方法可加快生产节奏，满足高效化生产要求。
根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：
一种重轨钢的制备工艺，所述重轨钢按重量百分比计，C 0.73-0.80，Si 0.55-0.75，Mn 0.75-1.00， Cr 0.33-0.48，V 0.06-0.12，余量为铁和不可避免的杂质；
所述制备工艺为：BOF→LF→RH-OB→CC，在重轨钢的制备工艺过程中不加入脱氧铁合金。
所述制备工艺具体包括如下步骤：
S1.转炉工序采用“高拉碳低终温”操作模式，控制终点w[P]≤0.013%，w[C] 0.4-0.85%，w[O] 40-75ppm，终点温度1505-1545℃。转炉终点控制可根据实际冶炼钢种要求调整；
转炉出钢后，按照2.2-3.0kg/t加入预熔精炼渣，其他调渣剂按需配入，精炼渣成分要求CaO在38-42wt%，SiO2在40-45wt%，FeO和MnO总量在1wt%以下。
预熔精炼渣加入量可根据实际冶炼钢种要求调整，针对上述重轨钢成分，预熔精炼渣加入量为例如但不限于2.2kg/t、2.3kg/t、2.4kg/t、2.5kg/t、2.6kg/t、2.7kg/t、2.8kg/t、2.9kg/t、3.0kg/t中的任意一者或者任意两者之间的范围；精炼渣的组成控制也可根据实际冶炼钢种要求调整，针对上述重轨钢成分，精炼渣中CaO的含量可以为，例如但不限于38wt%、39wt%、40wt%、41wt%、42wt%中的任意一者或者任意两者之间的范围；精炼渣中SiO2的含量可以为，例如但不限于40wt%、41wt%、42wt%、43wt%、44wt%、45wt%中的任意一者或者任意两者之间的范围；
S2.LF到站后，立即送电升温至1590-1630℃，同时按照0.8-1.5kg/t加入石灰完成造渣，要求LF精炼时间≤35min，精炼渣碱度在1.50-1.70之间，LF终点w[C] 0.4-0.9%，w[O]≤80ppm，w[S]≤0.007%；
LF终点控制可根据实际冶炼钢种要求调整；针对上述重轨钢成分，立即送电升温的温度为例如但不限于1590℃、1600℃、1610℃、1620℃、1630℃中的任意一者或者任意两者之间的范围；石灰加入量为例如但不限于0.8kg/t、0.9kg/t、1.0kg/t、1.1kg/t、1.2kg/t、1.3kg/t、1.4kg/t、1.5kg/t中的任意一者或者任意两者之间的范围；精炼渣碱度为例如但不限于1.50、1.55、1.60、1.65、1.70中的任意一者或者任意两者之间的范围；
S3.在RH-OB中进行真空梯级控制，在67Pa以下高真空保持5-6min后，根据当前钢液成分、温度与目标要求的差值，进行加碳粉增碳操作或利用RH-OB氧枪进行脱碳操作。RH-OB终点要求C、O含量达标，温度比冶炼钢种常规脱氧工艺要求高10-20℃，根据冶炼钢种成分要求向钢包中加入预熔的低氧低氮低氢合金液。
S4.连铸全过程进行保护浇铸。
作为本发明所述的一种重轨钢的制备工艺的优选方案，其中：所述步骤S1之前还包括步骤S0，所述步骤S0为KR预处理，控制KR预处理出站时w[S]≤50ppm。
作为本发明所述的一种重轨钢的制备工艺的优选方案，其中：所述步骤S0中，铁水出KR预处理后，在10min内完成转炉兑铁水操作。
作为本发明所述的一种重轨钢的制备工艺的优选方案，其中：所述步骤S1中，为防止转炉喷溅，快速化渣化铁，转炉氧枪采用分段枪位和压力控制，开吹后2.5min内，枪位为1.50-1.75m，氧压为0.95-1.00MPa，供氧强度为4.4-4.8m3/(min·t)；开吹2.5-12min，枪位为1.35-1.55m，氧压为0.92-0.96MPa，供氧强度为4.2-4.5m3/(min·t)；开吹12min后，枪位为1.45-1.60m，氧压为0.88-0.94MPa，供氧强度为3.6-4.0m3/(min·t)。
转炉氧枪分段变压变枪操作可根据实际冶炼钢种要求调整，针对上述重轨钢成分，开吹后2.5min内，枪位为例如但不限于1.50m、1.55m、1.60m、1.65m、1.70m、1.75m中的任意一者或者任意两者之间的范围，氧压为例如但不限于0.95MPa、0.96MPa、0.97MPa、0.98MPa、0.99MPa、1.00MPa中的任意一者或者任意两者之间的范围，供氧强度为例如但不限于4.4m3/(min·t)、4.5m3/(min·t)、4.6m3/(min·t)、4.7m3/(min·t)、4.8m3/(min·t)中的任意一者或者任意两者之间的范围；开吹2.5-12min，枪位为例如但不限于1.35m、1.40m、1.45m、1.50m、1.55m中的任意一者或者任意两者之间的范围，氧压为例如但不限于0.92MPa、0.93MPa、0.94MPa、0.95MPa、0.96MPa中的任意一者或者任意两者之间的范围，供氧强度为例如但不限于4.2m3/(min·t)、4.3m3/(min·t)、4.4m3/(min·t)、4.5m3/(min·t)中的任意一者或者任意两者之间的范围；开吹12min后，枪位为例如但不限于1.45m、1.50m、1.55m、1.60m中的任意一者或者任意两者之间的范围，氧压为例如但不限于0.88MPa、0.89MPa、0.90MPa、0.91MPa、0.92MPa、0.93MPa、0.94MPa中的任意一者或者任意两者之间的范围，供氧强度为例如但不限于3.6m3/(min·t)、3.7m3/(min·t)、3.8m3/(min·t) 、3.9m3/(min·t) 、4.0m3/(min·t)中的任意一者或者任意两者之间的范围。
作为本发明所述的一种重轨钢的制备工艺的优选方案，其中：所述步骤S1中，为保证脱磷效果，入炉废钢比8.5%以下，吹炼过程炉渣碱度2.4-3.0，FeO含量16.5-20wt%。
针对上述重轨钢成分，入炉废钢比为例如但不限于8.5%、8%、7.5%、7%、6%、5%中的任意一者或者任意两者之间的范围；吹炼过程控制炉渣碱度为例如但不限于2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0中的任意一者或者任意两者之间的范围；FeO含量为例如但不限于16.5wt%、17wt%、18wt%、19wt%、20wt%中的任意一者或者任意两者之间的范围。
作为本发明所述的一种重轨钢的制备工艺的优选方案，其中：所述步骤S1中，转炉造渣料多批次加入，开吹后1min内加入总量1/2的石灰，1/3的白云石，余量根据化渣情况分3-5次加入，且需在开吹后12min内完成加料。出钢过程采用气动挡渣，出钢时间≤3.5min。
作为本发明所述的一种重轨钢的制备工艺的优选方案，其中：所述步骤S2中，在渣面按照1.1-1.3kg/t加入碳化硅，进行扩散脱氧以降低钢液氧含量。
针对上述重轨钢成分，碳化硅加入量为例如但不限于1.1kg/t、1.2kg/t、1.3kg/t中的任意一者或者任意两者之间的范围。
作为本发明所述的一种重轨钢的制备工艺的优选方案，其中：所述步骤S3中，所述真空梯级控制具体为：真空室压力为40-50kPa保持3-5min，真空室压力为5-10kPa保持7-10min，真空室压力≤67Pa保持8-10min，可使碳氧反应循序渐进，避免激烈反应引发钢液大喷。真空梯级控制的各级压力范围和保持时间可根据实际冶炼钢种要求调整。
作为本发明所述的一种重轨钢的制备工艺的优选方案，其中：所述步骤S3中，使用耐火材料管向钢包中加入合金液，钢包软吹4-6min混匀，例如可以采用锆质耐火材料管。
作为本发明所述的一种重轨钢的制备工艺的优选方案，其中：所述步骤S4中，连铸过程要求增O少于2ppm，增氮少于5ppm。
一种重轨钢，采用上述重轨钢的制备工艺制备得到。
实施例1
采用本发明工艺制备重轨钢过程如下：
1）对铁水进行KR预脱硫处理，出站时S含量为34ppm，脱硫结束后8min完成转炉兑铁水操作。
2）转炉工序采用“高拉碳低终温”操作模式。为防止转炉喷溅，快速化渣化铁，转炉氧枪采用分段枪位和压力控制，开吹后2.5min内，枪位为1.65m，氧压为0.97Mpa，供氧强度为4.55m3/(min·t)；开吹2.5-12min，枪位为1.45m，氧压为0.94Mpa，供氧强度为4.35m3/(min·t)；开吹12min后，枪位为1.55m，氧压为0.90Mpa，供氧强度为3.85m3/(min·t)。为保证脱磷效果，入炉废钢比为8.2%，吹炼过程炉渣碱度2.5-2.9，FeO含量16.6-19wt%。转炉造渣料多批次加入，开吹后1min内加入总量1/2的石灰，1/3的白云石，余量根据化渣情况分4次加入，所有渣料在开吹后10min完成加料。出钢过程采用气动挡渣，出钢时间为3.2min。转炉终点测温为1541℃，取样分析结果：w[P]为0.0062%，w[C]为0.65%，w[O]为51ppm。
3）炉后出钢100s后，按照2.5kg/t加入预熔精炼渣，其他调渣剂按需配入。在渣面按照1.15kg/t加入碳化硅，进行扩散脱氧以降低钢液氧含量。对精炼渣取样分析，其中含CaO为39.37wt%，SiO2为42.21wt%，FeO和MnO总量为0.93wt%。
4）LF到站后，立即送电升温至1623℃，同时按照1.4kg/t加入精炼石灰完成造渣。LF精炼时间29min，LF终点取样分析结果：精炼渣碱度为1.68，钢液w[C]为0.73%，w[O]为39ppm，w[S]为0.0037%。
5）在RH-OH中进行真空梯级控制，真空室压力为45KPa保持4.6min，真空室压力为9KPa保持8.8min，真空室压力≤67Pa保持8.3min，可使碳氧反应循序渐进，避免激烈反应引发钢液大喷。在67Pa以下高真空保持5min后，向钢液内按照0.3kg/t加入碳粉。
6）RH-OB终点取样结果：w[C]为0.75%，w[O]为10.3ppm，温度为1581℃。然后使用锆质耐火材料管向钢包中加入根据成分要求预熔的低氧低氮低氢合金液，钢包软吹5.2min混匀。
7）连铸全过程进行保护浇铸，防止因吸气造成二次氧化。
对铸坯进行取样检测，测得钢样成分为(以质量百分比计)：C 0.75%，Si 0.69%，Mn0.91%，Cr 0.35%，V 0.08%，残余元素O 10.5ppm，N 20ppm，P 64ppm，S 41ppm。对合金收得率进行计算，其中Si收得率为92.7%，Mn收得率为97.2%，Cr收得率为98.9%，V收得率为95.4%。利用ZEISS-EVO18型全自动夹杂物分析系统对铸坯中各类型夹杂物数量进行统计，结果见图1。
实施例2
采用本发明工艺制备重轨钢过程如下：
1）对铁水进行KR预脱硫处理，出站时S含量为39ppm，脱硫结束后9min完成转炉兑铁水操作。
2）转炉工序采用“高拉碳低终温”操作模式。为防止转炉喷溅，快速化渣化铁，转炉氧枪采用分段枪位和压力控制，开吹后2.5min内，枪位为1.70m，氧压为0.95Mpa，供氧强度为4.60m3/(min·t)；开吹2.5-12min，枪位为1.49m，氧压为0.93Mpa，供氧强度为4.27m3/(min·t)；开吹12min后，枪位为1.53m，氧压为0.89Mpa，供氧强度为3.75m3/(min·t)。为保证脱磷效果，入炉废钢比为7.9%，吹炼过程炉渣碱度2.4-2.8，FeO含量17.2-19.4wt%。转炉造渣料多批次加入，开吹后1min内加入总量1/2的石灰，1/3的白云石，余量根据化渣情况分4次加入，所有渣料在开吹后11min完成加料。出钢过程采用气动挡渣，出钢时间为3.4min。转炉终点测温为1534℃，取样分析结果：w[P]为0.0053%，w[C]为0.54%，w[O]为62ppm。
3）炉后出钢100s后，按照2.3kg/t加入预熔精炼渣，其他调渣剂按需配入。在渣面按照1.20kg/t加入碳化硅，进行扩散脱氧以降低钢液氧含量。对精炼渣取样分析，其中含CaO为38.77wt%，SiO2为43.13wt%，FeO和MnO总量为0.97wt%。
4）LF到站后，立即送电升温至1626℃，同时按照1.5kg/t加入精炼石灰完成造渣。LF精炼时间31min，LF终点取样分析结果：精炼渣碱度为1.64，钢液w[C]为0.66%，w[O]为44ppm，w[S]为0.0044%。
5）在RH-OH中进行真空梯级控制，真空室压力为48KPa保持4.5min，真空室压力为8.5KPa保持9.1min，真空室压力≤67Pa保持8.7min，可使碳氧反应循序渐进，避免激烈反应引发钢液大喷。在67Pa以下高真空保持5.5min后，向钢液内按照1.0kg/t加入碳粉。
6）RH-OB终点取样结果：w[C]为0.76%，w[O]为11.7ppm，温度为1575℃。然后使用锆质耐火材料管向钢包中加入根据成分要求预熔的低氧低氮低氢合金液，钢包软吹4.4min混匀。
7）连铸全过程进行保护浇铸，防止因吸气造成二次氧化。
对铸坯进行取样检测，测得钢样成分为(以质量百分比计)：C 0.76%，Si 0.63%，Mn0.82%，Cr 0.41%，V 0.08%，残余元素O 11.8ppm，N 22ppm，P 55ppm，S 47ppm。对合金收得率进行计算，其中Si收得率为92.4%，Mn收得率为96.8%，Cr收得率为98.5%，V收得率为95.9%。利用ZEISS-EVO18型全自动夹杂物分析系统对铸坯中各类型夹杂物数量进行统计，结果见图2。
实施例3
采用本发明工艺制备重轨钢过程如下：
1）对铁水进行KR预脱硫处理，出站时S含量为35ppm，脱硫结束后9.3min完成转炉兑铁水操作。
2）转炉工序采用“高拉碳低终温”操作模式。为防止转炉喷溅，快速化渣化铁，转炉氧枪采用分段枪位和压力控制，开吹后2.5min内，枪位为1.54m，氧压为0.96Mpa，供氧强度为4.42m3/(min·t)；开吹2.5-12min，枪位为1.40m，氧压为0.92Mpa，供氧强度为4.21m3/(min·t)；开吹12min后，枪位为1.60m，氧压为0.91Mpa，供氧强度为3.85m3/(min·t)。为保证脱磷效果，入炉废钢比为8.3%，吹炼过程炉渣碱度2.6-3.0，FeO含量17.5-19.8wt%。转炉造渣料多批次加入，开吹后1min内加入总量1/2的石灰，1/3的白云石，余量根据化渣情况分5次加入，所有渣料在开吹后9.5min完成加料。出钢过程采用气动挡渣，出钢时间为2.9min。转炉终点测温为1524℃，取样分析结果：w[P]为0.0053%，w[C]为0.73%，w[O]为45ppm。
3）炉后出钢100s后，按照2.7kg/t加入预熔精炼渣，其他调渣剂按需配入。在渣面按照1.1kg/t加入碳化硅，进行扩散脱氧以降低钢液氧含量。对精炼渣取样分析，其中含CaO为41.73wt%，SiO2为42.55wt%，FeO和MnO总量为0.89wt%。
4）LF到站后，立即送电升温至1608℃，同时按照0.9kg/t加入精炼石灰完成造渣。LF精炼时间32min，LF终点取样分析结果：精炼渣碱度为1.55，钢液w[C]为0.79%，w[O]为31ppm，w[S]为0.0039%。
5）在RH-OH中进行真空梯级控制，真空室压力为42KPa保持3.8min，真空室压力为10KPa保持8min，真空室压力≤67Pa保持9.1min，可使碳氧反应循序渐进，避免激烈反应引发钢液大喷。由于碳含量在钢种要求范围内，所以无需进行加碳粉或吹氧操作。
6）RH-OB终点取样结果：w[C]为0.77%，w[O]为10.7ppm，温度为1590℃。然后使用锆质耐火材料管向钢包中加入根据成分要求预熔的低氧低氮低氢合金液，钢包软吹5.2min混匀。
7）连铸全过程进行保护浇铸，防止因吸气造成二次氧化。
对铸坯进行取样检测，测得钢样成分为(以质量百分比计)：C 0.77%，Si 0.72%，Mn0.77%，Cr 0.36%，V 0.09%，残余元素O 11.4ppm，N 25ppm，P 51ppm，S 42ppm。对合金收得率进行计算，其中Si收得率为91.9%，Mn收得率为97.3%，Cr收得率为98.2%，V收得率为96.3%。利用ZEISS-EVO18型全自动夹杂物分析系统对铸坯中各类型夹杂物数量进行统计，结果见图3。
对比例1
采用现有脱氧工艺制备重轨钢过程如下：
1）对铁水进行KR预脱硫处理，出站时S含量为40ppm，脱硫结束后10min完成转炉兑铁水操作。
2）转炉工序采用“一吹到底”操作模式。氧枪采用“恒枪变压”控制，枪位稳定在1.55m，开吹前5min，氧压0.98MPa，供氧强度4.80m3/(min·t)；开吹5-10min，氧压0.94MPa，供氧强度4.60m3/(min·t)；开吹10min后，氧压0.88Mpa，供氧强度4.30m3/(min·t)。入炉废钢比为14.2%，吹炼过程炉渣碱度2.2-2.5，FeO在21-25wt%之间。开吹后立即加入总量2/3的石灰，1/2的白云石，余量分2次加入，所有渣料在吹氧开始后15min加完。出钢过程采用挡渣球挡渣，出钢时间3.7min。转炉终点测温为1614℃，取样分析结果：w[P]为0.0034%，w[C]为0.10%，w[O]为259ppm。
3）炉后出钢120s后，按照1.8kg/t加入预熔精炼渣，1.1kg/t加入精炼石灰，其他调渣剂按需配入。出完钢后按照0.6kg/t加入含Si为55wt%，Ca为23wt%，Ba为17wt%，Al为0.4wt%的硅钙钡合金用于脱氧。对精炼渣进行取样分析，其中含CaO为51.18wt%，SiO2为24.49wt%，FeO和MnO总量为0.98wt%。
4）LF工序主要进行造白渣和成分微调，送电后按照0.35kg/t加入精炼石灰完成造白渣操作，并根据重轨钢成分要求加入铁合金。LF精炼时间46min，LF终点取样分析结果：精炼渣碱度为2.96，钢液w[C]为0.83%，w[O]为22ppm，w[S]为0.0017%。
5）在RH精炼过程中进一步脱气，抽气14min使真空室压力≤67Pa，保持高真空19min。RH终点取样结果：w[C]为0.81%，w[O]为9.7ppm，温度为1566℃。出站后向钢液面加入碳化稻壳，软吹28min使夹杂物充分上浮。
6）连铸全过程进行保护浇铸，防止因吸气造成二次氧化。
对铸坯进行取样检测，测得钢样成分为(以质量百分比计)：C 0.80%，Si 0.70%，Mn0.86%，Cr 0.41%，V 0.11%，残余元素O 9.9ppm，N 37ppm，P 37ppm，S 22ppm。对合金收得率进行计算，其中Si收得率为87.5%，Mn收得率为90.4%，Cr收得率为93.2%，V收得率为94.8%。利用ZEISS-EVO18型全自动夹杂物分析系统对铸坯中各类型夹杂物数量进行统计，结果见图4。
对比例2
不采用“高拉碳低终温”操作模式制备重轨钢过程如下：
1）对铁水进行KR预脱硫处理，出站时S含量为37ppm，脱硫结束后8.5min完成转炉兑铁水操作。
2）转炉工序为防止喷溅，快速化渣化铁，氧枪采用分段枪位和压力控制，开吹后2.5min内，枪位为1.62m，氧压为0.96Mpa，供氧强度为4.50m3/(min·t)；开吹2.5-12min，枪位为1.43m，氧压为0.95Mpa，供氧强度为4.40m3/(min·t)；开吹12min后，枪位为1.50m，氧压为0.93Mpa，供氧强度为3.93m3/(min·t)。为保证脱磷效果，入炉废钢比为8.4%，吹炼过程炉渣碱度2.6-2.9，FeO含量17-19.2wt%。转炉造渣料多批次加入，开吹后1min内加入总量1/2的石灰，1/3的白云石，余量根据化渣情况分4次加入，所有渣料在开吹后11.3min完成加料。出钢过程采用气动挡渣，出钢时间为2.8min。转炉终点测温为1607℃，取样分析结果：w[P]为0.0032%，w[C]为0.09%，w[O]为275ppm。
3）炉后出钢100s后，按照2.3kg/t加入预熔精炼渣，其他调渣剂按需配入。在渣面按照1.5kg/t加入碳化硅，进行扩散脱氧以降低钢液氧含量。对精炼渣取样分析，其中含CaO为40.28wt%，SiO2为42.91wt%，FeO和MnO总量为1.77wt%。
4）LF到站后，按照1.2kg/t加入精炼石灰完成造渣。LF精炼时间32min，LF终点取样分析结果：精炼渣碱度为1.59，钢液w[C]为0.17%，w[O]为114ppm，w[S]为0.0032%。
5）在RH-OH中进行真空梯级控制，真空室压力为50KPa保持5min，真空室压力为10KPa保持10min，真空室压力≤67Pa保持10min。在67Pa以下高真空保持6min后，向钢液内按照3kg/t加入碳粉，由于钢液氧含量较高，加入碳粉后碳氧反应剧烈，真空室内产生了喷溅。
6）RH-OB终点取样结果：w[C]为0.39%，w[O]为41ppm，温度为1573℃。然后使用锆质耐火材料管向钢包中加入根据成分要求预熔的低氧低氮低氢合金液，钢包软吹4min混匀。
7）连铸全过程进行保护浇铸，防止因吸气造成二次氧化。
对铸坯进行取样检测，测得钢样成分为(以质量百分比计)：C 0.39%，Si 0.60%，Mn0.84%，Cr 0.37%，V 0.06%，残余元素O 19ppm，N 28ppm，P 34ppm，S 35ppm。对合金收得率进行计算，其中Si收得率为81.2%，Mn收得率为88.7%，Cr收得率为93.9%，V收得率为93.1%。利用ZEISS-EVO18型全自动夹杂物分析系统对铸坯中各类型夹杂物数量进行统计，结果见图5。
对比例3
不采用LF精炼制备重轨钢过程如下：
1）对铁水进行KR预脱硫处理，出站时S含量为35ppm，脱硫结束后8.5min完成转炉兑铁水操作。
2）转炉工序采用“高拉碳低终温”操作模式。为防止转炉喷溅，快速化渣化铁，转炉氧枪采用分段枪位和压力控制，开吹后2.5min内，枪位为1.65m，氧压为0.96Mpa，供氧强度为4.60m3/(min·t)；开吹2.5-12min，枪位为1.40m，氧压为0.92Mpa，供氧强度为4.35m3/(min·t)；开吹12min后，枪位为1.50m，氧压为0.88Mpa，供氧强度为3.70m3/(min·t)。为保证脱磷效果，入炉废钢比为7.8%，吹炼过程炉渣碱度2.4-2.9，FeO含量17.6-19.5wt%。转炉造渣料多批次加入，开吹后1min内加入总量1/2的石灰，1/3的白云石，余量根据化渣情况分4次加入，所有渣料在开吹后10.9min完成加料。出钢过程采用气动挡渣，出钢时间为3.1min。转炉终点测温为1533℃，取样分析结果：w[P]为0.0057%，w[C]为0.81%，w[O]为39ppm。
3）炉后出钢100s后，按照2.6kg/t加入预熔精炼渣，其他调渣剂按需配入。在渣面按照1.2kg/t加入碳化硅，进行扩散脱氧以降低钢液氧含量。对精炼渣取样分析，其中含CaO为39.86wt%，SiO2为41.11wt%，FeO和MnO总量为0.95wt%。
4）由于本工艺无LF精炼工序，需在RH-OB工序吹氧升温。真空室压力为真空室压力为50KPa保持4.8min，真空室压力为9.5KPa保持9min。之后通过氧枪向钢液面吹氧，氧压0.45Mpa，供氧强度2.14m3/(min·t)，当温度升至1577℃，停止供氧。由于重轨钢要求w[C]为0.73-0.80%，浇铸过热度要求20℃，此时对钢液取样w[C]为0.37%，需向钢液内加入碳粉。继续抽气使真空室压力≤67Pa保持8.5min，碳氧反应始终处于可控范围，未出现大的喷溅现象。
5）RH-OB终点取样结果：w[C]为0.74%，w[O]为15.1ppm，温度为1569℃。然后使用锆质耐火材料管向钢包中加入根据成分要求预熔的低氧低氮低氢合金液，钢包软吹4.8min混匀。
6）连铸全过程进行保护浇铸，防止因吸气造成二次氧化。
对铸坯进行取样检测，测得钢样成分为(以质量百分比计)：C 0.74%，Si 0.61%，Mn0.82%，Cr 0.43%，V 0.07%，残余元素O 15.5ppm，N 26ppm，P 60ppm，S 42ppm。对合金收得率进行计算，其中Si收得率为91.5%，Mn收得率为94.7%，Cr收得率为96.9%，V收得率为95.3%。利用ZEISS-EVO18型全自动夹杂物分析系统对铸坯中各类型夹杂物数量进行统计，结果见图6。
对比例4
采用VD替代RH-OB制备重轨钢过程如下：
1）对铁水进行KR预脱硫处理，出站时S含量为44ppm，脱硫结束后9.5min完成转炉兑铁水操作。
2）转炉工序采用“高拉碳低终温”操作模式。为防止转炉喷溅，快速化渣化铁，转炉氧枪采用分段枪位和压力控制，开吹后2.5min内，枪位为1.58m，氧压为0.99Mpa，供氧强度为4.70m3/(min·t)；开吹2.5-12min，枪位为1.49m，氧压为0.95Mpa，供氧强度为4.40m3/(min·t)；开吹12min后，枪位为1.54m，氧压为0.93Mpa，供氧强度为3.65m3/(min·t)。为保证脱磷效果，入炉废钢比为8.0%，吹炼过程炉渣碱度2.4-2.9，FeO含量16.5-18.8wt%。转炉造渣料多批次加入，开吹后1min内加入总量1/2的石灰，1/3的白云石，余量根据化渣情况分4次加入，所有渣料在开吹后11.1min完成加料。出钢过程采用气动挡渣，出钢时间为3.5min。转炉终点测温为1545℃，取样分析结果：w[P]为0.0055%，w[C]为0.55%，w[O]为57ppm。
3）炉后出钢100s后，按照2.5kg/t加入预熔精炼渣，其他调渣剂按需配入。在渣面按照1.2kg/t加入碳化硅，进行扩散脱氧以降低钢液氧含量。对精炼渣取样分析，其中含CaO为39.89wt%，SiO2为44.24wt%，FeO和MnO总量为0.96wt%。
4）LF到站后，立即送电升温至1627℃，同时按照1.16kg/t加入精炼石灰完成造渣。LF精炼时间32min，LF终点取样分析结果：精炼渣碱度为1.63，钢液w[C]为0.63%，w[O]为38ppm，w[S]为0.0041%。
5）在VD精炼过程中进行梯级控制，真空室压力为45KPa保持6min，真空室压力为9.5KPa保持8min，真空室压力≤67Pa保持18min，碳氧反应始终处于可控范围，未出现大的喷溅现象。
6）VD破空后钢液取样结果：w[C]为0.61%，w[O]为17.9ppm，温度为1577℃。由于重轨钢要求w[C]为0.73-0.80%，且VD真空过程无法加料，需在破空后向钢液内加入碳粉。但加入碳粉后未能完全熔化，部分碳粉以固体形态漂浮在钢液面。然后使用锆质耐火材料管向钢包中加入根据成分要求预熔的低氧低氮低氢合金液，钢包软吹5.2min混匀，钢液w[O]为13.6ppm。
7）连铸全过程进行保护浇铸，防止因吸气造成二次氧化。
对铸坯进行取样检测，测得钢样成分为(以质量百分比计)：C 0.69%，Si 0.70%，Mn0.92%，Cr 0.38%，V 0.09%，残余元素O 14.3ppm，N 25ppm，P 61ppm，S 42ppm。对合金收得率进行计算，其中Si收得率为91.3%，Mn收得率为96.6%，Cr收得率为98.2%，V收得率为95.7%。利用ZEISS-EVO18型全自动夹杂物分析系统对铸坯中各类型夹杂物数量进行统计，结果见图7。
由此可见，本发明实施例1-3制备的重轨钢铸坯氧含量、合金收得率和夹杂物水平相当。通过对比实施例1和对比例1发现采用现有工艺冶炼重轨钢铸坯氧含量和硫含量更低，但全流程冶炼时间延长，合金收得率降低，B类、C类和D类夹杂物数量明显增加。通过对比实施例1和对比例2发现如果不采用“高拉碳低终温”操作模式，转炉终点氧含量高，扩散脱氧达不到预期效果，且由于碳氧反应剧烈在RH工序产生喷溅，最终铸坯中氧含量和碳含量不合格，合金收得率低，C类和D类夹杂物增多。通过对比实施例1和对比例3发现若取消工艺中的LF，会导致升温功能转移至RH-OB工序，过多吹氧造成铸坯中氧含量不合格，合金收得率降低，C类和D类夹杂物数量明显增加。通过对比实施例1和对比例4发现若将RH-OB替换为VD，碳氧反应动力学条件变差，在VD中未能完成深脱氧，且破空后加碳粉的效果不好，碳粉未能完全进入钢液，铸坯中氧含量和碳含量不合格。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种重轨钢的制备工艺，其特征在于，制备工艺过程中不加入脱氧铁合金；包括如下步骤：
S1.BOF工序采用“高拉碳低终温”操作模式；BOF出钢后加入预熔精炼渣，控制精炼渣中FeO和MnO总量在1wt%以下；
S2.LF到站后，立即送电升温，同时加入石灰完成造渣，控制精炼渣碱度；
S3.RH-OB工序根据钢液成分和温度与目标成分和温度要求的差值，进行增碳或脱碳操作；RH-OB终点要求C、O含量达标，钢液温度比采用常规脱氧工艺要求高10-20℃，根据冶炼钢种成分要求向钢包中加入预熔的合金液；
S4.CC工序全过程进行保护浇铸。
2.根据权利要求1所述的一种重轨钢的制备工艺，其特征在于，所述步骤S1中，转炉氧枪采用分段变压变枪操作。
3.根据权利要求1所述的一种重轨钢的制备工艺，其特征在于，所述步骤S1中，控制入炉废钢比、炉渣碱度以及炉渣FeO含量。
4.根据权利要求1所述的一种重轨钢的制备工艺，其特征在于，所述步骤S3中，RH-OB工序进行真空梯级控制。
5.根据权利要求1所述的一种重轨钢的制备工艺，其特征在于，所述步骤S3中，使用耐火材料管向钢包中加入合金液。
6.一种重轨钢，采用权利要求1-5任一项所述的重轨钢的制备工艺制备得到。
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