王棟 王如倫 張崇堯 齊治畔 宋文生
（山西建邦集團(tuán)有限公司）
摘 要：本文介紹山西建邦集團(tuán)煉鋼廠利用鐵水鉻高特點(diǎn)降低錳合金含量，進(jìn)而降低硅錳合金消耗。通過生產(chǎn)實(shí)踐研究表明，在鋼中含有適量鉻元素情況下降低錳合金含量可保證成品鋼材性能。
關(guān)鍵詞：高鉻鐵水；硅錳；以鉻代錳
1 引言
山西建邦集團(tuán)煉鐵廠使用價格低廉的含Cr紅土礦作為燒結(jié)原料，可以顯著降低生產(chǎn)成本。但是使用含Cr原料造成高爐鐵水Cr含量較高，最終導(dǎo)致鋼中Cr含量偏高。根據(jù)煉鋼成分控制和成品性能分析對比，確定試行合金成分以鉻代錳。充分利用鐵水殘余成分Cr代替合金元素Mn是降低成本、殘余元素綜合利用的有效手段，能夠?yàn)楣竟?jié)約合金成本，降低煉鋼消耗，增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。
2 試驗(yàn)條件及試驗(yàn)方案
2.1 試驗(yàn)條件
山西建邦集團(tuán)煉鋼廠現(xiàn)有3座65噸轉(zhuǎn)爐、2座LF鋼包精煉爐、一臺5機(jī)5流和兩臺6機(jī)6流方坯連鑄機(jī)，轉(zhuǎn)爐煉鋼管理引入先進(jìn)的德國巴登誤工分析系統(tǒng)；連鑄采用液面自動控制技術(shù)、結(jié)晶器電磁攪拌技術(shù)、凝固末端電磁攪拌技術(shù)、優(yōu)化切割和熱裝熱送技術(shù)，有效地保證了鑄坯質(zhì)量。轉(zhuǎn)爐單爐平均出鋼量63t；造渣料使用石灰、輕燒白云石、燒結(jié)礦、石灰石等；轉(zhuǎn)爐冶煉周期26分鐘，供氧時間13分鐘；脫氧合金化使用硅鋁鐵、硅錳、硅鐵等。
目前主要生產(chǎn)鋼種為HRB400E、HRB500E系列高強(qiáng)抗震鋼筋，預(yù)應(yīng)力混凝土用PC鋼棒，MG335、MG400、MG500系列礦用錨桿鋼，以及45~75號鋼系列、82B鋼絞線、焊絲鋼等。
試驗(yàn)鋼種：HRB400E，成分控制如表1所示。
表1 HRB400E高線φ10規(guī)格成分內(nèi)控要求
|
成分 |
C |
Si |
Mn |
P 、S |
Ceq |
|
內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn) |
0.21-0.25 |
0.40-0.60 |
0.90-1.10 |
≤0.045 |
≥0.38 |
2.2 試驗(yàn)方案
表2：不同鐵水條件下煉鋼成分設(shè)置
|
成分 |
C |
Si |
Mn |
Cr |
P 、S |
Ceq |
|
正常 |
0.21-0.25 |
0.40-0.60 |
0.90-1.00 |
|
≤0.045 |
≥0.38 |
|
鉻高 |
0.21-0.25 |
0.40-0.60 |
0.85-0.95 |
≥0.100 |
≤0.045 |
≥0.38 |
根據(jù)統(tǒng)計分析，試驗(yàn)階段在C含量要求不變、確保碳當(dāng)量的前提下，將試驗(yàn)組Mn含量標(biāo)準(zhǔn)下限降低0.05%，對比降錳后力學(xué)性能變化。統(tǒng)計鐵水鉻高時煉鋼成品成分鉻含量情況，初定鉻含量高于0.100%時對成分進(jìn)行降錳控制。
3 以鉻代錳可行性理論分析
錳提高鋼的強(qiáng)度、韌性，并能提高鋼的淬透性；鉻增加鋼的淬透性，顯著提高強(qiáng)度和硬度，使組織細(xì)化而又均勻分布，提高鋼的塑性和韌性。鉻和錳元素在鋼中對鋼材性能影響作用相當(dāng)，以鉻代替錳是可行的，一方面能夠降低煉鋼合金消耗，另一方面使鐵水中殘余元素得到有效利用。
4 試驗(yàn)效果
4.1 Cr含量對成品性能影響
表3 高鉻時（Cr≥0.100%）時成分及性能情況（試驗(yàn)組）
|
爐號 |
化學(xué)成分（熔煉分析）% |
拉伸試驗(yàn)/MPa |
|||||||
|
C |
Si |
Mn |
P |
S |
Cr |
Ceq |
ReL |
Rm |
|
|
403321034 |
0.22 |
0.46 |
0.94 |
0.029 |
0.029 |
0.192 |
0.42 |
440 |
610 |
|
403120622 |
0.22 |
0.47 |
0.95 |
0.025 |
0.022 |
0.135 |
0.40 |
450 |
600 |
|
403220986 |
0.22 |
0.45 |
0.95 |
0.031 |
0.028 |
0.195 |
0.42 |
440 |
600 |
|
403320847 |
0.23 |
0.46 |
0.95 |
0.023 |
0.029 |
0.158 |
0.42 |
440 |
605 |
|
403320741 |
0.22 |
0.46 |
0.94 |
0.032 |
0.028 |
0.189 |
0.42 |
440 |
600 |
|
403320762 |
0.22 |
0.47 |
0.94 |
0.026 |
0.026 |
0.160 |
0.41 |
450 |
605 |
|
403320657 |
0.23 |
0.46 |
0.95 |
0.031 |
0.032 |
0.174 |
0.43 |
445 |
610 |
|
403320657 |
0.23 |
0.46 |
0.95 |
0.031 |
0.032 |
0.174 |
0.43 |
445 |
610 |
|
403220829 |
0.22 |
0.45 |
0.95 |
0.034 |
0.026 |
0.154 |
0.41 |
455 |
610 |
|
最高 |
0.23 |
0.47 |
0.95 |
0.03 |
0.03 |
0.195 |
0.43 |
455 |
610 |
|
最低 |
0.22 |
0.45 |
0.94 |
0.02 |
0.02 |
0.135 |
0.40 |
440 |
600 |
|
平均 |
0.22 |
0.46 |
0.95 |
0.03 |
0.03 |
0.170 |
0.42 |
445 |
606 |
表4 鉻正常時成分及性能情況（對比組）
|
爐號 |
化學(xué)成分（熔煉分析）% |
拉伸試驗(yàn)/MPa |
|||||||
|
C |
Si |
Mn |
P |
S |
Cr |
Ceq |
ReL |
Rm |
|
|
401321255 |
0.23 |
0.46 |
1.00 |
0.026 |
0.020 |
0.020 |
0.40 |
445 |
610 |
|
401321246 |
0.23 |
0.47 |
1.00 |
0.022 |
0.020 |
0.018 |
0.40 |
460 |
625 |
|
401221380 |
0.22 |
0.46 |
1.00 |
0.031 |
0.020 |
0.023 |
0.40 |
465 |
615 |
|
401120567 |
0.23 |
0.47 |
0.99 |
0.024 |
0.022 |
0.024 |
0.40 |
460 |
620 |
|
401221345 |
0.23 |
0.46 |
1.00 |
0.022 |
0.018 |
0.019 |
0.40 |
445 |
590 |
|
401321123 |
0.22 |
0.45 |
1.00 |
0.040 |
0.025 |
0.023 |
0.40 |
430 |
595 |
|
401321032 |
0.23 |
0.47 |
1.00 |
0.030 |
0.026 |
0.017 |
0.41 |
445 |
610 |
|
401321069 |
0.22 |
0.46 |
0.99 |
0.034 |
0.022 |
0.018 |
0.39 |
450 |
595 |
|
401320907 |
0.23 |
0.47 |
1.00 |
0.030 |
0.026 |
0.023 |
0.41 |
455 |
620 |
|
最高 |
0.23 |
0.47 |
1.00 |
0.04 |
0.03 |
0.024 |
0.41 |
465 |
625 |
|
最低 |
0.22 |
0.45 |
0.99 |
0.02 |
0.02 |
0.017 |
0.39 |
430 |
590 |
|
平均 |
0.23 |
0.46 |
1.00 |
0.03 |
0.02 |
0.021 |
0.40 |
451 |
609 |
以上兩表對比可以得出，試驗(yàn)組平均Cr含量高于對比組0.149%，試驗(yàn)組平均Mn含量低于對比組0.05%。試驗(yàn)組與對比組成品力學(xué)性能均符合國標(biāo)要求。由于Cr對碳當(dāng)量貢獻(xiàn)為1/5，且成品Cr普遍偏高（平均0.170%），對碳當(dāng)量貢獻(xiàn)0.0034%，而降錳按0.05%考慮（對碳當(dāng)量貢獻(xiàn)約0.01%），故“以鉻代錳”試驗(yàn)組平均碳當(dāng)量高于對比組0.02%。
4.2 降錳后經(jīng)濟(jì)性分析
實(shí)施以鉻代錳方案后成品成分錳含量判定標(biāo)準(zhǔn)比原判定標(biāo)準(zhǔn)降低0.05%，其中φ10規(guī)格HRB400成品成分錳含量下限要求由原來的0.90%降低至0.85%。實(shí)際生產(chǎn)總結(jié)發(fā)現(xiàn)，實(shí)施以鉻代錳前成品成分錳含量平均為0.97%，實(shí)施后成品成分錳含量平均為0.92%，錳含量平均降低0.05%，折算硅錳合金消耗降低0.05%×1000÷65%÷90%=0.85kg/t，硅鐵合金消耗升高0.85×17%÷75%=0.19 kg/t，綜合合金消耗降低0.66 kg/t，合噸鋼成本降低4.19元。
5 結(jié)語
1）鐵水鉻含量升高，相應(yīng)影響鋼中鉻含量升高。
2）鋼中鉻元素對成品性能有一定影響，可替代部分錳合金，降低煉鋼合金消耗，并保證產(chǎn)品力學(xué)性能穩(wěn)定。
3）鉻元素代替合金錳，由于鉻與錳對碳當(dāng)量貢獻(xiàn)差異，保證碳當(dāng)量穩(wěn)定前提下，合金消耗可進(jìn)一步降低。
參考文獻(xiàn)
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[5] 李紅花，黃優(yōu)明，尹柴麗，朱士將．轉(zhuǎn)爐錳礦直接合金化熱力學(xué)和動力學(xué)分析[J]．萊鋼科技，2011，8.