减少帘线钢夹杂物操作技术

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1、减少帘线钢夹杂物操作技术与实践谢明泉 刘俊(武汉钢铁集团公司条材总厂一炼钢分厂，湖北 武汉 430083)摘 要：简要阐述帘线钢的质量要求，重点分析了帘线钢的生产工艺流程及冶炼和精炼技术现状。从夹杂物形 态、尺寸及成分等方面分析了帘线用钢夹杂物的控制技术。生产过程中采用 Si、Mn 合金进行终脱氧，结合碱 度1.0 左右的精炼渣，以及冶炼过程避免采用铝等措施，夹杂物控制可以满足帘线用钢质量要求。 关键词：帘线钢；夹杂物；氧化铝中图分类号：TF703文献标志码：A文章编号：The Operating techniques and Practice of the Tyre Cord Steel I

2、nclusions inWISCOXie Mingquan Liu Jun(No.1 Steel-making Plant of General Wire Rod Mill, WISCO, Wuhan 430083 China) Abstract：The quality requirement of tyre cord steel was introduced and the production process was presented, the technical status quo of smelting and refining of tyre cord steel were an

3、alyzed emphatically. Inclusion controlling technique to tire cord steel is analyzed from inclusion morphology, size and composition in this paper. In the actual production process, inclusion controlling can satisfy the quality requirement of tire cord steel by applying Si, Mn to the steelmaking fina

4、l deoxidation, using refining slag with the alkalinity around 1.0 and avoiding adopting aluminum in the refining process etc. Key words: Tyre Cord Steel; Inclusions; Al2O30 引言钢丝帘线，俗称帘线钢，是橡胶制品尤其是汽车子午胎理想的骨架材料。帘线钢是优质硬 线钢的精品，是超洁净钢的代表产品和钢铁企业线材生产水平的标志性产品，也是商用钢中强 度最高的钢。它在生产中对冶炼、轧制、加工等每个环节都有特殊的要求，是不折不扣的全过 程

5、精品钢材。生产帘线钢技术含量极高，被誉为“线材中的极品”、“线材皇冠上的明珠”。一般来说，钢帘线需要拉到0.38mm以下，拉的越细，生产难度越大。因此能拉到的最小 线径是衡量一个钢厂帘线钢生产水平的重要标准。我国钢厂帘线钢大多能拉到0.22mm左右， 只有武钢、兴澄特钢等少数几家试拉0.175mm成功。目前，据我所知，我国可以生产帘线钢的 钢厂主要有：宝钢、武钢、鞍钢、首钢、沙钢、青钢、邢钢、兴澄特钢等。欧洲、巴西等一些钢厂拉到0.15mm没有问题。而日本神户则可以拉到0.08mm以下， 0.08mm,这是一个非常可怕的数字。我们人类的头发一般直径在0.18mm左右，也就是说， 神户拉的钢帘线

6、要比我们头发细一半以上。拉到如此细丝，任何稍大尺寸的硬性夹杂、偏析、 非常规组织、内部及表面缺陷都可能是致命的,都可能造成断丝,可见生产难度之高。帘线钢 盘条对化学成分、偏析、脱碳层、晶粒度、组织、表面质量、内部缺陷等都有非常严格的要求 近乎苛刻。1 帘线钢的质量要求帘线钢是洁净钢的主要代表钢种之一，在拉拔成丝后直径为0.150.38mm，其质量取决于 帘线用钢坯的质量及帘线盘条性能和质量。因而生产帘线钢对钢中夹杂物、硫化物要求十分严 格,而且氮含量必须尽可能地低,对夹杂物的大小、形状和可变形性也提出了很高要求。对各 残余元素、连铸坯表面和内在质量缺陷也有严格的要求。目前国际上对于帘线钢夹杂物

7、评价最 常用的为皮拉利标准：第一，夹杂物数量一般要求控制在小于1000个/cm2；第二，夹杂物最大尺寸要求直径小于15ym；第三，不允许有纯Al2O3，氧化物夹杂中AJO3含量应少于50%；第四，要求钢中总氧含 量W30ppm。实际上，皮拉利标准仅仅是对帘线钢夹杂物水平的最基本要求，实际上，对于目前帘线钢 生产厂家来讲，对夹杂物尺寸的要求一般是：普通强度级别（C=0.72%）,夹杂物允许尺寸为 10ym，对于更高强度级别的钢帘线（C=0.82%）,夹杂物允许尺寸为5卩m。此外，对于总氧和 夹杂物形态的要求也要高于皮拉利标准。2 生产工艺2.1 工艺路线根据我厂实际厂房布局、两炉对三机生产节奏、

8、洁净钢生产要求，采用BOF-Ar-LF-（VD） -CC工艺路径，通过钢水精炼钢保证了钢水的洁净度，准确地控制各种元素成分，保证钢坯的均 质性。2.2转炉冶炼终点出钢00.06%. PW0.010%、SW0.008%，出钢温度:16401690C ；采用采用铁皮，不 用矿石，避免矿石回。要求出钢口外口干净，钢流圆滑，出钢时间48分钟；周期：40min氩站全程吹氩，采用帘线钢用专用大罐，禁止混用和挪用。目标：WLX72A: 0.630.68%、 WLX82A: 0.730.78%; T=15501590C ；周期:12min。2.3 LF炉精炼2.3.1 精炼前的准备工作（1）钢水进站预吹氩3m

9、in，保证进站钢水搅拌均匀，所取到站样的准确性。（2）将水冷炉盖除尘风口阀门开到最大，炉盖下降时要离下限位有一定距离，保证钢包上 沿和水冷炉盖有一定间隙。2.3.2脱氧控制到站加热原则上不加电石，待温度升至1560C以上，渣化开化活后加入小颗粒高纯硅铁60kg 脱氧，禁止到站加脱氧材料（为了使钢中夹杂物减少必须执行造渣过程），同时禁止用电石脱氧， VD破空前1分钟将氩气关闭避免破空时钢水增N吸O。2.3.3碱度控制72A/82A转炉顶渣石灰均按300kg加入，LF炉按200kg加入，进VD前R: 2.0。加砂：大罐第 一次用加500kg，后续用450kg，碱度按0.9-1.0控制。2.3.4加

10、砂时机根据破空温度和节奏确定加砂时间，保证返LF前砂化好；软吹直上在精炼加热化砂，档位： 910档功率：1213KVA化4min，确保化透。2.3.5成份控制进真空处理帘线钢Mn按0.54%控制，软吹直上帘线钢Mn按0.520.54%控制；进VD/RH碳控 目标：WLX72A 0.680.70%, WLX82A 0.770.80%。软吹调碳用碳线不得大于100米（注意区分 CaSi、CaFe线）。2.3.6加热时间控制LF炉精炼按1-2次加热到位控制，软吹加热时间6min，原则上尾期不点加热，温度可参考 二级机上成分适时液相线温度来控制离站温度，离站加足保温剂20包，钢水不得见红。2.3.7软

11、吹控制72A/82A软吹周期分别按25/3040min控制，注意以砂化透开始计时，软吹过程氩花控制在 100-200mm。2.3.8吹氩制度前期吹氩时，氩花控制在200-300mm2，根据渣量大小以及粘度来调整氩气流量，化渣升温 后搅拌均匀后取到站样。进行调合金时氩气流量约250-350mm,钢包出加热位后控制流量约 50-100mm，保证至少有10min的微吹氩控制。2.4 VD炉精炼为防止VD炉处理时发生喷溅溢钢溢渣，VD处理前，根据成分硅含量在渣面加入小颗粒高 纯硅铁6-8包；为防止破空过程增氮吸氧，破空前1分钟关闭氩气，破空后再打开氩气；为保证 真空处理效果，抽真空前先根据氩花（501

12、50mm2）调整好氩气流量，抽真空保持时间10min； 终渣样熔渣目标碱度按0.91.0控制，及时加入石英砂，盖好VD炉盖，适当开大氩化砂，力争砂 化透后小砂软吹至离站。2.5 RH炉精炼进RH工艺LF炉不调Si, 在RH加入高纯硅铁，同时避免在RH加砂，调整烘烤参数，防止发 生喷溅；RH返LF炉成份C、Si、Mn调至目标或范围，LF炉加砂前根据RH离站样调成分到目 标，避免软吹调成份；真空度V100Pa保持10分，若N45ppm，延长真空保持时间12分； 帘线钢生产期间，按3炉/次喷补插入管外口，不喷内口。2.6精炼控制模式2.6.1 温度控制模式加热原则：前期35分钟低功率低弧流（加热平稳

13、）化渣，化好渣后高功率高弧流快速升温； 氩气控制：化渣不宜偏大，加热声音柔和，升温不宜偏小，弧流指针摆动小为宜； 加热按如下三步控制模式：阶段一：到站测温加热化渣，按10分钟控制（前35分钟化渣后；57分钟快速升温）；阶段二：根据进VD或RH目标温度，快速升温；阶段三：根据VD或RH返回温度、节奏及上机目标温度，采取升温或终点点加热操作。2.6.2 成份控制模式阶段一：钢水到站询问氩站合金和渣化透情况，前期化渣粗调C、Si和Mn等元素成分；阶段二：根据到站化渣样继续调C,微调Si和Mn成分至目标；帘线钢、弹簧钢等加砂后会 降锰增硅，硅按内控中下限控制，锰按内控中上限控制；软吹期间不调成分，女1

14、C低范围调C使 用C线；注意：化渣结束后搅拌2-3分钟取样，高碳钢试样冷却：风冷 水冷风冷吹干试样表面水分， 确保取样具有代表性，避免试样表面和内部出现裂纹和水分致坏样。2.6.3 熔渣控制模式加热化渣时补加石灰200kg,待温度升至1560C以上时加入脱氧造渣材料：碳化硅、小颗粒 硅铁（高纯硅铁）、电石等脱氧造渣，待加热到目标温度后抬电极在渣面补加脱氧材料。LF离站进VD/RH渣系按造白渣工艺执行；帘线钢碱度按0.81.2控制，石英砂按450kg加入，弹簧钢（W55SiCr60Si2MnA）如果是帘线 钢大罐,石英砂按350-450之间控制,离站送渣样；进VD工艺石英砂在破空后加入；进RH工

15、艺无生产异常石英砂必须返LF后加入。2.6.4 软吹控制模式软吹周期按钢种操作要点以砂化透开始计时，软吹过程氩花控制在50150mm,全程软吹以 渣系蠕动状态为宜。微正压软吹使用保温盖,如在加热位软吹避免吸氧吸氮将除尘关闭软吹。2.6.5 节奏控制模式 严格执行在节奏富余的情况下将作业工序前移,为纯净钢生产工艺创造条件； 工序之间注意衔接和沟通,炉调及时了解各工序生产情况和异常,按工艺要求调节节奏。3 软吹时间对夹杂物的影响为了分析LF炉软吹时间对帘线钢夹杂物数量的影响，炼钢车间技术组在12月份帘线钢生产 期间,取过程棒样,因取出棒样有缺陷,收集5炉并送到研究院进行夹杂物的定量分析,夹杂物 的

16、面积为AREA （um2）、面积百分比（A%）、单位面积的颗粒数C （颗/平方毫米mm2）、最大夹 杂物尺寸（um）见下表。1、A118793次分别于软吹35、55min时取样，45分钟样坏（表3.1）:表3.1取样时间（min）AREAA%C/mm2最大夹杂物尺寸（um）软吹35min6.160.0528415.19软吹55min4.200.023556.48LF炉软吹过程中夹杂物的大小分布见下表3.2: 表3.2夹杂物大小05 um510 um1015 um1520 um软吹35min19932101软吹55min14613002、A118688次分别于软吹10、30min时取样，夹杂物的

17、面积（AREA）、面积百分比（A%）、单位面积的颗 粒数（C）、最大夹杂物尺寸等见下表3.3:表3.3取样时间（min）AREAA%C/mm2最大夹杂物尺寸（um）软吹10min4.790.0316412.62软吹30min6.820.0314610.61LF炉软吹过程中夹杂物的大小分布见下表3.4: 表3.4夹杂物大小05 um510 um1015 um1520 um软吹10min16121120软吹30min10624103、A118794次分别于软吹30、40、43min时取样，夹杂物的面积（AREA）、面积百分比（A%）、单位面积的颗粒数（C ）、最大夹杂物尺寸等见下表3.5表3.5取

18、样时间（min）AREAA%C/mm 2最大夹杂物尺寸（um ）软吹30min5.260.0336311.98软吹40min4.800.016346.05软吹43min3.320.015475.88LF炉软吹过程中夹杂物的大小分布见下表3.6表3.6夹杂物大小0 5 um510 um1015 um1520 um软吹30min1631810软吹40min861200软吹43min12113004、 A128858次分别于软吹15、25、35、45、55min时取样，夹杂物的面积（AREA ）、面积百分比（A% ）、 单位面积的颗粒数（C ）、最大夹杂物尺寸等见下表3.7表3.7取样时间（min）

19、AREAA%C/mm2最大夹杂物尺寸（um ）软吹15min4.960.0316313.75软吹25min4.830.028576.56软吹35min4.590.0296312.18软吹45min4.220.023546.05软吹55min3.180.0175311.39LF炉软吹过程中夹杂物的大小分布见下表3.8表3.8夹杂物大小0 5 um510 um1015 um1520 um软吹15min1661410软吹25min1471800软吹35min1691210软吹45min1421200软吹55min14010105、 A118795次分别于软吹15、25、35、45、55min时取样，

20、夹杂物的面积（AREA ）、面积百分比（A% ）、 单位面积的颗粒数（C ）、最大夹杂物尺寸等见下表3.9表3.9取样时间（min）AREAA%C/mm2最大夹杂物尺寸（um ）软吹25min3.790.0256710.44软吹30min3.230.026795.67软吹35min3.920.021536.78软吹40min3.570.015425.51软吹50min3.940.032806.62LF炉软吹过程中夹杂物的大小分布见下表3.10: 表 3.10夹杂物大小05 um510 um1015 um1520 um软吹25min182810软吹30min2171100软吹35min14110

21、00软吹4 0min118300软吹50min2151500钢包软吹氩搅拌作为钢水浇铸前的最后一个工艺环节，对于钢中非金属夹杂物的去除效果 有着至关重要的影响。适当长时间的小氩气流量会在钢水中形成细小分散的气泡，这有利于捕 捉钢中细小的夹杂物并上浮去除；而当软吹氩气流量过大时，所吹入的氩气会形成气泡袋，从 而减少了氩气泡数量、不利于对夹杂物的捕捉和夹杂物的上浮去除。钢中夹杂物的去除效果取 决于吹入钢中氩气泡的数量和尺寸，氩气泡数量越多则夹杂物去除的效率也越高。也就是说， 在合理的软吹氩气流量条件下，软吹氩气时间越长，钢中夹杂物去除的越彻底。但在实际生产 中，由于生产周期的限制，不可能无限制地延

22、长软吹氩气时间。所以本文对特定软吹氩气条件 下钢中总氧含量和夹杂物含量随软吹时间的变化情况进行了研究。从上述5种炉次号的夹杂物数据分析中，可以得到在软吹开始的10min30 min内，钢中夹杂 物含量呈现明显的下降趋势。随着软吹时间延长，钢中Al2O 3等夹杂物得到了上浮去除，随着时 间继续延长，钢中夹杂物含量变化不大。对于炉次号A128858、A118795的夹杂物在35min后继续 增加软吹时间对夹杂物去除不再有效，甚至有上升的趋势，这是因为随着软吹时间增加，钢包 包衬中的MgO等耐火材料颗粒进入了钢水中。由于取样位置位于钢液面下500mm左右，所以这 个期间内钢中夹杂物当量个数的增加被认

23、为是钢液中夹杂物不断聚集、长大、上浮到取样位置 的结果。当软吹时间超30min后，随着软吹时间的增加，夹杂物当量个数开始呈现下降趋势，表 明随着软吹时间的继续延长，钢中夹杂物基本上浮到了距钢液面500mm以内的范围内。所以在 本研究条件下，要保证软吹氩气过程中钢液中夹杂物的有效上浮去除，软吹时间应不少于30min。4 结论1. 随着软吹氩气时间的增加，钢中总氧含量不断降低，在软吹氩30min后，钢水总氧含量 变化不明显。从软吹氩过程中钢中夹杂物含量变化来看，钢包软吹氩时间应保持在 30min 以上。2. 要想在软吹氩过程中有效地去除钢液中的夹杂物，必须保证合理的吹氩流量。吹入钢 液中的氩气泡均

24、匀、细小、数量多而且分散，从而有利于对钢中细小夹杂物的捕捉和 上浮去除。当软吹氩气流量大时，氩气流量会把渣面吹开，导致钢水发生二次氧化。 而且当软吹氩气流量过大时。钢包中的钢水容易形成环流，使得钢中细小的夹杂物沿 环流的轨迹运动而不是上浮进入到钢渣中。实践表明当软吹氩气流量控制在80 110L/min之间时对钢中夹杂物的去除最为有效。3. 在实际冶炼过程中避免采用铝，减少炉渣、包衬、合金等带入的Al及A12Oj采用Si、 Mn合金进行终脱氧。脱氧过程中要防止钛化物的增加，所以不必进行深脱氧，渣化开 后可加入小颗粒高纯硅铁60kg脱氧。4. 喂线对控制夹杂物的成分不利，钙还原渣和包衬中，使得钢液

25、中酸溶铝含量增加，从 控制高碳合金钢中夹杂物成分的角度考虑，建议不采用Si-Ca等包芯线。5. 注意减少帘线钢易偏析元素含量，严格控制中包过热度（1828C之间）、采用低过热 度浇铸及合理的拉速、应用电磁搅拌及轻压下技术，可以有效控制偏析程度。6. 帘线钢的生产一定要采用干净无残渣的大罐。最好使用帘线钢专用钢包，严禁使用生 产过铝脱氧钢种的钢包。7. 帘线钢生产要控制加热次数。加热过程中电极周围会产生高温的凹陷区域，是钢水二 次氧化、增C的直接原因。8. 控制钢液中的Al浓度是重要的，为获得低Als的钢液，要求炉渣中A12O 3含量在10%以下, 炉渣碱度应控制在0.81.0左右。参考文献1

26、李晶.LF精炼技术M.北京：冶金工业出版社，2009: 49522 薛正良.钢铁冶金概论M.北京：冶金工业出版社，2008:1161213 赵烁，古隆建，钟毅国内外帘线钢生产现状及发展趋势J.四川冶金，2008, 8 （30）: 62644 王勇，王全礼，李永东等.帘线钢LX72A夹杂物控制技术J.中国钢铁年会论文集，2005: 4534555 余蓉，吴玮，郭永铭等钢帘线钢的生产与发展J.特殊钢，2005，11（26）: 256 （日）木村，世意等帘线钢中夹杂物的控制技术J.鞍钢技术，2005（2）: 55587 张海臣帘线用钢夹杂物控制技术研究J.邢台职业技术学院学报，2010, 6（27）: 38418 王立峰，卓晓军，张炯明等冶金过程中帘线钢夹杂物成分控制J.北京科技大学学报，2003, 8（25）: 308311