簾線鋼LX72A夾雜物優化控制實踐

孫光濤，桂仲林

（中天鋼鐵第三煉鋼廠，江蘇常州 213011）

簾線鋼LX72A夾雜物優化控制實踐

孫光濤，桂仲林

（中天鋼鐵第三煉鋼廠，江蘇常州 213011）

結合中天鋼鐵第三煉鋼廠簾線鋼LX72A生產實際，通過控制鐵水［Si］、［Ti］等含量和實施轉爐“雙渣留渣”冶煉技術，實現了轉爐出鋼高拉碳、低［P］和低［Ti］的要求，減少了脫氧產物和Ti夾雜物。調整精煉渣系堿度和優化中間包流場，使盤條夾雜物達到CaO-Al2O3-SiO2系相圖塑性化控制目標，鑄坯夾雜物尺寸由最大48 μm降低到20 μm以內。

簾線鋼；LX72A鋼；夾雜物；精煉渣，中包流場

1 前言

鋼簾線是橡膠骨架材料中應用最為廣泛的產品，主要應用在汽車輪胎、傳送帶等生產領域，要求其具有動態彈性率大、強度高、拉伸蠕變小、尺寸穩定性好以及彎曲剛度高等特點，是金屬制品中生產難度最大的產品［1］。鋼簾線在加工過程中，需從直徑5.5 mm左右的線材快速拉拔至單絲直徑0.15～0.38 mm的細絲，其對鋼中夾雜物塑性要求很高，以避免在生產過程中產生斷絲現象。因此，要生產出高質量的簾線鋼就必須提高簾線鋼的潔凈度，要求夾雜物尺寸小、數量少、延展塑性好［2］。冶金工作者長期研究發現［3］，影響鋼中夾雜物數量和尺寸的重要因素是鋼中T［O］含量，而熔點低的夾雜物是變形性能好的塑性夾雜物。

中天鋼鐵自開發簾線鋼LX72A以來，盤條存在B類夾雜物和縱截面夾雜物尺寸超標等問題，這是鋼簾線生產過程中出現斷絲的主要原因。本研究通過穩定鐵水成分和轉爐出鋼終點［C］、［P］和［Ti］控制，調整精煉渣堿度和優化中間包流場，并使用金相顯微鏡和掃描電鏡分析夾雜物的數量、尺寸和成分，達到減小夾雜物尺寸和夾雜物塑性化控制的目的。

2 夾雜物塑性化理論基礎

簾線鋼中夾雜物的主要來源為內生脫氧產物和外生耐材剝落物以及卷渣產物，而夾雜物的塑性化控制基本思想是優化內生夾雜物成分降低其熔點，在軋制溫度下隨著夾雜物熔點的降低，變形能力越來越好。國內外學者研究表明［4］，當夾雜物熔點低于1 400℃，夾雜物的變形能力和同溫度下的鋼變形能力接近，即夾雜物實現塑性化。

目前簾線鋼主要采用低堿度酸性渣的冶煉方式，鋼水中夾雜物主要有兩種類型，一種是來自于Si、Mn脫氧產物的MnO-SiO2-Al2O3系夾雜物，目標相圖中含Al2O315%～25%的錳鋁榴石（3MnO· Al2O3·3SiO2）及其周邊為低熔點區，如圖1所示；另一種是來自于爐渣反應的CaO-SiO2-Al2O3系夾雜物，目標相圖中鈣斜長石（CaO·Al2O3·2SiO2）與假硅灰石（CaO·SiO2）的共晶區為低熔點區，見圖2。

圖1 MnO-Al2O3-SiO2系塑性夾雜物成分范圍

圖2 CaO-Al2O3-SiO2系塑性夾雜物成分范圍

根據S.Maeda的研究結果［5］，夾雜物中Al2O3含量對不變形夾雜物指數影響很大，當夾雜物中Al2O3含量為20%時，夾雜物塑性變形能力最好。在工業生產實踐中，簾線鋼夾雜物一般是四元、五元復合夾雜物，因此，夾雜物塑性化控制并不容易。

3 生產過程工藝參數控制及優化

3.1 生產工藝路線

中天鋼鐵第三煉鋼廠冶煉簾線鋼LX72A的工藝流程為：KR鐵水預處理→120 t頂底復吹轉爐→LF精煉爐→160 mm×160 mm小方坯連鑄機（10機10流）→高速線材軋制。表1為簾線鋼LX72A目標化學成分。

表1 簾線鋼LX72A目標化學成分%

3.2 轉爐工藝參數控制及優化

轉爐出鋼終點的［C］、［P］和［Ti］含量對鋼水純凈度和夾雜物有著至關重要的影響。提高終點出鋼［C］，降低鋼水氧含量，減少夾雜物來源；降低終點［P］，能夠避免P偏析導致盤條拉拔分層斷裂；降低［Ti］含量，抑制鑄坯凝固過程中析出TiN（TiC）高硬質不變性夾雜物，對于簾線鋼來說，TiN類夾雜物對盤條的拉拔和絞線過程危害最大。

轉爐具體工藝控制優化措施如下：

1）為控制Ti夾雜，生產前對鐵水Ti含量進行檢測，用Ti含量低的鐵水生產；禁止使用含Ti鋼種的廢鋼冶煉簾線鋼。2）保證鐵水中的［Si］含量合適，穩定轉爐高拉碳終點控制，杜絕鋼水過氧化。3）轉爐采用“雙渣留渣”脫P、脫Ti技術，實現低P、低Ti出鋼。4）為最大程度降低Al2O3等不變形脆性夾雜，在合金化過程不得使用含鋁材質的脫氧劑。5）出鋼合金加入順序對夾雜物生產有較大影響，加料順序依次為增碳劑→脫氧劑→合金→頂渣。6）嚴格控制精煉到站樣成分，保證精煉少調成分，有利于脫氧產物及時上浮，同時能夠促進精煉過程夾雜物變性。7）加強出鋼過程擋渣操作，采用擋渣球和滑板雙擋渣。

表2為簾線鋼轉爐工藝參數優化前后爐次的成分及溫度。從表2中不難看出，工藝參數調整后，鐵水中的［Si］含量穩定提高，轉爐出鋼能夠實現在保證溫度的前提下高拉［C］、低［P］、低［Ti］出鋼，為后續精煉過程夾雜物控制創造有利條件。

3.3 精煉渣系優化

簾線鋼精煉過程主要通過設計頂渣堿度、Al2O3含量與鋼水化學反應，再通過鋼水中溶解的活性［Ca］與［Al］等微量元素與夾雜物反應，達到控制夾雜物成分的目的。如果精煉過程渣—鋼反應能達到熱力學平衡，則夾雜物成分和渣成分一致，但受制于動力學條件，實際工業化大生產中熱力學平衡是無法實現的。簾線鋼中渣—鋼和鋼水—夾雜物主要有以下3個化學反應：

表2 簾線鋼入爐鐵水和轉爐出鋼優化前后工藝參數

簾線鋼要求鋼水純凈度高和夾雜物變形塑性良好，根據前面的夾雜物塑性化理論分析，夾雜物中的堿度（CaO/SiO2）要控制在0.6～1.0左右，Al2O3含量20%左右。本研究精煉渣系采取雙渣變性工藝代替單渣工藝，前期用石灰、電石、螢石造高堿度渣脫氧，后期使用石英砂造低堿度渣對夾雜物變性。使用掃描電鏡能譜儀分析鑄坯夾雜物成分，圖3為精煉渣系調整前后鑄坯夾雜物在CaO-Al2O3-SiO2相圖上的位置，陰影部分為夾雜物熔點低于1 400℃的塑性區。從圖3a中不難看出，渣系優化前夾雜物基本都不在塑性區，夾雜物成分離散度大，部分夾雜物Al2O3含量嚴重偏高；圖3b為渣系優化后夾雜物成分檢測結果，降低變渣前后的堿度，夾雜物基本都在塑性區，且分布集中。

3.4 中包流場優化

中間包不僅是穩壓、分配鋼液和保證鋼液連續性澆鑄的緩沖容器，還是去除鋼液中非金屬夾雜物、均勻鋼液溫度和保證鑄坯質量的關鍵設備。中間包內的控流元件多孔擋墻的設置參數對中間包內非金屬夾雜物的上浮及均勻鋼液溫度起著至關重要的作用。對于多流連鑄小方坯中間包來說，若出口溫度及所含夾雜物的大小和數量變化很大，勢必給鑄坯質量控制帶來一定的困難。因此，優化中間包擋墻的設置參數非常重要。

圖3 精煉渣系優化前后對夾雜物塑性化影響

中天鋼鐵第三煉鋼廠連鑄機為10機10流雙中間包“L”型結構，原擋墻設計主要針對普通鋼種，不能滿足高品質鋼種如簾線鋼的要求。通過和高校合作開展中間包擋墻水模型和數值模擬設計研究，對擋墻的結構進行了優化，由原“V”型兩側孔改為“V”型單側4孔擋墻，水模擬和數值模擬結果表明，新擋墻夾雜物去除率由優化前的45.4%提高到78.9%。通過鑄流取樣，金相顯微鏡下觀察夾雜物的數量和尺寸，結果見圖4。由圖4可知，擋墻優化前夾雜物尺寸最大48 μm，＞30 μm的大型夾雜物容易被發現；采用新擋墻后，鑄坯夾雜物尺寸基本都＜20 μm，擋墻優化后實際去除夾雜物效果明顯。

圖4 中包擋墻優化前后對鑄坯夾雜物尺寸的影響

4 盤條夾雜物檢測結果分析

簾線鋼夾雜物檢驗非常嚴格，下游客戶一般要求每個爐次取12根盤條樣，檢測縱截面不變形夾雜物（長寬比＜3）最大寬度，橫截面夾雜物最大寬度和Ti夾雜物。圖5為簾線鋼工藝參數優化前后盤條夾雜物形貌對比。圖5a、圖5b為工藝參數優化前夾雜物形貌，夾雜物為串狀不變形顆粒；圖5c、圖5d為工藝參數優化后夾雜物形貌，夾雜物變為塑性良好的長條狀，且寬度＜5 μm。

圖5 工藝優化前后盤條夾雜物形貌的變化

表3為盤條按照ASTM標準B類不變形夾雜物評級結果（12個樣品）。

表3 盤條B類不變形夾雜物ASTM標準評級結果

由表3可以看出，工藝參數優化前，B類夾雜物平均級別為0.58～0.79，B類最大2.5級，滿足一般簾線鋼使用要求≤1.0級合格率為41.7%～75%；工藝參數優化后，B類夾雜物平均級別為0.17～0.21，B類最大＜1.0級，≤1.0級合格率100%。工藝參數優化前后，夾雜物從數量、尺寸和塑性化方面進步明顯。

5 結語

中天鋼鐵轉爐通過穩定鐵水成分［Si］、［P］和［Ti］含量，加入清潔廢鋼，使用低鋁合金脫氧合金化，冶煉時采用“雙渣留渣”和高拉碳技術，減少脫氧產物和Ti夾雜物。精煉采用雙渣工藝代替單渣工藝，精煉前期造高堿度渣脫氧、精煉后期造低堿度渣對夾雜物變性等措施，夾雜物在CaO-Al2O3-SiO2相圖中的位置由偏離塑性區的離散分布轉變為集中分布在熔點低于1 400℃的塑性區。優化10機10流中間包擋墻結構，提高大顆粒夾雜物去除率，鑄坯夾雜物最大尺寸由優化前的48 μm降低到20 μm以內。按優化后的工藝生產了6 000 t簾線鋼，產品實物質量得到了用戶的認可。

［1］Minamidea T,Noriaki H,Shibata T.Developments in steel cord wire rods［J］.Kobe Steel Engineering Reports，2000，50（3）：31-35.

［2］趙中福，余新河，洪軍，等.簾線鋼中非金屬夾雜物控制技術研究［J］.煉鋼，2009，44（3）：40-44.

［3］劉中柱，蔡開科.純凈鋼生產技術［J］.鋼鐵，2000，35（2）：64.

［4］Bernard G,Ribord P.V.,Urbain G..Oxide inclusion plasticity ［J］.Revue de Metallurgies-CIT，1981（5）：421-433.

［5］Lrunner D,Maeda S.Start-up of Tire Cord through USS/KOBE's Billet Caster［C］//Steelmaking Conference Proceeding.1998.

Improvement Control Practice of the Inclusion in LX72A Tire Cold Steel

SUN Guangtao,GUI Zhonglin
（ZENITH Steel No.3 Steelmaking Plant,Changzhou 213011,China）

With the practical production situation of LX72A tire cold steel in No.3 Steelmaking Plant of Zenith Steel Group Co.,Ltd, based on control of silicon and titanium content in the iron metal,double slag and slag-remaining technology were used,which could reduce deoxidation and TiN(TiC)inclusion.The size of inclusion in billet was decreased from 48 μm to 20 μm by optimization basicity of refining slag and fluid flow in tundish,as well as the chemical composition of inclusion was ductility at CaO-Al2O3-SiO2diagram.

tire cold steel;LX72A steel;inclusion;refining slag;fluid flow in tundish

TF762

A

1004-4620（2017）02-0007-03

2016-11-01

孫光濤，男，1978年生，2001年畢業于安徽工業大學鋼鐵冶金專業?，F為中天鋼鐵三煉鋼主任工程師，從事技術質量管理、產品開發等工作。