转炉生产特殊钢关键技术的发展

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一、转炉生产特殊钢概述

传统转炉冶炼过程一般包括脱碳、脱硅、脱磷及脱硫操作。由于无法进行时间较长的还原操作，因此难以实现良好的脱氧、脱硫、大量合金化以及成分微调，所以以前不能生产出质量要求较高的钢种，一般只用来生产普通钢。但随着铁水预处理技术和炉外精炼技术的出现和快速发展，转炉生产特殊钢成为可能。通过铁水预处理可以使铁水中的磷含量达到100ppm、硫含量达到十几个ppm的水平，再经过炉外精炼脱气、脱硫、脱氧及夹杂物变性处理，可以使钢水达到很高的纯净度，并得到合理的夹杂物形态。

现在转炉流程在特殊钢的生产领域已经占据了一定的地位，尤其在用量大、适于连铸生产的钢种领域，如不锈钢、轴承钢和弹簧钢等，并取得了很好的效果。此外，转炉与铁水预处理和炉外精炼技术相结合，可以生产出一些电炉流程难以生产的品种，如汽车行业以及其它行业所需的深冲钢。总之，转炉流程生产特殊钢已越来越受到业内人士的关注。

转炉与电炉生产特殊钢的主要区别之一是原料不同。转炉工艺的原料要求至少有60％的铁水。废钢的添加数量取决于铁中硅、碳和磷的含量以及废钢的预热温度。随着我国经济的发展，钢材消费结构正在发生变化，特殊钢的市场需求将会逐渐扩大，为转炉生产特殊钢提供了市场机遇。

转炉吹炼的技术特点是：（1）反应速度快，吹氧时间仅12～16min，生产周期短、节奏快；（2）采用“自热法”升温，热效率高、成本低、升温速度快；（3）渣－钢反应接近平衡。

采用转炉生产特殊钢，必须适应转炉炼钢的技术特点。在保证钢材质量的前提下，特殊钢生产必须适应转炉高效率、快节奏的生产方式，充分发挥转炉反应速度快、渣钢反应接近平衡以及钢中气体含量低的技术优势。

特殊钢是有特殊用途的钢种。如齿轮钢服役时，经受周期性冲击载荷，故要求钢材表面具有较高的硬度而心部有较高的韧性。轴承、弹簧等钢材，则要求长的疲劳寿命。因此，特殊钢一般都对钢质有更高的要求。另外，特殊钢市场的特点是专业化强，市场辐射面窄，特殊钢的需求是多品种、小批量。转炉生产特殊钢，必须适应转炉的冶金特点，发挥转炉炼钢的技术优势。应在保证转炉高效快节奏的生产条件下，以尽可能低的成本生产高纯净度的特殊钢。另外，基于转炉原料中金属杂质含量低，冶炼过程没有电弧区钢液增氮过程，加上脱碳效果好，利于生产低碳、低氮和低金属杂质钢种。

二、适宜转炉冶炼的特殊钢品种

目前，在工业化国家优特钢材的消费中，汽车工业占50％左右，机械工业占24％左右，所以汽车工业是特殊钢的主要市场。发展转炉特殊钢生产，必须瞄准国内汽车工业市场。

三、转炉生产特殊钢的关键技术

转炉生产特殊钢的关键技术包括复吹转炉终点控制、炉外精炼、中间包冶金、特殊钢连铸、控轧控冷和大型夹杂物控制等基本工艺技术。

复吹转炉终点控制技术精确控制转炉吹炼终点，避免钢水过氧化，实现低犤O犦钢冶炼是大规模、高效率、廉价生产洁净钢的技术关键。转炉实现低犤O犦钢冶炼的技术措施主要是：

（1）采用高拉碳工艺，依靠钢中碳控制钢水含氧量；

（2）优化复吹工艺，强化冶炼末期或终点后底吹搅拌，促进钢、渣平衡；

（3）采用出钢挡渣工艺，控制钢包下渣量≤3kg／t；（4）采用出钢炉渣改质工艺，控制渣中（FeO＋MnO）≤3％，利用钢流混冲脱硫。

洁净钢精炼工艺炉外精炼是生产超纯净钢的重要手段。采用不同的炉外精炼方法组合，可生产不同纯净度的钢种。但与转炉匹配时，在保证钢水纯净度的前提下，要充分注意：

（1）炉外精炼的生产节奏应与转炉→连铸相适应，以保持高的生产效率和设备作业率；

（2）必须充分考虑炉外精炼的成本，努力降低精炼电耗、氩耗和耐火材料等消耗；

（3）从成本考虑，搞好挡渣出钢、合成渣洗、吹氩搅拌、合金微调和钙处理以及真空吹氧脱碳等基本工艺。

大型夹杂物的控制技术大型夹杂物往往是造成钢材缺陷的主要因素。大型夹杂物的来源主要是钢包卷渣和结晶器内卷渣所致，控制钢中大型夹杂物的主要方法是：

（1）合理设计水口或采用电磁制动技术，避免钢水卷渣；

（2）充分净化钢水，防止浸入式水口结瘤堵塞；

（3）减少结晶器内钢水液面波动；

（4）降低钢水表面流速。

中间包冶金与保护浇注技术中间包冶金是进一步降低钢中氧含量，控制钢中夹杂物的重要环节。为了稳定地生产低氧钢，日本研究开发超低氧钢生产工艺，采用中间包电磁搅拌技术获得如下明显的冶金效果：

（1）降低氧含量；

（2）减少大型夹杂；

（3）避免水口堵塞。

特殊钢连铸工艺日本生产特殊钢，通常采用立弯形大方坯连铸机，并认为生产Φ50mm以上的棒材可采用一次成材；而生产小规格产品，需经初轧开坯。

控轧控冷技术特殊钢的控轧控冷是一种轧制形变热处理工艺，能够在热轧状态下得到加工性能及韧性优良的产品。

采用控轧控冷技术，可实现晶粒细化，达到提高钢材强韧性的目的。如生产渗碳钢在电动机功率为600kW的条件下，将压下量由24％降至19％，则轧制温度可降低100℃，可将晶粒度由8级提高到12级。

采用控轧控冷可省去正火工艺，如生产碳素或合金结构钢时，为避免晶粒粗大、硬度不均匀，可采用控制轧制中动态控制轧制过程及轧后控制冷却速度，在终轧后直接获得正火处理后才能得到的晶粒度和硬度指标。

控轧控冷还可省略退火工艺，对生产淬透性高的强韧钢采用控轧控冷工艺，降低轧后的冷却速度，使软质的铁素体＋珠光体数量增多，抗拉强度降低。故可省去软化退火工艺。