耐海洋腐蝕HRB400cE轉(zhuǎn)爐冶煉生產(chǎn)實踐

供稿|李維華，林致明，王偉，王光文 / LI Wei-hua, LIN Zhi-ming, WANG Wei, WANG Guang-wen

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HRB400cE為400 MPa級耐海洋腐蝕鋼筋，主要應(yīng)用于鹽湖、海洋、沿海一帶以及撒化冰鹽的道路、橋梁等。三寶鋼鐵有限公司決定采用微合金化和控軋控冷工藝開發(fā)耐海洋腐蝕鋼筋HRB400cE。通過設(shè)計耐海洋腐蝕鋼筋HRB400cE冶煉的化學(xué)成分，控制裝入制度、供氧制度、造渣制度、溫度及終點(diǎn)控制制度、出鋼及脫氧合金化制度和吹氬處理等工藝制度，成功冶煉出了化學(xué)成分符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求的鋼液，鋼液具有較低的氮含量，冶煉周期均在合理范圍內(nèi)。該鋼種在經(jīng)濟(jì)性與耐海水腐蝕性方面具有較高利用價值，后續(xù)可以批量生產(chǎn)。

HRB400cE是一種400 MPa級耐海洋腐蝕鋼筋，是國標(biāo)GB/T 33953—2017“鋼筋混凝土用熱耐蝕鋼筋”里規(guī)定的一種耐蝕鋼筋，在鋼中加入一定量的Cu、P、C或Ni、Mo、Nb、Ti等合金元素制成的一種耐海洋腐蝕性能良好的低合金鋼。耐海洋腐蝕鋼筋主要應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境、鹽湖、海洋、沿海一帶和撒化冰鹽的道路、橋梁等，能有效阻止進(jìn)入到混凝土內(nèi)部的氯離子與鋼筋表面的鈍化膜發(fā)生復(fù)雜的電化學(xué)反應(yīng)，避免混凝土出現(xiàn)破壞開裂現(xiàn)象[1-4]。

人們?yōu)榱搜泳徍蜏p少鋼筋腐蝕開展了很多研究工作，開發(fā)了鍍鋅鋼筋、不銹鋼筋及涂層類鋼筋等防腐技術(shù)，但這些方法或者成本高或者防腐效果不理想。為了減緩沿海建筑物和工業(yè)環(huán)境中的鋼筋腐蝕速度，三寶鋼鐵有限公司決定采用微合金化和控軋控冷工藝開發(fā)耐海洋腐蝕鋼筋HRB400cE，此鋼種在經(jīng)濟(jì)性與耐海水腐蝕性方面具有較高利用價值[5-8]。

國標(biāo)冶煉要求

鋼筋混凝土用HRB400cE耐蝕鋼筋新國標(biāo)GB/T 33953—2017，冶煉工藝只能采用轉(zhuǎn)爐或者電爐工藝，必要時可采用爐外精煉，化學(xué)成分要求如表1所示，其中為了進(jìn)一步提高鋼筋的耐腐蝕性能，還可以加入下列一種或多種合金元素(質(zhì)量分?jǐn)?shù))：Mo，≤0.30%；Re，≤0.05%等；鋼的氮含量應(yīng)≤0.012%，鋼中如有足夠數(shù)量的氮結(jié)合元素，含氮量的限制可適當(dāng)放寬，鋼筋的成品化學(xué)成分允許偏差應(yīng)符合GB/T 222的規(guī)定。

冶煉過程控制

鋼筋混凝土用HRB400cE生產(chǎn)采用轉(zhuǎn)爐煉鋼和鎮(zhèn)靜鋼脫氧方法，工藝流程為：裝入操作→100 t轉(zhuǎn)爐冶煉→出鋼及脫氧合金化→吹氬→連鑄。

表 1 化學(xué)成分要求(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

化學(xué)成分設(shè)計

結(jié)合螺紋鋼HRB400cE相關(guān)元素在鋼筋中所發(fā)揮的作用及國標(biāo)GB/T 33953—2017規(guī)定的化學(xué)范圍要求，設(shè)計了鋼筋混凝土用螺紋鋼HRB400cE相關(guān)元素含量控制標(biāo)準(zhǔn)，如表2所示。

裝入制度

轉(zhuǎn)爐裝入制度采用定量裝入，根據(jù)爐況、生產(chǎn)組織情況、鐵水成分和溫度來調(diào)整廢鋼加入量，具體控制情況如表3所示。

表 2 化學(xué)成分控制標(biāo)準(zhǔn)(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

表 3 裝入制度

供氧制度

供氧制度采用變壓變槍法，進(jìn)料完畢后，搖正爐體下槍吹煉。氧槍噴頭采用四孔拉瓦爾型，噴孔夾角12°，擴(kuò)張角為11°30′，喉口長度7 mm，工作氧壓控制在0.80～0.85 MPa，流量控制在20000～26000 m3/h。吹煉前期槍位控制在1400～1600 mm，中期槍位控制在1500～1800 mm，后期槍位控制在1300～1500 mm，拉碳槍位控制在1200 mm，火焰情況不正常時槍位可以適當(dāng)調(diào)節(jié)，以化渣正常為宜。

造渣制度

造渣制度采用分批加料法。開始吹氧火焰正常后，根據(jù)鐵水成分與溫度情況并結(jié)合操作經(jīng)驗，石灰總量控制在2000～3000 kg，輕燒白云石總量控制在1000～2000 kg，一批料加入石灰總量的2/3和全部輕燒白云石，二批石灰料、三批石灰料根據(jù)吹煉情況適時加入，確?！俺跗谠缁?，過程渣化好，終渣化透”。

溫度及終點(diǎn)控制制度

過程溫度控制保證化好渣，不噴濺不返干，溫度平穩(wěn)上升；終點(diǎn)溫度控制在1640～1670 ℃，開澆第一爐、新出鋼口和新鋼包等特殊情況可以適當(dāng)提高出鋼溫度。終點(diǎn)C含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))控制在0.06%～0.13%，防止鋼水氧含量高，影響鋼水質(zhì)量；終點(diǎn)P含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))控制在0.020%以下，防止擋渣失敗時回磷導(dǎo)致鋼水P含量過高造成化學(xué)廢品。

出鋼及脫氧合金化制度

出鋼過程采用擋渣球進(jìn)行擋渣操作，確保擋渣成功率達(dá)到90%以上，保證鋼包渣層厚度不大于200 mm。采用脫氧劑(硅鈣鋇和鋁錠)、硅錳合金進(jìn)行脫氧合金化。合金加入順序為：脫氧劑→硅鐵合金→硅錳合金→貴重金屬(銅、鉻鐵和鎳鐵)，合金在出鋼至1/4～1/3時開始加入，出鋼至2/3～3/4時加完，合金加入量參考出鋼量按95.00 t/爐計，冶煉鋼水殘Mn質(zhì)量分?jǐn)?shù)按0.10%計，硅鐵、硅錳合金增C質(zhì)量分?jǐn)?shù)按0.020%計，可根據(jù)冶煉終點(diǎn)、出鋼量等情況調(diào)整合金加入量。

爐后吹氬處理

爐后吹氬站吹氬處理對鋼液夾雜物與溫度分布影響很大，足夠的吹氬時間既能促進(jìn)鋼液中的夾雜物充分上浮，也能促進(jìn)鋼水溫度的均勻分布，可以提高測溫的準(zhǔn)確性，吹氬工藝控制如表4所示。

冶煉結(jié)果

通過采取以上工藝控制措施，對HRB400cE前5爐鋼液生產(chǎn)情況進(jìn)行統(tǒng)計，如表5所示。

表 4 吹氬處理工藝控制

表 5 冶煉結(jié)果

結(jié)束語

通過采用合理化學(xué)成分設(shè)計、轉(zhuǎn)爐煉鋼五大控制制度和爐后吹氬處理等工藝手段，冶煉獲得了符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求的HRB400cE化學(xué)成分，并且鋼液的氮含量較低。生產(chǎn)HRB400cE鋼液相關(guān)的冶煉周期均在正常生產(chǎn)控制范圍之內(nèi)，在以后的日常生產(chǎn)中是合理可行和值得推廣的。