本发明涉及一种护轮轨用重轨钢的生产方法，属于炼钢工艺技术领域。
背景技术：
护轮轨分为急曲线防脱线单（双）侧护轨和大桥等用防护性护轨两大类，作用为防止列车脱轨。“高速、重载、提高行车密度”成为当今铁路发展的大趋势，随着车速的提高，钢轨的加重，对护轮轨的纯净度、内部及表面质量也提出了更高要求。
目前重轨钢的主要生产工艺包括：转炉冶炼、LF+RH或VD双精炼及大方坯连铸工艺。我国专利“一种重轨钢硫含量控制方法”（专利号：201110403458.8）对入炉铁水硫含量进行控制，当入炉铁水硫含量高于0.060%时，进行铁水脱硫处理，以控制VD精炼过程中硫化物夹杂无法排除的技术问题，提高钢水纯净度；现有护轮轨用重轨钢生产方法的共同特点是采用铁水脱硫处理，对入炉铁水成分要求严格，而且均经过RH或VD真空精炼处理，生产工艺技术复杂，增加了生产成本；若不采用铁水脱硫处理及真空处理，则钢中有害气体和夹杂物含量高，容易引起白点、裂纹、点状夹杂物超标等严重缺陷，严重危害护轮轨的产品质量。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种护轮轨用重轨钢的生产方法，实现护轮轨用重轨钢低成本稳定生产，铸坯中各类夹杂物控制在≤2.0级，有效降低铸坯中心偏析和中心疏松缺陷等级，保证铸坯内部及表面质量满足标准要求。
解决上述技术问题的技术方案是：
一种护轮轨用重轨钢的生产方法，包括转炉吹炼、LF精炼、大方坯连铸、铸坯缓冷工艺步骤，其改进之处为：在LF精炼操作时加入渣料造二元碱度3.0～5.0的高碱度白渣进行精炼；待钢水硫含量≤0.012wt%时，加入调渣剂进行调渣处理，控制炉渣碱度为1.5～2.0；加入钛铁使钢水中钛含量控制在0.015wt%～0.025wt%；之后软吹出站上钢；所述铸坯缓冷步骤采用夹钳下线入缓冷坑缓冷处理，铸坯入坑温度不低于700℃，出坑温度不高于150℃，提供铸坯中氢扩散的良好热力学条件。
上述的一种护轮轨用重轨钢的生产方法，所述大方坯连铸工序采用定拉速浇注，浇注拉速控制在0.6～0.9m/min，与之匹配较低的过热度15～45℃及弱的二次冷却强度，减轻中心偏析等缺陷，保证铸坯内部质量。
上述的一种护轮轨用重轨钢的生产方法，所述调渣剂为石英砂或硅灰石，调渣剂的加入量为吨钢3～8kg；加入钛铁后的软吹时间≥15分钟。
本发明原理分析：重轨钢中氢含量及夹杂物级别对质量影响明显，常规的工艺路线均为采用铁水脱硫处理，经过真空精炼处理来脱氢的方法降低夹杂物等级、减少氢含量从而保证重轨钢质量。本发明与现有技术相比，采取全程控制增氢的技术手段来减少过程增氢；包括所有和钢水接触的合金、辅料、耐材等物质均进行干燥处理，减少氢的带入；充分利用缓冷工艺进一步为铸坯中氢的扩散提供时间及温度条件降低铸坯中氢含量；精炼过程中加入微合金元素钛，钢水中的钛和氮形成大量细小且弥散分部的TiN质点，它们与氢原子有较大的结合能，可形成不可逆陷阱，容易将氢原子固定在其周围，可以进一步减轻氢的危害作用。在精炼过程前期采用高碱度、高还原性渣精炼的方法，强化脱氧、脱硫，保证钢水具有较高的洁净度，后期调整为中低碱度控制钢中夹杂物钙、铝、镁的含量，点状夹杂物得到有效的控制；利用定拉速操作改善铸坯内部质量，减少结晶器卷渣的发生，降低铸坯中心偏析、中心疏松等内部缺陷等级。
本发明的有益效果为：
本发明省去了现有技术中RH或VD精炼步骤，简化了护轮轨用重轨钢的生产工艺流程，降低了生产成本；所生产的铸坯内部各类夹杂物有效控制在≤2.0级，探伤合格率达90%以上，有效降低铸坯内部中心偏析和中心疏松缺陷等级，铸坯质量完全满足护轮轨的质量需要，具有较为广阔的推广应用前景。
具体实施方式
本发明涉及一种护轮轨用重轨钢的冶炼、连铸生产方法，包括转炉吹炼、LF精炼、大方坯连铸和铸坯缓冷工序步骤；铁水加入废钢经过转炉吹炼、脱氧合金化后在LF精炼操作时根据钢水硫含量加入白灰、碳化硅、碳化钙、硅铁粉及萤石等渣料造二元碱度为3.0～5.0的高碱度白渣进行精炼，待钢水硫含量≤0.012wt%时，加入石英砂或硅灰石等调渣剂进行调渣处理，控制炉渣碱度为1.5～2.0，调渣剂的加入量为吨钢3～8kg；精炼渣碱度调整完成后，加入钛铁使钢水中钛含量控制在0.015wt%～0.025wt%；待温度成分调整合适后软吹≥15分钟出站上钢；连铸工序根据铸坯断面采用定拉速0.6～0.9m/min浇注，与之匹配较低的过热度15～45℃、弱的二次冷却强度及动态轻压下工艺把钢水浇注成280*380或280*325断面的铸坯，铸坯采用夹钳下线入缓冷坑缓冷处理，铸坯入坑温度不低于700℃，出坑温度不高于150℃，提供铸坯中氢扩散的良好热力学条件；本发明各步骤中使用的所有合金、渣料、耐材等与钢水接触物质必须经过干燥处理。
为了更好的解释本发明，下面举出实施例1～实施例5对本发明做进一步详细说明：
一种护轮轨用重轨钢的生产方法，具体冶炼工艺如下：
实施例1：炉次尾号为2501的护轮轨用重轨钢，采用铁水及废钢经120吨转炉冶炼，终点碳的质量分数为0.08wt%，磷的质量分数为0.014wt%；转炉出钢后加入重轨钢专用预熔合成渣300千克及100千克白灰后采用大流量吹氩3分钟，保证钢渣混合均匀。钢水进站硫含量为0.021wt%，LF精炼采用白灰800千克、萤石150千克渣料造白渣，渣面添加碳化硅200千克和硅铁粉100千克脱氧剂强化脱氧，精炼渣目标二元碱度控制在3.0，待钢水硫含量降低至0.011wt%时，加入石英砂进行调渣处理，石英砂的加入量为吨钢3kg，控制炉渣碱度为1.6，同时吹氩搅拌，搅拌时间15分钟，钢水中加入钛铁使钛含量为0.025wt%，待温度成分调整合适后软吹15分钟静置直至上浇注平台；钢水在连铸工序采用280mm×380mm断面，定拉速0.60m/min，与之匹配的过热度为35～45℃，二次冷却强度为弱冷，启用动态轻压下，浇注成铸坯后经出坯辊道采用夹钳下线入缓冷坑缓冷处理，铸坯入坑温度721℃，出坑温度73℃。
实施例2：炉次尾号为3733护轮轨用重轨钢，采用铁水及废钢经120吨转炉冶炼，终点碳的质量分数为0.18%，磷的质量分数为0.019wt%；转炉出钢后加入重轨钢专用预熔合成渣100千克及400千克白灰后采用大流量吹氩5分钟，保证钢渣混合均匀；钢水硫含量为0.038wt%，LF精炼采用白灰1200千克、萤石300千克渣料造白渣，渣面添加碳化硅150千克及碳化钙100千克等脱氧剂强化脱氧，精炼渣目标二元碱度控制在5.0，待钢水硫含量降低至0.010wt%时，加入硅灰石及石英砂进行调渣处理，调渣剂的加入量为吨钢8kg，控制炉渣碱度为2.0，同时吹氩搅拌，搅拌时间19分钟，钢水中加入钛铁使钛含量为0.015wt%。待温度成分调整合适后软吹17分钟静置直至上浇注平台；连铸工序采用280mm×325mm断面，定拉速0.90m/min，与之匹配的过热度15～30℃，二次冷却强度为弱冷，启用动态轻压下，浇注成铸坯后经出坯辊道采用夹钳下线入缓冷坑缓冷处理，铸坯入坑温度712℃，出坑温度150℃。
实施例3：炉次尾号为0830护轮轨用重轨钢，采用铁水及废钢经120吨转炉冶炼，终点碳的质量分数为0.09wt%，磷的质量分数为0.016wt%。转炉出钢后加入重轨钢专用预熔合成渣150千克及300千克白灰后采用大流量吹氩4分钟，保证钢渣混合均匀；LF精炼采用白灰900千克、萤石150千克等渣料造白渣，渣面添加碳化钙200千克、硅铁粉100千克等脱氧剂强化脱氧，钢水硫含量为0.027wt%，精炼渣目标二元碱度控制在4.0，待钢水硫含量降低至0.008wt%时，加入石英砂进行调渣处理，石英砂的加入量为吨钢5kg，控制炉渣碱度为2.0，同时吹氩搅拌，搅拌时间17分钟，钢水中加入钛铁使钛含量为0.020wt%，待温度成分调整合适后软吹15分钟静置直至上浇注平台。钢水在连铸工序采用280mm×380mm断面，定拉速0.65m/min，与之匹配的过热度20-40℃，二次冷却强度为弱冷，启用动态轻压下，浇注成铸坯后经出坯辊道采用夹钳下线入缓冷坑缓冷处理，铸坯入坑温度700℃，出坑温度为26℃。
实施例4：炉次尾号为3073的护轮轨用重轨钢，采用铁水及废钢经120吨转炉冶炼，终点碳的质量分数为0.04wt%，磷的质量分数为0.011wt%；转炉出钢后加入重轨钢专用预熔合成渣400千克采用大流量吹氩3分钟，保证钢渣混合均匀。钢水进站硫含量为0.034wt%，LF精炼采用白灰1000千克、萤石150千克渣料造白渣，渣面添加碳化硅250千克和硅铁粉100千克脱氧剂强化脱氧，精炼渣目标二元碱度控制在3.8，待钢水硫含量降低至0.006wt%时，加入石英砂进行调渣处理，石英砂的加入量为吨钢4kg，控制炉渣碱度为1.5，同时吹氩搅拌，搅拌时间15分钟，钢水中加入钛铁使钛含量为0.023wt%，待温度成分调整合适后软吹15分钟静置直至上浇注平台；钢水在连铸工序采用280mm×380mm断面，定拉速0.70m/min，与之匹配的过热度为15-30℃，二次冷却强度为弱冷，启用动态轻压下，浇注成铸坯后经出坯辊道采用夹钳下线入缓冷坑缓冷处理，铸坯入坑温度701℃，出坑温度64℃。
实施例5：炉次尾号为4251的护轮轨用重轨钢，采用铁水及废钢经120吨转炉冶炼，终点碳的质量分数为0.15wt%，磷的质量分数为0.013wt%；转炉出钢后加入重轨钢专用预熔合成渣200千克、300千克白灰采用大流量吹氩3分钟，保证钢渣混合均匀。钢水进站硫含量为0.019wt%，LF精炼采用白灰600千克、萤石100千克渣料造白渣，渣面添加碳化硅150千克和硅铁粉100千克脱氧剂强化脱氧，精炼渣目标二元碱度控制在3.2，待钢水硫含量降低至0.006wt%时，加入石英砂进行调渣处理，石英砂的加入量为吨钢3kg，控制炉渣碱度为1.7，同时吹氩搅拌，搅拌时间15分钟，钢水中加入钛铁使钛含量为0.016wt%，待温度成分调整合适后软吹15分钟静置直至上浇注平台；钢水在连铸工序采用280mm×325mm断面，定拉速0.85m/min，与之匹配的过热度为15-35℃，二次冷却强度为弱冷，启用动态轻压下，浇注成铸坯后经出坯辊道采用夹钳下线入缓冷坑缓冷处理，铸坯入坑温度771℃，出坑温度84℃。
检验实施例1～实施例5相应炉次重轨钢铸坯中心偏析、中心疏松等缺陷级别为1.0～1.5 级，其中81%炉次为1.0级；成品护轮轨夹杂物级别均不高于2.0级，相关指标完全满足标准要求；重轨钢轧制成50kg/m或60kg/m的护轮轨，夹杂物检测A类1.5～2.0级，B类、C类及D类均不高于1.0级，钢轨低倍检验合格，经NDT探伤检测后，实施例1的探伤合格率为95.3%、实施例2的探伤合格率为94.7%、实施例3的探伤合格率为99.1%，实施例4的探伤合格率为96.9%，实施例5的探伤合格率为98.9%，均达到90%以上，有效地提高护轮轨产品的质量及社会、经济效益。