高速重轨钢的精炼方法与流程

本发明涉及冶金制造技术领域，尤其涉及一种高速重轨钢的精炼方法。

背景技术：

现代高速、重载铁路的发展对重轨钢质量提出了更高的要求，高速重轨钢的使用寿命与疲劳性能密切相关，钢中全氧含量反映出钢水的洁净度控制水平，钢水的洁净度、低熔点夹杂物比例以及硫含量都是影响高速重轨钢疲劳性能的因素。因此降低钢中全氧含量、提高低熔点夹杂物比例以及降低钢水硫含量对于提高钢轨的使用寿命和安全性有重要意义。

如申请号为201510427600.0的中国发明专利公开了一种控制重轨钢纯净度的方法，包括在转炉使用活性石灰，在精炼过程中使用活性石灰、碳化硅及石英砂造渣，使连铸坯硫含量≤0.006％，夹杂物各项评级均≤2.0级。其优点在于钢中硫含量较低，有效减少了硫化物析出夹杂，但钢渣碱度控制高，未考虑到其它类夹杂物的塑性化问题。

又如申请号为201310629016.4的中国发明专利公开了一种经济高效的高速重轨钢无铝脱氧方法，通过在转炉出钢周期的三个不同阶段分批次加入脱氧剂金属锰、特硅、硅钡钙，可使全氧含量降低至20ppm以下。其特点在于简化了重轨炼钢工序，缺点全氧含量不能满足高速重轨钢的要求。

综上所述，目前主要通过加入脱氧剂降低钢中全氧含量，得到钢水的全氧含量在20ppm以下，对于高速重轨钢来说20ppm的全氧含量仍然太高，因此，亟需一种降低高速重轨钢中全氧含量的精炼方法来进一步降低钢水的全氧含量。

技术实现要素：

为解决以上问题，本发明的目的是提供一种高速重轨钢的精炼方法，降低钢水中全氧含量。

为实现上述目的，本发明所设计的高速重轨钢的精炼方法，包括步骤：

(1)lf精炼：向钢水中加入活性石灰、萤石、电石、硅铁调整炉渣，控制炉渣碱度为2.0～3.0，炉渣中feo和mno的重量百分含量≤1％，钢水离站温度控制为1575～1595℃；

(2)rh真空精炼：控制真空度≤10pa，真空处理时间15～20min，驱动氩气压力0.4～0.7mpa，氩气流量为60～100nm³/h，钢水处理结束温度控制为1535～1555℃；

(3)向炉渣表面覆盖1～2kg/吨钢水保温剂，氩气压力0.35～0.55mpa，流量为30～50nm³/h，软吹时间6～10min，钢水离站温度控制为1525～1545℃。

与现有技术相比，首先本发明通过活性石灰、萤石、电石、硅铁的加入控制炉渣碱度为2.0～3.0。通过活性石灰和萤石调整熔渣碱度及熔融状态，通过电石和硅铁降低渣中氧化性，得到炉渣碱度为2.0～3.0的高碱度低氧化性的白渣。控制炉渣碱度为2.0～3.0的原因为：重轨钢作为硅脱氧钢，精炼渣系为cao-al2o3-sio2，渣-钢间存在以下化学反应：

3sio2+4[al]＝2al2o3(s)+3[si](式1)

由式1和式2以及重轨钢的成分(si：0.35％，al：≤0.004％)可知：1，随着精炼渣中al2o3含量的增加，钢中[al]逐渐增加，因此采用无铝脱氧方式，即本发明采用活性石灰、萤石、电石、硅铁进行脱氧；2，炉渣碱度对钢中铝含量影响很大，随着精炼渣碱度的提高，钢中[al]含量增加更显著，因此精炼渣碱度不能超于3.0，精炼渣碱度超过3.0后重轨钢中[al]含量将＞0.004％，超出重轨钢中[al]含量的范围；3精炼渣碱度小于2.0，脱氧效果不佳。

其次，本发明在rh真空精炼中控制真空度≤10pa的原因为，重轨钢rh真空精炼过程中，脱氧反应如式3所示，且由式4和式5可以推导出式6。

[c]+[o]＝co(式3)

δg^θ＝-22363-39.63t(式4)

由式3和式6可知，碳的脱氧能力随着真空度的提高而增强，根据重轨钢的c含量(0.7～0.8％)，将真空度控制为≤10pa以及控制脱氧反应动力学条件(驱动氩气流量为60～100nm³/h)，增强脱氧效果。

最后，rh软吹向炉渣表面覆盖1～2kg/吨钢水保温剂能够避免软吹过程钢水与空气接触造成钢水中全氧含量增加，rh软吹过程中控制氩气压力0.35～0.55mpa，流量为30～50nm³/h，能够在钢水表面形成小氩气泡，利用小气泡的浮选作用，即固态夹杂物与小气泡碰撞粘附，与小气泡一同上浮去除钢中脱氧产生固态氧化物夹杂，进一步降低全氧的含量。

采用本发明的高速重轨钢的精炼方法，高速重轨钢水的全氧含量能控制在10ppm以下，提高了高速重轨钢水的洁净度。

作为优选方案，所述步骤1)中，lf精炼全程向炉底吹氩气搅拌，氩气压力0.4～0.7mpa，流量为40～70nm³/h。通过吹氩气搅拌促进渣、钢界面反应，进一步降低全氧含量。

作为优选方案，所述步骤(1)中活性石灰、萤石、电石、硅铁的加入量为，活性石灰2～4kg/吨钢水、萤石0.5～1.5kg/吨钢水，电石0.5～1kg/吨钢水，硅铁0.5～1kg/吨钢水。通过限定活性石灰、萤石、电石、硅铁的加入量调整炉渣碱度。

作为优选方案，所述步骤(1)中控制炉渣碱度为2.0～2.4。碱度在2.4以上钢水中低熔点夹杂物的比例较小，不利于上浮去除；碱度控制在2.0～2.4之间能提高低熔点夹杂物的比例，便于上浮去除，而且在轧制过程中具有一定的变形能力，提高轧制过程中的塑性，进而提高了钢轨的抗疲劳能力及使用寿命。

作为更优选方案，所述步骤(1)中控制炉渣碱度为2.2～2.4。炉渣碱度在2.2以下脱硫效果不佳，因此控制炉渣碱度为2.2～2.4，能提高脱硫效果，降低钢中硫含量。

本发明的优点在于：与现有技术相比，本发明的高速重轨钢的精炼方法通过lf精炼过程中加入活性石灰、萤石、电石、硅铁进行脱氧，然后在rh真空精炼中通过氩气和真空度进一步深度脱氧，最后增加rh软吹钢中氧化物夹杂能得到有效去除，进一步降低全氧含量。其次，通过控制炉渣碱度为2.2～2.4，既提高了低熔点夹杂物的比例又降低了钢中硫含量。

附图说明

图1为实施例1中精炼渣系为cao-al2o3-sio2夹杂物的分布图；

图2为实施例1中硫化物夹杂的扫描电镜图；

图3为对比例2中夹杂物的分布图；

具体实施方式

为更好地理解本发明，以下将结合附图和具体实例对发明进行详细的说明。

为解决现有高速重轨钢精炼技术中存在全氧含量较高的问题，本发明提供一种高速重轨钢的精炼方法，其通过lf精炼过程中加入活性石灰、萤石、电石、硅铁进行脱氧，然后在rh真空精炼中通过氩气和真空度进一步深度脱氧，最后增加rh软吹钢中氧化物夹杂能得到有效去除，进一步降低全氧含量。以下将通过具体的实施例来对本发明的高速重轨钢的精炼方法的优选方式进行详细地说明。

高速重轨钢的精炼方法，包括步骤：

(1)lf精炼

通过电极埋弧加热对钢水进行温度补偿，lf精炼全程向炉底吹氩气搅拌，氩气压力0.4～0.7mpa，流量为40～70nm³/h。同时向钢水中加入活性石灰、萤石、电石、硅铁调整炉渣，活性石灰2～4kg/吨钢水、萤石0.5～1.5kg/吨钢水，电石0.5～1kg/吨钢水，硅铁0.5～1kg/吨钢水。控制炉渣碱度为2.0～3.0，炉渣中feo和mno的重量百分含量≤1％，钢水离站温度控制为1575～1595℃，精炼渣系为cao-al2o3-sio2，经过lf精炼后钢中全氧含量12～17ppm，硫含量为0.004～0.008％。

(2)rh真空精炼：控制真空度≤10pa，真空处理时间15～20min，驱动氩气压力0.4～0.7mpa，氩气流量为60～100nm³/h，钢水处理结束温度控制为1535～1555℃，经过rh真空精炼后钢中全氧含量10～12ppm，硫含量为0.005～0.008％。

(3)rh软吹：向炉渣表面覆盖1～2kg/吨钢水保温剂，氩气压力0.35～0.55mpa，流量为30～50nm³/h，软吹时间6～10min，钢水离站温度控制为1525～1545℃，经过rh软吹后钢中全氧含量8～10ppm，硫含量为0.005～0.007％。

实施例1～8

以下实施例1～8中的高速重轨钢的精炼方法的参数见下表1～3。

表1lf精炼主要工艺参数

表2rh真空精炼过程的工艺参数

表3rh真空精炼过程的工艺参数

实施例1～8得到的高速重轨钢的含氧含量为7～10ppm，硫含量为0.004～0.007％，且从图2中可以看出硫化物为a类硫化物1.0级，且从图1中可以看出低熔点夹杂物的比例提高。

对比例1

高速重轨钢的精炼方法，包括步骤：

1)lf精炼：加入活性石灰3.5kg/吨钢水、萤石1kg/吨钢水，电石0.5kg/吨钢水，炉渣碱度为2.8，离站温度1575℃，硫含量0.010％，全氧含量22ppm。

2)rh真空处理：真空度50pa，纯真空处理时间19min，真空处理结束后，钢水[h]1.5ppm，钢中全氧含量18ppm，钢水离站温度1545℃。

对比例1的生产方法，由于未采用rh软吹工艺，钢中氧化物夹杂未能得到有效去除，全氧含量较高。

对比例2

1)lf精炼：加入活性石灰4kg/吨钢水、萤石0.8kg/吨钢水，电石0.5kg/吨钢水，炉渣碱度为3.2，离站温度1585℃，硫含量0.009％，全氧含量18ppm。

2)rh真空处理：真空度0pa，纯真空处理时间15min，真空处理结束后，钢水[h]0.8ppm，钢中全氧含量16ppm，钢水离站温度1540℃。

3)rh软吹：软吹时间8min，钢中硫含量为0.008％，钢中全氧含量12ppm，钢水离站温度控制为1530℃。

采用对比例2的生产方法，由于钢渣碱度过高，脱硫效果较好，但夹杂物在低熔点区域的较少(如图3)，不易上浮去除。

从对比例1～2中可以看出，常规的生产方法得到的钢中全氧含量均大于10ppm，且低熔点夹杂物比例太少，不利于聚合上浮去除。而本发明实施例1～8得到钢中全氧含量均控制在10ppm以下，且硫含量控制在0.007％以下，且低熔点夹杂物比例提高，提高了钢轨的抗疲劳能力。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。