摘要：30 t转炉用w(SiC)=82％～88％的碳化硅合金替代硅铁和增碳剂进行转炉合金化试验的生产实践表明，该工艺稳定性好，与同品种原脱氧合金化工艺相比，新脱氧合金化工艺钢的化学成分内控率提高10％～18％，HRB335、HRB400螺纹钢的抗拉强度平均提高10 MPa．

关键词：碳化硅；转炉；合金化

    碳化硅作为1种优质磨料广泛应用于机械行业，20世纪80年代部分钢厂曾将其用于电炉扩散脱氧剂和转炉脱氧剂，但未作为合金使用。近年来随着锰铁、硅铁等合金供应的异常紧张，合金价格大幅攀升，导致了转炉炼钢成本不断上升，为此开发碳化硅的功能，将其作为1种合金添加剂使用，替代价格昂贵的硅铁合金，具有十分重要的意义。近几年国内也有企业在这方面做过一些试验，虽规模不大，但还取得一些成果。经过反复论证，武钢集团鄂钢公司转炉炼钢厂(以下简称鄂钢转炉炼钢厂)提出了使用碳化硅合金化的方案，并于2004年3月份进行了大规模生产试验，前期共试验了55炉钢，其中HRB335钢17炉、HRB400钢20炉、Q235钢18炉，试验取得了较为满意的效果。在此基础上，于当年6月份转入正常使用。试验及正式生产表明：转炉采用碳化硅代替硅铁和增碳剂进行转炉合金化后，钢材的内在质量良好、力学性能有所提高、化学成分和力学性能的稳定性均优于同期采用原工艺生产的钢。

1  冶炼工艺及合金调整方案

    随着FeMn、FeSi资源日益紧张，市场价格不断上升，使得转炉炼钢成本逐步提高，并且FeMn、FeSi合金的回收率受转炉操作的影响较大，转炉出钢量、终点温度以及下渣量使得成品钢中的碳、硅波动大，导致冶炼钢种成分不稳定，内控合格率低。同时，传统的脱氧合金化工艺，合金品种多、数量大，并且增碳剂带人不少的伴生夹杂，严重影响钢水质量，另外增碳剂粉尘大，作业环境差。鉴于上述原因，提出了优化合金品种的试验方案。

1．1  原冶炼工艺

    鄂钢转炉炼钢厂主要设备有600t混铁炉2座，30 t氧气顶吹转炉4座，小方坯连铸机4台。冶炼品种有Q235、HRB335、HRB4()0等钢种。长期以来转炉均采用传统的合金品种，即Q235钢种采用FeMn+FeSi+SiAICaBa+增碳剂生产工艺；HRB335、HRB400钢种采用FeMn十FeSi+SiCaC+增碳剂生产工艺。

1．2  合金调整原则

    合金调整的目的是在满足产品质量前提下实现效益最大化，并通过工艺优化等手段，促进合金品种结构的优化，调整原则体现在以下3点：

   (1)有利于生产成本的降低；

   (2)有利于改善钢水质量；

   (3)有利减轻工人的劳动强度(即减少合金加人品种)。

1．3  合金调整方案

1．4  碳化硅的加入方式

   HRB335和HRB400钢种：出钢时加入钢包SiCaC 40 kg／炉，钢水出至1／3时加入FeSiMn合金，同时顺钢流逐袋将SiC加入钢包内。

   Q235钢种：钢水出至1／3时加入FeMn合金、后加入SiCaBa40 kg／炉，同时顺钢流逐袋将SiC加入钢包内。

2  碳化硅的理化指标

    碳化硅合金中ω(SiC)在70 %以下时，由于其中SiO₂+Si_游离较高，因而对钢中气体和夹杂物含量有一定影响，并可造成个别炉次的钢中[T．O]和夹杂量大幅升高；而ω(SiC)在75%以上对钢中气体和夹杂物含量无明显影响。而ω(SiC)品位高于90％以上，在经济上不合算。另外SiC品位规格也不宜过多，否则给工艺配料、计算及合金管理带来不便_2]。为此提出了碳化硅合金的理化指标要求(见表2)。

3  冶金效果

3．1  合金回收率稳定

    试验表明：SiC合金中硅元素的回收率与原工艺使用硅铁基本相当，而碳元素的回收率比原用增碳剂有大幅度提高。一般碳粉中碳元素的回收率仅为65 %～75％，而碳化硅中碳元素的回收率在80％以上。

3．2钢种成分命中率及成分稳定性提高

    (1)两种脱氧合金化工艺对比

    两种脱氧合金化工艺钢成分稳定性对比见表3。

    由表3可知：与同品种原脱氧合金化工艺相比，新脱氧合金化工艺钢的成分内控率提高10％～18％，成分均方差显著缩小，表明新脱氧合金化工艺钢成分的稳定性明显高于原脱氧合金化工艺钢种。

    (2)采用SiC合金化工艺后钢种对比

    在前期试验成功基础上，2004年5、6月份3号转炉全部采用SiC合金化工艺，生产数据的统计结果见表4所示。

    由表4可知，与非碳化硅合金化工艺相比，实际生产中HRB335和Q235钢种的成分合格率基本相当，但内控率分别提高了12．98％和24．94％。

3．3  钢材的力学性能提高

    钢材的力学性能包括屈服强度、抗拉强度及伸长率，其与钢种成分、轧制温度等工艺因素有关，为了客观地分析原工艺及新工艺对钢材质量的影响，试验过程中对于转炉终点控制、轧制温度等工艺没有改变，通过对新脱氧合金化工艺钢与原脱氧合金化工艺钢进行分析，其力学性能指标见表5和表6，HRB335新脱氧合金化工艺钢11炉、原脱氧合金化工艺钢30炉、钢材Φ25 mm；HRB400新脱氧合金化工艺钢种1 5炉、原脱氧合金化工艺钢58炉、钢材Φ22 mm。由表5可见HRB3335、HRB400和Q235钢材力学性能全部合格，其中HRB335、HRB400钢种强度提高约10 MPa左右。

    对钢材性能影响的主要元素是碳、锰。碳主要以碳化物(Fe₃C)的形式存在于钢中，是决定钢材强度的主要元素，当钢中含碳量升高时，钢的硬度、强度均提高；锰可溶于铁素体及渗碳体中，形成碳化物[M n₃C，(Fe、Mn)₃C]，从而增加钢的强度。由表6可见与原脱氧合金化工艺钢相比，在轧制工艺不变的情况下由于HRB335和HRB400钢种性能均方差均减小，钢种C、Mn成分内控合格率的提高，改善了新脱氧合金化工艺钢的力学性能，并提高了钢的力学性能稳定性。

3．4钢材内部质量改善

    随机抽取新脱氧合金化工艺2个炉号的钢材(HRB400，Φ22 mm)进行了高、低倍检验。低倍检验结果，中心疏松最大为1级，未发现其它缺陷；高倍检验结果(见表7)，最大夹杂物级别为2．5级，组织和晶粒度比同规格的原脱氧合金化工艺钢种明显致密和细小。综合结果表明，钢材内部组织正常，质量良好。

4  结    论

    (1) 试验及生产实践表明采用碳化硅合金代替硅铁和增碳剂进行转炉的合金化生产工艺是成功的。

    (2) 用碳化硅进行脱氧合金化效果稳定，钢种的化学成分、力学性能和内在质量均优于原脱氧合金化工艺。