摘  要：介绍了直接还原铁从普通钢试用到限动芯棒冶炼中的应用情况，结果表明直接还原铁适于在冶炼高质量钢时使用，并有优异的稀释有害元素，降低钢中氮含量并提高钢纯净度的作用。

关键词：直接还原铁；限动芯棒；有害元素

0   前言

    限动芯棒是生产大口径无缝管不可缺少的重要工具，目前国内所使用的产品全部依赖进口。限动芯棒在轧制过程中反复急冷急热，承受很大的循环应力，其表面常因此形成热疲劳裂纹而失效。国外多年研究表明，阻尼限动芯棒热疲劳裂纹形成，改善其使用寿命的主要途径是提高钢的冲击韧性，而提高冲击韧性的途径在于恰当确定钢的化学成分、提高钢的纯净度和热处理效果。中原特钢自1995年起致力于开发这一产品，为提高该产品用钢的纯净度，在冶炼中使用了直接还原铁，并对其使用的工艺特点及实际效果进行了研究，最终获得了良好效果，实物钢锭S、P、Cu含量及低熔点元素(Pb、As、Sn、Sb、Bi)含量，以及夹杂物总级别达到意大利CFC公司水平。目前，中原特钢生产的限动芯棒已在国内几家大无缝管厂投入使用，其实际使用寿命与进口产品不相上下，可替代进口。

    意大利CFC公司限动芯棒化学成分标准及夹杂物要求见表1。

    非金属夹杂物要求：

    在1/2半径处的横向拉伸试样的一端做试验，按ASTME45—87A法检测。

    非金属夹杂物应符合表2

    传统回收废钢中S、P、Cu、微量元素(Pb、As、Sn、Sb、Bi)不断循环富集，已越来越难满足特钢产品日益苛刻的高质量要求，而使用直接还原铁是解决这一问题的重要途径之一。中原特钢原来所用直接还原铁表3为委内瑞拉进口优质直接还原铁(化学成分见表3)，

由于进口成本的提高及采购难度的加大，从1996年我厂开始从北京密云冶金矿山公司生产的直接还原铁(其含量见表4)，一直使用至今。

1  试验概况

    中原特钢自1996年6月改用国内海绵铁后为摸索使用技术，分别在碳结、碳工、合结等十几个钢种在40t电弧炉上进行了260炉的工业性试验；在试验的基础上，以20％左右的配比用直接还原铁炼钢近2 300炉,以后以25％左右的配比使用直接还原铁冶炼限动芯棒近600炉。

1．1  加入方法

    装料时，部分直接还原铁装入炉料中部，部分直接还原铁待炉料大部分熔化时，从炉顶连续加入，进行熔氧结合冶炼。在装入时，避免贴近炉壁，以免在低温结块，不易熔化。同时，要比不用直接还原铁的配碳量增加0．25％～0．35％。

1．2  配入百分比

    普碳钢和碳结钢：5％～10％；

    碳工钢：10％～15％；

    合金结构钢：15％～20％；

    限动芯棒：20％～30％。

1．3  试验结果

    (1)吨钢电耗、石墨电极、炉子耐材、石灰和脱氧剂的消耗随炉料直接还原铁比例而增加。

    (2)金属收得率随增加直接还原铁比例而下降。

    (3)在电耗和金属收得率方面，直接还原铁金属化程度作用与直接还原铁比例作用相反。

    (4)吨钢渣重、渣的氧化铁总含量和熔池中氧浓度随直接还原铁比例增加而增加。

    (5)钢中残余金属量如Cr、Ni、Cu、和P、S含量随直接还原铁比例增加而减少。

    (6)降低了钢中氮含量，平均减少15～25PPm。

    (7)随直接还原铁加入量的增加，炉墙愈易挂料。

    直接还原铁加入量与钢中氮含量的关系，见表5。直接还原铁加入量与钢中含铜量的关系，见表6。钢中低熔点元素分析(抽取50炉)，见表7。

2  直接还原铁在限动芯棒钢种的应用效果

    自1998年6月起公司在限动芯棒钢试炼中开始使用北京密云冶金矿山公司生产的直接还原铁，加入方法相比普通钢配人量有较大提高，配料采用外购转炉生产钢的废料+直接还原铁+炼钢生铁，加入量以全部炉料熔清Cu≤0．07％为准(比意大利标准低0．03％)，返回料入炉前化验其Cu含量，理论计算直接还原铁加入量，稀释返回料至全部炉料熔清Cu≤0．07％为目标。该钢冶炼工艺为EBT+LF+VD三步法工艺。对试炼的限动芯棒钢抽取其中50炉进行微量元素(Pb、As、Sn、Sb、Bi)化学成分分析，均符合意大利标准。对成品芯棒所做夹杂物分析其夹杂物总含量按ASTME45—87A法检测达到3—4级。同时抽取50炉做气体分析，平均氮含量比原配料方式降低20PPm左右。优质高纯净度的钢锭母材为后道热处理工序打下了良好的基础，经多年研究，通过逐步攻克冶炼、锻造、机加、热处理各工序技术关键，中原特钢终于制造出了打破国外龚断，填补国内空白的限动芯棒。并已占据国内该产品的主导市场。

3     结论

    (1)直接还原铁使用于普通钢冶炼要视综合效益决定，对于纯净度要求不高的钢种，不适于使用直接还原铁。

    (2)直接还原铁在高纯净度钢冶炼中显示出了优异的稀释减少有害元素的作用，应用效果显著。

    (3)增加直接还原铁的配比，能较显著降低钢中氮含量。

                                                   (中原特殊钢集团有限责任公司)