张建师 1 ，秦登平 1，魏锐 1 ，初仁生 2 ，王东柱 1
(1． 秦皇岛首秦金属材料有限公司，河北 秦皇岛 066326;2． 首钢技术研究院，北京 石景山 100043)
摘要: 阐述了以 738H 为代表的高合金钢主要杂质元素成分控制方法。重点考虑合金增磷量，通过“转炉双渣 + 抑制炉后回磷”方法实现磷含量稳定控制在 140 ppm;通过精炼造白渣操作进行深脱磷，实现硫含量稳定控制在 30 ppm 以下。
关键词: 高合金钢;冶炼;杂质;元素;成分;控制
0 引言
首秦公司高合金钢坯冶炼合金成分总和在 2%～3%之间，冶炼时对温度、周期、成分的控制、连铸影响和铸坯的堆冷等已经具有相当大的难度。而目前以 738H 为代表的高合金钢钢坯中目标成分合金含量已经达到了 4．5% 以上，所以冶炼时对温度、周期、成分的控制难度更大。高合金钢中合金含量大意味着加入合金的量比较大，更意味着从原材料中带入的杂质比较多，以 738H 钢中磷含量为例，加入合金带入的磷会增加 40 ～50 ppm，而该钢成品磷要求是在 150 ppm 以下，对磷的控制提出了极高要求。同时高合金钢坯硫含量要求小于 30 ppm 和 T［O］小于 20 ppm，这对脱硫带来了极大的考验。因为有过高的合金加入量使得 LF 炉脱硫前到站钢水温度非常低，需要长时间的加热，在保证冶炼周期的前提下就要求快速深脱硫，这对冶炼过程中的控制带来了更大考验。
1 磷含量控制
磷使铸坯产生裂纹，降低钢材表面及内部质量。通过对板坯连铸工艺流程的实测数据分析，认为钢中硫、磷等杂质元素的晶间偏析是铸坯产生中间裂纹的内因。随着钢中磷、硫含量的增加，铸坯中间裂纹的级数也整体增加。磷元素在钢液凝固时偏析倾向大，使钢的晶界脆化，从而使钢的热裂纹倾向增加。钢中［P］＞0．017% 时，钢的高温强度和塑性降低，铸坯容易产生纵裂，尤其是裂纹敏感性高的高碳高合金钢。高碳高合金类钢种 738H 成品磷含量判定要求≤0．015%，出钢后合金加入量 63．40 kg /t。按照合金种类和合金中磷含量计算，加入合金进行合金化后，合金带入的增磷量为 0．0043%，如果出钢过程下渣的回磷量按照 0．0025%计算，为满足高碳高合金的磷含量控制要求，转炉终点的磷含量内控需控制在 0．0077%，而达到成品磷含量的目标要求是转炉终点的磷含量更低，为 0．005 7%。因此，高碳高合金类钢种冶炼转炉终点磷含量的控制要求极为严格。
1． 1 理论模型
由于高炉冶炼不能脱磷，矿石中的磷完全进入铁水，因此在没有铁水预脱磷处理的情况下，磷完全依靠转炉冶炼去除。转炉脱磷双渣法冶炼脱磷反应:
2［P］+5(FeO) +4(CaO)(4CaP·P2O5) +5［Fe］ (1)
由表 1 可以看出，随着温度的升高，反映平衡常数 K 变小。也就是说在反应达到平衡时，其他条件不变的情况下，较低的温度能得到比较低的磷含量。
高磷高合金钢坯磷含量要求≤150 ppm。结合首秦公司设备状况，钢中的磷主要是通过转炉双渣法冶炼和控制后续工序回磷来实现的。
1． 2 转炉双渣法脱磷工艺
转炉脱磷主要通过双渣法:入转炉铁水温度控制在1 300℃，铁水硅含量控制在 0．40%，采用优质废钢。头批渣造渣时加入白灰3 ～4 t，轻烧白云石2 t，炉渣碱度控制在 1．8～2．2，温度控制在1350 ～1400 ℃，头批渣造渣时间控制在4～5 min;倒掉磷含量较高的头批渣，头批渣倒渣量≥60%。第二批渣料加入石灰 3 ～4 t，二批渣碱度控制在 3．5 ～4．5，底吹氩气流量保持在500m3 /h，拉碳温度在 1600～1640 ℃之间。
通过转炉双渣法脱磷控制工艺，高合金钢连铸坯冶炼转炉终点钢水磷平均含量控制在 80 ppm 以内(见表2)。
1． 3 炉后抑制回磷
炉后抑制回磷主要在转炉出钢过程中，采用挡渣锥挡渣与 AMEPA 下渣检测系统配合进行控制。
保证转炉出钢口良好状态，使出钢时间稳定控制在4 ～6 min。转炉出钢时强化挡渣，挡渣锥挡渣，并用 AMEPA 下渣检测系统。
通过以上各项工艺技术措施，有效地减少了转炉出钢过程的下渣量，下渣厚度控制在 50 mm 以内，使回磷量控制在 25 ppm 以内。
1． 4 合金化增磷
高碳高合金类钢种冶炼出钢后合金的调整量较大，738H 钢达到 61． 83 kg /t。出钢过程采用铝铁合金脱氧，然后采用硅锰合金进行配硅，钼铁合金进行配钼，钒铁合金进行配钒;在 LF 炉精炼过程中用高碳锰铁和低碳锰铁进行配锰，采用两种合金的原因是减少合金带入的磷含量，最终 738H 钢合金化过程增磷量为 38 ppm，详细数据如表 3 所示。
1． 5 冶炼过程磷含量控制
图 1 为高合金钢 738H 钢冶炼时在转炉出钢后，整个冶炼过程中的磷含量变化。从图 1 中看出，磷含量控制较好，满足对成分磷含量的控制要求。
2 硫含量和氧含量控制
高合金钢冶炼过程的硫含量控制稳定，满足钢种冶炼要求，采用 LF 炉精炼脱硫对钢中硫含量进行控制。在实际生产中，成品钢的平均硫含量和氧含量为 0． 002%以下。
出钢过程采用铝铁合金强脱氧，加入量为 330kg /炉。根据计算脱氧剂的耗量可将转炉终点的氧基本脱除，从而为脱硫创造良好的条件。
LF 炉精炼采用微正压操作，严格控制渣、钢的氧化性和精炼渣脱硫冶炼工艺。精炼过程采用铝粒进行渣面脱氧和钢液脱氧，铝粒的总加入量为 121kg /炉次;精炼过程的白灰和萤石总耗量为 1 320kg /炉次，LF 炉精炼过程的详细数据如表 4 所示。
精炼过程采用铝粒进行渣面脱氧，精炼结束渣中(FeO + MnO)≤2．0%(见表 5)，精炼渣的碱度控制在 5．46，并且保证有效精炼时间控制在 45 min。为保证 LF 炉的精炼效果，LF 炉精炼的脱硫率必须达到 80．0%。
738H 钢 LF 精炼的渣样对比如图 2 所示，冶炼过程中各工位的硫含量和氧含量控制如图 3、图 4所示。
3 结语
(1)738H 类高合金钢采用炉后添加合金的方法，由于高合金钢中合金含量高，加入的合金中磷元素含量也较高，加入合金后钢水合金增磷为 30 ～50ppm。因此，炉后合金增磷非常严重，转炉脱磷后出钢温度较低。整个冶炼过程中满足成分磷含量要求，成品磷含量控制在 140 ppm。
(2)高合金钢冶炼过程中的硫含量控制稳定。采用 LF 炉精炼造白渣工艺进行深脱硫操作，在实际生产中成品钢的平均硫含量稳定控制在 30 ppm以下。