分享：转炉冶炼新国标螺纹钢HRB500E生产试验

HRB500E是国标GB1499.2—2018“钢筋混凝土用热轧带肋钢筋”规定的一种热轧带肋Ⅳ级钢筋，旧称四级钢筋，屈服强度不小于500 MPa，直径一般为6~100 mm。目前，世界各国的建筑已向大型化发展，为了提高大型建筑物的安全性，国外建筑行业已普遍采用焊接性能好、强度高的500 MPa级钢筋。为实现我国建筑用钢筋的升级换代，国内已研制成功500 MPa级钢筋并形成批量生产能力，满足市场的需求[1-5]。

钢铁工业“十二五”发展规划明确提出，在全国大中城市全面推广使用400、500 MPa高强度螺纹钢筋，促进建筑钢材升级换代和减量应用。为了响应国家号召和满足国家对新产品的严格要求，同时为了更好更快地取得市场占有率，三宝钢铁有限公司于2019年初开始新国标HRB500E产品开发，进行高硅高锰产品的生产试验，取得了一定的成绩[6-8]。

1.   国标冶炼要求

钢筋混凝土用HRB500E螺纹钢新国标GB/T 1499.2—2018于2018年2月6日发布，2018年11月1日开始实施，规定其冶炼工艺只能采用转炉或者电炉工艺，必要时可采用炉外精炼，化学成分要求如表1所示，其中碳当量w(Ceq)可按公式计算：w(Ceq)=w(C)+w(Mn)/6+w(w(Cr)+w(V)+w(Mo))/5+ (w(Cu)+w(Ni))/15，钢的氮含量(质量分数)应不大于0.012%，钢中如有足够数量的氮结合元素，含氮量的限制可适当放宽。

表  1  化学成分要求（质量分数，%）

钢种	C	Si	Mn	P	S	Ceq
HRB500E	≤0.25	≤0.80	≤1.60	≤0.045	≤0.045	≤0.55

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2.   冶炼过程控制

新国标钢筋混凝土用HRB500E采用转炉炼钢和镇静钢脱氧方法生产，工艺流程为：装入操作→100 t转炉冶炼→出钢及脱氧合金化→吹氩→连铸。

2.1   化学成分设计

结合螺纹钢HRB500E的合金元素在钢筋中所发挥的作用及国标GB/T 1499.2－2018规定的化学成分要求，设计了钢筋混凝土用螺纹钢HRB500E元素含量控制标准，如表2所示。

表  2  化学成分控制标准（质量分数，%）

标准	C	Si	Mn	P	S	Ceq
内控	0.23～0.25	0.65～0.70	1.55～1.60	≤0.030	≤0.030	≤0.55
目标	0.24	0.65	1.58	≤0.020	≤0.020	≤0.54
注：当成品w(S)≥0.030%时，Mn的质量分数按照0.40%~0.50%控制；铁水w(S)>0.045%不允许入炉冶炼，连铸开浇炉次Si含量按照目标值上限控制。

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2.2   装入制度

转炉装入制度采用定量装入，根据炉况、生产组织情况、铁水成分和温度来调整废钢加入量，具体控制情况如表3所示。

表  3  装入制度

项目	铁水成分(质量分数)/%				铁水温度/℃	装入量/t
控制要求	C	Si	P	S	≥1380	102±2.0
	≥3.80	≤0.60	≤0.200	≤0.045
注：铁水成分与温度异常时，可适当调整冶炼工艺；根据铁水和废钢情况，可适当调整装入量。

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2.3   供氧制度

供氧制度采用变压变枪法，进料完毕后，摇正炉体下枪吹炼。氧枪喷头采用四孔拉瓦尔型，喷孔夹角12°，扩张角为11°30′，喉口长度7 mm，工作氧压控制在0.80~0.85 MPa，流量控制在20000~26000 m3/h。吹炼前期枪位控制在1400~1600 mm，中期枪位控制在1500~1800 mm，后期枪位控制在1300~1500 mm，拉碳枪位控制在1200 mm，火焰情况不正常时枪位可以适当调节，以化渣正常为宜。

2.4   造渣制度

造渣制度采用分批加料法。开吹火焰正常后，根据铁水成分与温度情况，并结合操作经验，石灰总量控制在2000~3000 kg，轻烧白云石总量控制在1000~2000 kg，一批料加入石灰总量的2/3和全部轻烧白云石，二批石灰料、三批石灰料根据吹炼情况适时加入，吹炼结束之前加完，确保初期渣早化、过程渣化好、终渣化透。

2.5   温度及终点控制制度

过程温度控制保证化好渣、不喷溅不返干、温度平稳上升；终点温度控制在1640~1670 ℃，开浇第一炉、新出钢口和新钢包等特殊情况可以适当提高出钢温度。终点C质量分数控制在0.06%~0.13%，防止钢水氧含量高，影响钢水质量；终点P质量分数控制在0.020%以下，防止挡渣失败时回磷导致钢水P含量过高造成化学废品。

2.6   出钢及脱氧合金化制度

出钢过程采用挡渣球进行挡渣操作，确保挡渣成功率达到90%以上，保证钢包渣层厚度不大于200 mm。采用脱氧剂（硅钙钡和铝锭）、硅锰合金进行脱氧合金化。合金加入顺序为：脱氧剂→硅铁合金→硅锰合金，合金在出钢至1/4~1/3时开始加入，出钢至2/3~3/4时加完，具体见表4。

表  4  脱氧合金化制度

种类	脱氧剂（硅钙钡/铝锭）FeSi45Ca11Ba10	硅铁合金FeSi72	硅锰合金Mn65Si17	增碳剂
加入量/(kg/t)	0.53~0.74	3.16~3.58	22.11~23.16	根据终点
加入量/(kg/炉)	50~70	300~340	2100~2200	根据终点
注：出钢量按95.00 t/炉计，冶炼钢水残Mn质量分数按0.10%计；硅铁、硅锰合金增C质量分数按0.020%计；可根据冶炼终点、出钢量等情况调整合金加入量。

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2.7   炉后吹氩处理

炉后吹氩站吹氩处理对钢液夹杂物与温度分布影响很大，足够的吹氩时间既能促进钢液中的夹杂物充分上浮，也能促进钢水温度的均匀分布，可以提高测温的准确性，吹氩工艺控制如表5所示。

2.8   冶炼结果

通过采取以上工艺控制措施，对HRB500E前5炉钢液生产情况进行统计，如表6所示。

表  5  吹氩处理控制要求

吹氩时间/s	氩后温度（平台温度）/℃
	开浇第一、二炉	连浇炉
≥240	1610~1635	1570~1605
注: 优先采用底吹，若底吹失败才能采用顶吹；钢水吹氩后温度允许低于下限值。

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表  6  冶炼结果

炉次	钢液成分（质量分数）/ %					氧质量分数/10−6	氮质量分数/10−6	吨钢钢铁料消耗/kg	吨钢合金消耗/kg	冶炼周期/ min
	C	Si	Mn	S	P
1	0.25	0.65	1.58	0.025	0.025	28.5	25.5	1073.39	25.47	28.4
2	0.24	0.66	1.60	0.023	0.023	28.9	26.8	1073.41	25.23	28.7
3	0.24	0.67	1.60	0.026	0.026	30.3	30.7	1073.25	25.35	28.2
4	0.25	0.65	1.57	0.022	0.027	31.2	33.6	1072.81	25.31	28.4
5	0.24	0.64	1.59	0.024	0.025	32.2	32.4	1072.90	25.26	27.8
平均	0.24	0.65	1.59	0.024	0.025	30.2	29.8	1073.20	25.32	28.3

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3.   结束语

通过采用合理化学成分设计，控制好转炉炼钢五大制度和炉后吹氩处理工艺等手段，冶炼获得了符合国标化学成分要求的HRB500E，并且钢液的氧含量和氮含量较低。试验工艺生产HRB500E钢液相关的钢铁料消耗、合金消耗和冶炼周期均在正常生产控制范围之内，在日常生产中是合理可行和值得推广的。

来源：金属世界