高速重轨钢精炼理论与工艺

D0L:10.13374f.issn1001-053x.2011.s1.008 第33卷增刊1 北京科技大学学报 Vol.33 Suppl.1 2011年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.2011 高速重轨钢精炼理论与工艺 齐江华)吴杰》薛正良)田青》吉玉) 1)武汉钢铁（集团）公司研究院，武汉430080 2)钢铁冶金及资源利用省部共建教育部重点实验室，武汉科技大学，武汉430081 通信作者，E-mail:qi-jianghuac@163.com 摘要针对高速重轨钢精炼过程的脱氧、夹杂物控制和脱氢进行了理论分析，并结合工艺实践，对精炼过程中的炉渣碱度 和精炼时间等进行了研究.理论分析表明，炉渣碱度高有利于重轨钢在LF精炼时脱氧，欲控制重轨钢中生成2Ca0·AL,O,·Si02, 应尽量控制钢中的Ca和A1含量.工艺实践表明，在RH精炼时全氧含量和氢含量在I5min左右已趋于稳定，炉渣碱度对脱氧 无明显影响，但碱度高会有脆性夹杂物生成.建议高速重轨钢的精炼可以在LF精炼时采用较高碱度(2.5~3.0)，在RH精炼 时控制较低的炉渣碱度(2.0左右)，同时控制RH精炼时间在15n即可达到脱氢脱氧和控制夹杂物的目的. 关键词钢轨钢：精炼：脱氧：脱氢；夹杂物 分类号T℉761·.4 Refining theory and process of high-speed heavy-rail steel QI Jiang-hua☒，WU Jie'》,XUE Zheng4iang2,TIAN Qing》,JIP 1)Research Institute of Wuhan Iron and Steel Group)Co..Wuhan 430080,China 2)Key Laboratory for Ferrous Metallurgy and Resources Utilization(Ministry of Education),Wuhan University of Science and Technology,Wuhan 430081.China Corresponding author,E-mail:qi-jianghua@163.com ABSTRACT Deoxidization,inclusion control and dehydrogenation were analyzed theoretically and the process experience was carried out to study the basicity of slag and the refining time during refining high-speed heavy rail steel.The theoretical analysis results indicate that high basicity slag is propitious to deoxidization in LF refining,and in order to prevent the precipitation of 2CaAOSiO,the contents of Ca and Al in the steel should be controlled to be lower.The process experience shows that the contents of total oxygen and hydrogen become already stable after 15 min refining and the slag basicity has not obvious influence on the deoxidization during RH refi- ning,but high basicity induces to increase fragile inclusions in the steel.During high speed heavy rail steel refining,the slag with a higher basicity of 2.5 to 3.0 can be used in LF refining,but the basicity of slag should be suitably reduced about 2.0)in RH refi- ning,and the goals of deoxidization,inclusion control and dehydrogenation can come true after RH refining for 15 min. KEY WORDS rail steel:refining:deoxidization:dehydrogenation:inclusions 现代高速、重载铁路的发展对重轨钢质量提出 炉冶炼一LF精炼一RH精炼一连铸工艺生产的高速 了更高的要求，A山203等脆性夹杂是引起钢轨疲劳裂 重轨钢精炼过程的脱氧、夹杂物的形态控制和脱氢 纹的主要原因，高速重轨要求钢中0(0≤0.002%， 进行了理论分析，并结合工艺实践，对精炼过程中的 0(灿≤0.004%.此外，重轨钢对氢有很强的敏感 炉渣碱度和精炼时间等工艺参数控制进行了研究 性，氢含量高导致的白点及裂纹对重轨钢是致命的， 高速重轨要求钢中0（≤0.00015%1.因此，如 1高速重轨钢精炼的热力学分析 何控制钢中全氧含量、夹杂物的形态以及氢含量是 1.1基础热力学数据 高速重轨钢治炼技术的关键3).为使高速重轨钢 以U75V高速重轨钢为例，主要化学成分（质量 的精炼在技术上可行，经济上合理，本文针对采用转 分数)为：C0.75%,Si0.60%,Mn0.9%,P 收稿日期：2011-08-10

第 33 卷 增刊 1 2011 年 12 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 33 Suppl． 1 Dec． 2011 高速重轨钢精炼理论与工艺 齐江华1) 吴 杰1) 薛正良2) 田 青1) 吉 玉1) 1) 武汉钢铁( 集团) 公司研究院，武汉 430080 2) 钢铁冶金及资源利用省部共建教育部重点实验室，武汉科技大学，武汉 430081 通信作者，E-mail: qi-jianghua@ 163． com 摘 要 针对高速重轨钢精炼过程的脱氧、夹杂物控制和脱氢进行了理论分析，并结合工艺实践，对精炼过程中的炉渣碱度 和精炼时间等进行了研究． 理论分析表明，炉渣碱度高有利于重轨钢在 LF 精炼时脱氧，欲控制重轨钢中生成 2CaO·Al2O3 ·SiO2， 应尽量控制钢中的 Ca 和 Al 含量． 工艺实践表明，在 RH 精炼时全氧含量和氢含量在15 min 左右已趋于稳定，炉渣碱度对脱氧 无明显影响，但碱度高会有脆性夹杂物生成． 建议高速重轨钢的精炼可以在 LF 精炼时采用较高碱度( 2. 5 ～ 3. 0) ，在 RH 精炼 时控制较低的炉渣碱度( 2. 0 左右) ，同时控制 RH 精炼时间在 15 min 即可达到脱氢脱氧和控制夹杂物的目的． 关键词 钢轨钢; 精炼; 脱氧; 脱氢; 夹杂物 分类号 TF761 + . 4 Refining theory and process of high-speed heavy-rail steel QI Jiang-hua1) ，WU Jie 1) ，XUE Zheng-liang2) ，TIAN Qing1) ，JI Yu1) 1) Research Institute of Wuhan Iron and Steel ( Group) Co． ，Wuhan 430080，China 2) Key Laboratory for Ferrous Metallurgy and Resources Utilization ( Ministry of Education) ，Wuhan University of Science and Technology，Wuhan 430081，China Corresponding author，E-mail: qi-jianghua@ 163． com ABSTRACT Deoxidization，inclusion control and dehydrogenation were analyzed theoretically and the process experience was carried out to study the basicity of slag and the refining time during refining high-speed heavy rail steel． The theoretical analysis results indicate that high basicity slag is propitious to deoxidization in LF refining，and in order to prevent the precipitation of 2CaO·Al2O3 ·SiO2，the contents of Ca and Al in the steel should be controlled to be lower． The process experience shows that the contents of total oxygen and hydrogen become already stable after 15 min refining and the slag basicity has not obvious influence on the deoxidization during RH refi￾ning，but high basicity induces to increase fragile inclusions in the steel． During high speed heavy rail steel refining，the slag with a higher basicity of 2. 5 to 3. 0 can be used in LF refining，but the basicity of slag should be suitably reduced ( about 2. 0) in RH refi￾ning，and the goals of deoxidization，inclusion control and dehydrogenation can come true after RH refining for 15 min． KEY WORDS rail steel; refining; deoxidization; dehydrogenation; inclusions 收稿日期: 2011--08--10 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，Al2O3等脆性夹杂是引起钢轨疲劳裂 纹的主要原因，高速重轨要求钢中 w( O) ≤0. 002% ， w( Al) ≤0. 004% ． 此外，重轨钢对氢有很强的敏感 性，氢含量高导致的白点及裂纹对重轨钢是致命的， 高速重轨要求钢中 w( H) ≤0. 000 15%［1--2］． 因此，如 何控制钢中全氧含量、夹杂物的形态以及氢含量是 高速重轨钢冶炼技术的关键［3--5］． 为使高速重轨钢 的精炼在技术上可行，经济上合理，本文针对采用转 炉冶炼—LF 精炼—RH 精炼—连铸工艺生产的高速 重轨钢精炼过程的脱氧、夹杂物的形态控制和脱氢 进行了理论分析，并结合工艺实践，对精炼过程中的 炉渣碱度和精炼时间等工艺参数控制进行了研究． 1 高速重轨钢精炼的热力学分析 1. 1 基础热力学数据 以 U75V 高速重轨钢为例，主要化学成分( 质量 分数) 为: C 0. 75% ， Si 0. 60% ， Mn 0. 9% ， P DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2011.s1.008

增刊1 齐江华等：高速重轨钢精炼理论与工艺 13· 0.01%,S0.01%,V0.06%.元素的相互作用系数 Si02)和假硅灰石(Ca0·Si02)等.脱氧反应如下8)： 取自文献[6-7]，根据公式g财=∑]可计算出 Ca0(s +SiOx(s)=Ca0.SiO2(s, △G°=-81416-10.498T (2) 主要元素活度系数f和活度a:,如表1. Ca0g+Al,09+2Si029=Ca0Al,0,2Si029, 表1主要元素活度系数和活度 △G°=-76912-33.02T (3) Table 1 Activity coefficient and activity of main elements 少 2Ca0(s+Al,09+Si029=2Ca0:Al,03Si02(9, 元素 Mn △G°=-116204-38.87T (4) f 1.387 1.596 0.8861.450 1.054 根据方程△G°=-RTnK,假定反应产物的活 a 1.0400.9580.7970.01450.0105 度均为1，将表1中U75V重轨钢的活度代入式 1.2脱氧 （2)、式(3)和式(4)可得1550℃氧活度与钙和铝活 氧在不同阶段受不同的脱氧元素控制. 度的关系，如图1和图2. (1)转炉出钢后采用无铝脱氧工艺，进入LF炉 1×10D 精炼时，主要是硅的脱氧反应)： 9x101 号S1+o1-0a 8×1011 g0=(宁eam-75a）+628-151755 7×10 2Ca0·Al0·Si02 T 6x1011 (1) 5x101 将表1中元素活度代入上式，在1550℃，若渣 Ca0·Al.0、·2si0, 中Si02的活度为0.5，则与钢中Si平衡的氧活度为 4×101 0.00080.00160.00240.00320.00400.0048 0.01%:若渣中Si02的活度为0.01，则与钢中Si平 地% 衡的氧活度仅为0.0004%.可见在LF精炼过程中 图1析出2Ca0:AL203Si02与Ca0·A20,2Si02的Ca、Al含量 调整炉渣成分，降低SO,的活度可以大幅度提高硅 范围 的脱氧能力.对于A山，0含量较低的精炼渣，提高炉 Fig.1 Composition range of Ca and Al for precipitating 2Ca0.Al20,Si0 渣碱度有利于降低SiO,的活度，有利于LF深脱氧. and Ca0.Al2032Si02 (2)对于高碳钢来说，RH精炼过程中钢中的溶 解氧含量受碳控制，主要真空下的碳-氧反应.由于 0.000010- 钢中碳含量远高于氧含量，真空条件下碳脱氧的速 0.000008 度主要受氧的扩散控制，随着钢中氧含量的降低，后 期碳脱氧效果已不明显. 0.000006 (3)RH出站后，常压下碳几乎没有脱氧能力， Ca0·Si03 0.000004 此时与[Si]、[C]平衡的溶解氧很高，钢液一旦与空 气接触，溶解氧很容易提高，所以重轨钢浇铸过程中 0.000002 防止钢水二次氧化尤为重要. 2a0·Al,0·Si02 1.3夹杂物控制 0.00100.0015 0.00200.00250.0030 转炉出钢加入Si、Mn合金后，夹杂物和钢液的 0% 环境是MnO-SiO,-Al,0,体系，当钢水进入LF后造 图2析出2Ca0A203Si02与Ca0Si02的Ca、A1含量范围 精炼渣，钢液、夹杂物和渣的平衡体系发生变化，由 Fig.2 Composition range of Ca and Al for precipitating 2Ca0.Al,0Si0 and CaO.Si02 于炉渣中Ca含量的增加使大量MnO被还原，从而 使炉渣转变为Ca0-Si02-Al03体系. 图1和图2表明，对于重轨钢成分和炉渣碱度， 在Ca0-Si02一Al,03三元系中，当钢中钙和铝含 要生成Ca0·Al203·2Si02,要求钢中Ca、Al含量极 量很低时，可能析出的脱氧产物为刚玉(A山，03)、鳞 低，可控范围很小，重轨钢夹杂物的控制目标为 英石(Si02)、莫来石(3A山203·2Si02)、钙斜长石 2Ca0Al,03·SiO2·如图2所示，若钢中A1含量一定 (Ca0·AL,03·2Si02)、钙铝黄长石(2Ca0·Al203· 时，当钢中钙含量较高时，可能生成Ca0·SiO2,当钢中

增刊 1 齐江华等: 高速重轨钢精炼理论与工艺 0. 01% ，S 0. 01% ，V 0. 06% ． 元素的相互作用系数 取自文献［6--7］，根据公式 lgfi = ∑ j e j i ［j］可计算出 主要元素活度系数 fi 和活度 ai，如表 1． 表 1 主要元素活度系数和活度 Table 1 Activity coefficient and activity of main elements 元素 C Si Mn P S fi 1. 387 1. 596 0. 886 1. 450 1. 054 ai 1. 040 0. 958 0. 797 0. 014 5 0. 010 5 1. 2 脱氧 氧在不同阶段受不同的脱氧元素控制． ( 1) 转炉出钢后采用无铝脱氧工艺，进入 LF 炉 精炼时，主要是硅的脱氧反应［3］: 1 2 ［Si］+［O］= 1 2 SiO2( S) ， lga［O］ = ( 1 2 lgaSiO2 － 1 2 lg a［Si］ ) + 6. 28 － 15 171. 55 T ( 1) 将表 1 中元素活度代入上式，在 1 550 ℃，若渣 中 SiO2的活度为 0. 5，则与钢中 Si 平衡的氧活度为 0. 01% ; 若渣中 SiO2的活度为 0. 01，则与钢中 Si 平 衡的氧活度仅为 0. 000 4% ． 可见在 LF 精炼过程中 调整炉渣成分，降低 SiO2的活度可以大幅度提高硅 的脱氧能力． 对于 Al2O3含量较低的精炼渣，提高炉 渣碱度有利于降低 SiO2的活度，有利于 LF 深脱氧． ( 2) 对于高碳钢来说，RH 精炼过程中钢中的溶 解氧含量受碳控制，主要真空下的碳!氧反应． 由于 钢中碳含量远高于氧含量，真空条件下碳脱氧的速 度主要受氧的扩散控制，随着钢中氧含量的降低，后 期碳脱氧效果已不明显． ( 3) RH 出站后，常压下碳几乎没有脱氧能力， 此时与［Si］、［C］平衡的溶解氧很高，钢液一旦与空 气接触，溶解氧很容易提高，所以重轨钢浇铸过程中 防止钢水二次氧化尤为重要． 1. 3 夹杂物控制 转炉出钢加入 Si、Mn 合金后，夹杂物和钢液的 环境是 MnO--SiO2--Al2O3体系，当钢水进入 LF 后造 精炼渣，钢液、夹杂物和渣的平衡体系发生变化，由 于炉渣中 Ca 含量的增加使大量 MnO 被还原，从而 使炉渣转变为 CaO--SiO2--Al2O3体系． 在 CaO--SiO2--Al2O3三元系中，当钢中钙和铝含 量很低时，可能析出的脱氧产物为刚玉( Al2O3 ) 、鳞 英石( SiO2 ) 、莫 来 石 ( 3Al2O3·2 SiO2 ) 、钙 斜 长 石 ( CaO·Al2O3·2 SiO2 ) 、钙铝黄长石( 2CaO·Al2O3· SiO2 ) 和假硅灰石( CaO·SiO2 ) 等． 脱氧反应如下［8］: CaO( S) + SiO2( S) = CaO·SiO2( S) ， ΔG○— = － 81 416 － 10. 498T ( 2) CaO( S) + Al2O3( S) + 2SiO2( S) = CaO·Al2O3 ·2SiO2( S) ， ΔG○— = － 76 912 － 33. 02T ( 3) 2CaO( S) + Al2O3( S) + SiO2( S) = 2CaO·Al2O3 ·SiO2( S) ， ΔG○— = － 116 204 － 38. 87T ( 4) 根据方程 ΔG○— = － RTlnK，假定反应产物的活 度均为 1，将表 1 中 U75V 重轨钢的活度代入式 ( 2) 、式( 3) 和式( 4) 可得 1 550 ℃氧活度与钙和铝活 度的关系，如图 1 和图 2． 图 1 析出 2CaO·Al2O3 ·SiO2与 CaO·Al2O3 ·2SiO2 的 Ca、Al 含量 范围 Fig．1 Composition range of Ca and Al for precipitating 2CaO·Al2O3 ·SiO2 and CaO·Al2O3 ·2SiO2 图 2 析出 2CaO·Al2O3 ·SiO2与 CaO·SiO2的 Ca、Al 含量范围 Fig．2 Composition range of Ca and Al for precipitating 2CaO·Al2O3 ·SiO2 and CaO·SiO2 图 1 和图 2 表明，对于重轨钢成分和炉渣碱度， 要生成 CaO·Al2O3 ·2SiO2，要求钢中 Ca、Al 含量极 低，可控范围很小，重轨钢夹杂物的控制目标为 2CaO·Al2O3 ·SiO2 ． 如图 2 所示，若钢中 Al 含量一定 时，当钢中钙含量较高时，可能生成 CaO·SiO2，当钢中 ·13·

14 北京科技大学学报 第33卷 钙含量较低时，能控制生成塑性的2Ca0·AL,03·SiO2. 验，主要结果如图4和图5.图4表明，钢中全氧含 因此，在重轨钢冶炼过程中，应尽量控制钢中的Ca、 量在前16min是逐渐下降的，但16min后下降趋势 AI含量. 已不明显，个别炉次氧含量反而升高.图5表明在 1.4脱氢 极限真空度下，处理前期脱氢速率最高，随真空处理 氢在钢中的溶解反应式为901： 时间的延长，脱氢速率呈降低趋势，钢液中的氢逐渐 2一. 下降，真空处理时间对脱氢影响最大，在极限真空度 下保持10mim,即可满足氢小于1.5×10-6的要求. gK4=-1670-1.68 T (5) 当处理时间在I5min以上时，钢液中的氢含量已处 于极低水平，脱氢速率降低，钢液中的氢趋于稳定 在小于10Pa压力范围内，氢在钢液中的溶解 即真空处理一定时间后，再单纯靠增加处理时间对 符合平方根定理，可得： 于脱氢意义不大 [H]=KPHG (6) 式中，K:是氢在钢液中溶解的平衡常数，P,是气相 6 -15 中氢的分压 R=2 根据式(5)和(6)可计算出1600℃时气相中氢 的分压对钢中氢含量的影响，如图3 10 0.00030 0.00025 0.00020- 8 12 16 20 三0.0015 min 图4钢中全氧含量随RH精炼时间的变化 0.00010 Fig.4 Change in total oxygen content of the steel with RH refining time 0.00005 167 Pa 4.5 1(0 20030040)50060 P=67 Pa P/Pa 4.0 0-R=2.5 -R=2.5 图3气相中氢的分压对钢中氢含量的影响 3.5 ▲-R-2 -R=2 Fig.3 Effect of partial pressure in gas phase on the hydrogen content 3.0 of the steel 25 2.0 图3表明，从热力学角度，气相中氢的分压越 低，钢中氢含量就越低.精炼重轨钢时，理论上气相 15 1.0 中氢的分压小于300Pa时，就能将钢中氢含量降低 到1.5×10-6以下.实际H精炼真空度为67Pa 0.5 6 912151821 tmin 时，理论上能将钢中氢含量降至0.7×10-6左右，但 图5钢中氢含量随RH精炼时间的变化 在实际的生产过程中脱氢效果还受到动力学条件的 Fig.5 Change in hydrogen content of the steel with RH refining time 限制. 在碱度高的试样中利用电子探针对夹杂物进行 2高速重轨钢精炼工艺的讨论与分析 观察，如图6所示，在生成的Ca0-Si02-A山203系夹 重轨钢的深脱氧、脱氢和夹杂物控制很大程度 杂物中存在有单独析出的Mg0·A,03镁铝尖晶石 上取决于RH精炼.精炼渣碱度和精炼时间是重轨 和A山03的组成.可见高碱度对夹杂物塑性化不利. 钢RH精炼的重要工艺参数.为考察精炼渣碱度和 综合上述分析：从脱氧的角度考虑，在LF精炼 精炼时间对重轨钢的深脱氧、脱氢和夹杂物控制的 时要求炉渣有较高碱度，RH精炼时有较高真空度， 影响，对连续四炉钢进行了不同炉渣碱度（炉渣碱 精炼时间在15min以上；从脱氢的角度考虑，RH精 度用R表示)和精炼时间对脱氧和脱氢的影响试 炼要保证l5min以上的精炼时间；而从夹杂物控制

北 京 科 技 大 学 学 报 第 33 卷 钙含量较低时，能控制生成塑性的 2CaO·Al2O3 ·SiO2 ． 因此，在重轨钢冶炼过程中，应尽量控制钢中的 Ca、 Al 含量． 1. 4 脱氢 氢在钢中的溶解反应式为［9--10］: 1 2 H2→［H］， lgKH = － 1 670 T － 1. 68 ( 5) 在小于 105 Pa 压力范围内，氢在钢液中的溶解 符合平方根定理，可得: ［H］= KH P1 /2 H2 ( 6) 式中，KH 是氢在钢液中溶解的平衡常数，PH2是气相 中氢的分压． 根据式( 5) 和( 6) 可计算出 1 600 ℃ 时气相中氢 的分压对钢中氢含量的影响，如图 3． 图 3 气相中氢的分压对钢中氢含量的影响 Fig． 3 Effect of partial pressure in gas phase on the hydrogen content of the steel 图 3 表明，从热力学角度，气相中氢的分压越 低，钢中氢含量就越低． 精炼重轨钢时，理论上气相 中氢的分压小于 300 Pa 时，就能将钢中氢含量降低 到 1. 5 × 10 － 6 以下． 实际 RH 精炼真空度为 67 Pa 时，理论上能将钢中氢含量降至 0. 7 × 10 － 6 左右，但 在实际的生产过程中脱氢效果还受到动力学条件的 限制． 2 高速重轨钢精炼工艺的讨论与分析 重轨钢的深脱氧、脱氢和夹杂物控制很大程度 上取决于 RH 精炼． 精炼渣碱度和精炼时间是重轨 钢 RH 精炼的重要工艺参数． 为考察精炼渣碱度和 精炼时间对重轨钢的深脱氧、脱氢和夹杂物控制的 影响，对连续四炉钢进行了不同炉渣碱度( 炉渣碱 度用 R 表示) 和精炼时间对脱氧和脱氢的影响试 验，主要结果如图 4 和图 5． 图 4 表明，钢中全氧含 量在前 16 min 是逐渐下降的，但 16 min 后下降趋势 已不明显，个别炉次氧含量反而升高． 图 5 表明在 极限真空度下，处理前期脱氢速率最高，随真空处理 时间的延长，脱氢速率呈降低趋势，钢液中的氢逐渐 下降，真空处理时间对脱氢影响最大，在极限真空度 下保持 10 min，即可满足氢小于 1. 5 × 10 － 6 的要求． 当处理时间在 15 min 以上时，钢液中的氢含量已处 于极低水平，脱氢速率降低，钢液中的氢趋于稳定． 即真空处理一定时间后，再单纯靠增加处理时间对 于脱氢意义不大． 图 4 钢中全氧含量随 RH 精炼时间的变化 Fig． 4 Change in total oxygen content of the steel with RH refining time 图 5 钢中氢含量随 RH 精炼时间的变化 Fig． 5 Change in hydrogen content of the steel with RH refining time 在碱度高的试样中利用电子探针对夹杂物进行 观察，如图 6 所示，在生成的 CaO--SiO2--Al2O3系夹 杂物中存在有单独析出的 MgO·Al2O3 镁铝尖晶石 和Al2O3 的组成． 可见高碱度对夹杂物塑性化不利． 综合上述分析: 从脱氧的角度考虑，在 LF 精炼 时要求炉渣有较高碱度，RH 精炼时有较高真空度， 精炼时间在 15 min 以上; 从脱氢的角度考虑，RH 精 炼要保证 15 min 以上的精炼时间; 而从夹杂物控制 ·14·

增刊1 齐江华等：高速重轨钢精炼理论与工艺 15· 碱度(2.0左右)，利于控制夹杂物的形态，同时控制 Mg0·A,0,和A1,01 RH精炼时间在I5min即可达到脱氢脱氧和去除大 Mg0·A103 颗粒夹杂物的目的. +2 41-7857m 参考文献 [1]Zhou Y P.Yan X M.Zhan D P,et al.Development of smelting technology for heavy-rail steel in China.J Mater Metall.2004.3 -5μm (2):83 (周壹平，严学模，战东平，等.我国重轨钢冶炼技术的发展 SE.255 0Ka.89 MgKa1.95 材料与冶金学报，2004,3(2)：83) [2]Liu P.Zhi JG.Chen A M.Technology of eleanliness control on heavy rail steel.Sci Technol Baotou Steel Group Corp,2007,33 (6:18 (刘平，智建国，陈爱梅.重轨钢的洁净度控制技术.包钢科 AIKa.208 SiKa.116 CaKa.179 技，2007,33(6)：18) [3]Wu W.Liu L.Li J.Deoxidization process with low aluminum ad- dition for heavy rail steel.Iron Steel,2007.42(3):33 (吴伟.刘浏.李俊.重轨钢无铝脱氧工艺的研究.钢铁.2007， 42(3):33) [4]Li G J.Development of non-aluminium deoxidizing technonlogy for 图6夹杂物的形貌和元素分布状态 rail steel.Iron Steel Vanadium Titanium,2003.24(1):21 Fig.6 Inclusion pattem and distribution of elements in inclusions (李桂军.重轨钢非铝脱氧工艺研究.钢铁钒钛，2003,24 的角度考虑，要求炉渣有较低碱度.为了保持LF精 (1):21) 炼时Si的脱氧效果的同时控制夹杂物的塑性化，同 [5]Zeng J H.Control technique of inclusions for rail steel with high cleanliness.Iron Steel Vanadium Titanium,2007,28(2):48 时又要保证脱氢效果，建议高速重轨钢的精炼可以 (曾建华.高洁净度钢轨钢的夹杂物控制技术.钢铁钒钛， 在LF精炼时采用较高碱度(2.5~3.0)炉渣利于脱 2007.28(2):48) 氧，在RH精炼时控制较低的炉渣碱度(2.0左右)， [6]Sigworth G K,Elliott J F.The thermodynamics of liquid dilute i- 同时控制RH精炼时间在15min,有利于控制夹杂 ron alloys.Met Sci,1974.8(9):298 物的形态.此外，连铸过程保护浇注和中间包去夹 [7]Xue Z L.Li Z B.Zhang J W.Thermodynamic fundamentals for a- lumina content control of oxide inclusion in silicon deoxidation of 杂是最终控制全氧含量和夹杂物形态的关键 molten steel.J Chin Rare Earth Soc,2002(9):57 3结论与建议 (薛正良，李正邦，张家雯.硅脱氧钢中氧化物夹杂A山20，含 量控制热力学基础.中国稀土学报，2002(9)：57) (1)理论分析表明，炉渣碱度高有利于重轨钢 [8]Xue Z L,Li Z B,Zhang J W,et al.Thermodynamic conditions 在LF精炼时脱氧，欲控制重轨钢中生成 for oxide inclusion modification in spring steels.J lron Steel Res, 2000,12(6):20 2Ca0·A山，03Si02,应尽量控制钢中的Ca和Al (薛正良，李正邦，张家雯，等.改善弹簧钢中氧化物夹杂形 含量 态的热力学条件.钢铁研究学报，2000,12(6)：20) (2)工艺实践表明，高速重轨钢在H精炼时全 [9]Guan Y.Xue J.Lei H B,et al.Dehydrogenation process in refi- 氧含量和氢含量在15min左右已趋于稳定，炉渣碱 ning heavy rail steel.JUnir Sci Technol Beijing.2007.27(Suppl 度对脱氧无明显影响，但碱度高会有脆性夹杂物 2):108. (关勇，薛军，雷洪波，等.重轨钢除氢工艺研究.北京科技 生成. 大学学报，2005,27（增刊2）：108) (3)结合理论计算与工艺实践，建议高速重轨 [10]Wang J H.Analysis on dehydrogenability by RH process.Anga- 钢的精炼可以在LF精炼时采用较高碱度(2.5~ ng Technol,2011(3):26 3.0)炉渣利于脱氧，在RH精炼时控制较低的炉渣 (王金辉.R日脱氢能力分析.鞍钢技术，2011(3)：26)

增刊 1 齐江华等: 高速重轨钢精炼理论与工艺 图 6 夹杂物的形貌和元素分布状态 Fig． 6 Inclusion pattern and distribution of elements in inclusions 的角度考虑，要求炉渣有较低碱度． 为了保持 LF 精 炼时 Si 的脱氧效果的同时控制夹杂物的塑性化，同 时又要保证脱氢效果，建议高速重轨钢的精炼可以 在 LF 精炼时采用较高碱度( 2. 5 ～ 3. 0) 炉渣利于脱 氧，在 RH 精炼时控制较低的炉渣碱度( 2. 0 左右) ， 同时控制 RH 精炼时间在 15 min，有利于控制夹杂 物的形态． 此外，连铸过程保护浇注和中间包去夹 杂是最终控制全氧含量和夹杂物形态的关键． 3 结论与建议 ( 1) 理论分析表明，炉渣碱度高有利于重轨钢 在 LF 精 炼 时 脱 氧，欲 控 制 重 轨 钢 中 生 成 2CaO·Al2O3 ·SiO2，应 尽 量 控 制 钢 中 的 Ca 和 Al 含量． ( 2) 工艺实践表明，高速重轨钢在 RH 精炼时全 氧含量和氢含量在 15 min 左右已趋于稳定，炉渣碱 度对脱氧无明显影响，但碱度高会有脆性夹杂物 生成． ( 3) 结合理论计算与工艺实践，建议高速重轨 钢的精炼可以在 LF 精炼时采用较高碱度( 2. 5 ～ 3. 0) 炉渣利于脱氧，在 RH 精炼时控制较低的炉渣 碱度( 2. 0 左右) ，利于控制夹杂物的形态，同时控制 RH 精炼时间在 15 min 即可达到脱氢脱氧和去除大 颗粒夹杂物的目的． 参 考 文 献 ［1］ Zhou Y P，Yan X M，Zhan D P，et al． Development of smelting technology for heavy-rail steel in China． J Mater Metall，2004，3 ( 2) : 83 ( 周壹平，严学模，战东平，等． 我国重轨钢冶炼技术的发展． 材料与冶金学报，2004，3( 2) : 83) ［2］ Liu P，Zhi J G，Chen A M． Technology of cleanliness control on heavy rail steel． Sci Technol Baotou Steel Group Corp，2007，33 ( 6) : 18 ( 刘平，智建国，陈爱梅． 重轨钢的洁净度控制技术． 包钢科 技，2007，33( 6) : 18) ［3］ Wu W，Liu L，Li J． Deoxidization process with low aluminum ad￾dition for heavy rail steel． Iron Steel，2007，42( 3) : 33 ( 吴伟，刘浏，李俊． 重轨钢无铝脱氧工艺的研究． 钢铁，2007， 42( 3) : 33) ［4］ Li G J． Development of non-aluminium deoxidizing technonlogy for rail steel． Iron Steel Vanadium Titanium，2003，24( 1) : 21 ( 李桂军． 重轨钢非铝脱氧工艺研究． 钢铁钒钛，2003，24 ( 1) : 21) ［5］ Zeng J H． Control technique of inclusions for rail steel with high cleanliness． Iron Steel Vanadium Titanium，2007，28( 2) : 48 ( 曾建华． 高洁净度钢轨钢的夹杂物控制技术． 钢铁钒钛， 2007，28( 2) : 48) ［6］ Sigworth G K，Elliott J F． The thermodynamics of liquid dilute i￾ron alloys． Met Sci，1974，8( 9) : 298 ［7］ Xue Z L，Li Z B，Zhang J W． Thermodynamic fundamentals for a￾lumina content control of oxide inclusion in silicon deoxidation of molten steel． J Chin Rare Earth Soc，2002( 9) : 57 ( 薛正良，李正邦，张家雯． 硅脱氧钢中氧化物夹杂 Al2 O3 含 量控制热力学基础． 中国稀土学报，2002( 9) : 57) ［8］ Xue Z L ，Li Z B，Zhang J W，et al． Thermodynamic conditions for oxide inclusion modification in spring steels． J Iron Steel Res， 2000，12( 6) : 20 ( 薛正良，李正邦，张家雯，等． 改善弹簧钢中氧化物夹杂形 态的热力学条件． 钢铁研究学报，2000，12( 6) : 20) ［9］ Guan Y，Xue J，Lei H B，et al． Dehydrogenation process in refi￾ning heavy rail steel． J Univ Sci Technol Beijing，2007，27( Suppl 2) : 108． ( 关勇，薛军，雷洪波，等． 重轨钢除氢工艺研究． 北京科技 大学学报，2005，27( 增刊 2) : 108) ［10］ Wang J H． Analysis on dehydrogenability by RH process． Anga￾ng Technol，2011( 3) : 26 ( 王金辉． RH 脱氢能力分析． 鞍钢技术，2011( 3) : 26) ·15·