国外优质钢轨生产工艺

目前，俄罗斯冶金行业具有足够强大的技术装备，能够有效地改进钢轨的冶金质量。由于实施一系列措施，包括研究熔炼工艺、采用综合脱氧方法、利用钢轨变形处理以及精炼和真空处理装置，有可能将钢轨中的氧含量降至20ppm，并同时降低非金属夹杂的夹杂度。

　　完善精炼装置中的精炼工艺，采用保证钢轨中氧含量降低的脱氧新制度，依据氧含量确定钢中非金属夹杂的特性和数量。当氧含量降低到25ppm时，基本以脆性断裂氧化夹杂为主；而当氧含量大于40ppm时，则以塑性硅酸盐为主要形态。

　　新库兹涅茨克钢铁公司利用电炉生产铁路用钢轨。一台型号为ДСП--100H10（凸窗出钢、95MVA变压器、BSE公司的供氧系统）；另一台型号为ДСП—100И7（虹吸出钢、80MVA变压器、弯形门式氧气风嘴）。这两台电炉利用25%～40%液态铁水进行熔炼，在上炉留下的15～30t炉渣和金属内，加入金属废钢装料。为了加快炉中金属料和碳氧化物的熔炼过程，利用有效的氧气喷嘴，BSE公司的喷嘴或者门式氧气风嘴Fuchs和弯形风嘴。鼓入氧气的一般消耗量达到1万m3/h。

　　铁水在装入废金属前直接注入，当达到目标温度，且碳含量大于0.7%时，在电炉启动的情况下，将非脱氧金属排放到无渣罐。在往罐中排放的过程中添加造渣剂。造渣剂由石灰和萤石，以及通过计算锰在成品钢中最低含量的硅锰合金组成。在排放的过程中，通过底部多孔风嘴对罐中的钢水吹入氮气，压力为0.7Mpa，消耗量为20m3/h。排完以后，进入精炼装置，继续对钢水进行处理，以达到要求的化学成分及浇注温度。

为降低钢水中碳含量，在精炼装置中开发了精炼新工艺。当带有金属的罐进入精炼炉后，通过底部多孔风嘴以20m3/h的消耗量进行提前3min吹氩，进行温度测量、提取金属和钢渣试样，继续利用夹送器按125g/tCa的计算量添加硅钙合金丝。通过添加ФС75渣、0.4～0.7kg/t焦炭粉和石灰，造Fe0含量小于0.5%和碱度2.5～3.0的液态渣。

　　当得到罐中金属试样的化学分析结果后，再加入铁合金及其他合金。第二次按125g/tCa加入硅钙合金丝，进行最终脱氧，但不早于精炼结束前5min。利用HeraeusElectr0-Nite公司的Hydris仪器，在完成阶段确定温度和氧含量。经过炉外精炼，钢水在尺寸为300mm×300mm的结晶器，四流连铸机上进行浇铸。

　　由于在精炼装置中完善精炼工艺，并采用脱氧新制度，新库兹涅茨克钢铁公司钢轨钢中平均氧含量达到27.8ppm。这种情况下，氧化夹杂脆性链的平均长度为0.18mm。

　　为了确立依氧含量变化的钢轨中非金属夹杂数量和特性关系，进行了不同氧含量钢的金相研究。在成品轨氧含量小于25ppm时，夹杂物基本上是钙铝酸盐脆性断裂线条（Ca0.Al203）。

　　在这种氧含量下，最大夹杂长度不超过10μm，钢的钙铝酸盐夹杂度水平评价平均不超过ГОСТ1778—70渣1级。尽管在脱氧工艺中去除了含铝材料，在非金属夹杂线条中仍存在Al203。显然，铁合金和罐中渣是铝产生的源头。

　　随着氧含量升高到40ppm时，非金属夹杂的特性和数量明显地发生了变化。脆性断裂氧化夹杂数量减少，而产生应变的硅酸盐的比例增加。在硅酸盐夹杂的里还存在铝和钙，在显微切片上看到的硅酸盐夹杂，其形式是长度为0.12～0.30mm黑灰色细的均匀分布线条。

　　在更高的氧含量下，非金属夹杂基本上是长度为0.25～0.53mm的单一硅酸盐。这些夹杂物的钢夹杂度平均与ГОСТ1778—70渣2级相符。

　　由于与脆性断裂氧化夹杂相比，微小塑性硅酸盐对投入运行的钢轨寿命影响很小。含有塑性硅酸盐外壳的铝氧化物是比较安全的夹杂种类。

　　除此而外，还可以确定不依氧含量为转移，与内源夹杂一样，在钢轨中遇见的还有少数长度达1.5mm外源特性的夹杂。一般来说，这样的夹杂具有多相组成，且基本上是进入结晶器中的渣滴和耐火材料或造渣剂的微粒。

依据组成不同而变化的多相渣夹杂在轧制中表现出不一样的变形。一些氧化物夹杂，形成带有尖的或纵向裂开端的粗糙线条，其组成元素的顺序为[Mn]>[Si]>[Al]>[Ca]>[S]，在轧制时会产生塑性变形。而另一些夹杂，氧化物为波浪形线条，其组成的元素顺序为[Ca]>[Si]>[Mn]>[Al]>[Ti]>[Mg]>[K]>[S]，该夹杂在轧制时不会产生变形。

　　通常情况下，外源氧化夹杂具有偶然性，在钢轨钢中极少遇到。

　　研究表明，钢中氧含量的降低，会使应变硅酸盐夹杂数量的明显减少，而脆性断裂复杂氧化物比例增加。因此，这是一个不良的倾向。

　　俄罗斯铁路运输科研所开展的批量试验结果表明，具有硅酸盐高份额的К23批次钢轨与Т17-22批次钢轨相比，其使用寿命要长。而Т17-22钢轨是利用真空炼钢，硅酸盐含量较低，而钙铝酸盐含量较高。该结果证明，钢轨使用寿命不仅取决于钢中的氧含量，而且也取决于非金属夹杂的类型。

　　为了保证钢轨更优良的使用特性，理论上最好使非金属夹杂的夹杂度最小。但与此同时，在钢中氧含量降低的同时，如何保证非金属夹杂确定形式和组成的问题也逐渐显现出来。