國外優質鋼軌生產工藝

目前，俄羅斯冶金行業具有足夠強大的技術裝備，能夠有效地改進鋼軌的冶金質量。由于實施一系列措施，包括研究熔煉工藝、采用綜合脫氧方法、利用鋼軌變形處理以及精煉和真空處理裝置，有可能將鋼軌中的氧含量降至20ppm，并同時降低非金屬夾雜的夾雜度。

　　完善精煉裝置中的精煉工藝，采用保證鋼軌中氧含量降低的脫氧新制度，依據氧含量確定鋼中非金屬夾雜的特性和數量。當氧含量降低到25ppm時，基本以脆性斷裂氧化夾雜為主；而當氧含量大于40ppm時，則以塑性硅酸鹽為主要形態。

　　新庫茲涅茨克鋼鐵公司利用電爐生產鐵路用鋼軌。一臺型號為ДСП--100H10（凸窗出鋼、95MVA變壓器、BSE公司的供氧系統）；另一臺型號為ДСП—100И7（虹吸出鋼、80MVA變壓器、彎形門式氧氣風嘴）。這兩臺電爐利用25%～40%液態鐵水進行熔煉，在上爐留下的15～30t爐渣和金屬內，加入金屬廢鋼裝料。為了加快爐中金屬料和碳氧化物的熔煉過程，利用有效的氧氣噴嘴，BSE公司的噴嘴或者門式氧氣風嘴Fuchs和彎形風嘴。鼓入氧氣的一般消耗量達到1萬m3/h。

　　鐵水在裝入廢金屬前直接注入，當達到目標溫度，且碳含量大于0.7%時，在電爐啟動的情況下，將非脫氧金屬排放到無渣罐。在往罐中排放的過程中添加造渣劑。造渣劑由石灰和螢石，以及通過計算錳在成品鋼中最低含量的硅錳合金組成。在排放的過程中，通過底部多孔風嘴對罐中的鋼水吹入氮氣，壓力為0.7Mpa，消耗量為20m3/h。排完以后，進入精煉裝置，繼續對鋼水進行處理，以達到要求的化學成分及澆注溫度。

為降低鋼水中碳含量，在精煉裝置中開發了精煉新工藝。當帶有金屬的罐進入精煉爐后，通過底部多孔風嘴以20m3/h的消耗量進行提前3min吹氬，進行溫度測量、提取金屬和鋼渣試樣，繼續利用夾送器按125g/tCa的計算量添加硅鈣合金絲。通過添加ФС75渣、0.4～0.7kg/t焦炭粉和石灰，造Fe0含量小于0.5%和堿度2.5～3.0的液態渣。

　　當得到罐中金屬試樣的化學分析結果后，再加入鐵合金及其他合金。第二次按125g/tCa加入硅鈣合金絲，進行最終脫氧，但不早于精煉結束前5min。利用HeraeusElectr0-Nite公司的Hydris儀器，在完成階段確定溫度和氧含量。經過爐外精煉，鋼水在尺寸為300mm×300mm的結晶器，四流連鑄機上進行澆鑄。

　　由于在精煉裝置中完善精煉工藝，并采用脫氧新制度，新庫茲涅茨克鋼鐵公司鋼軌鋼中平均氧含量達到27.8ppm。這種情況下，氧化夾雜脆性鏈的平均長度為0.18mm。

　　為了確立依氧含量變化的鋼軌中非金屬夾雜數量和特性關系，進行了不同氧含量鋼的金相研究。在成品軌氧含量小于25ppm時，夾雜物基本上是鈣鋁酸鹽脆性斷裂線條（Ca0.Al203）。

　　在這種氧含量下，最大夾雜長度不超過10μm，鋼的鈣鋁酸鹽夾雜度水平評價平均不超過ГОСТ1778—70渣1級。盡管在脫氧工藝中去除了含鋁材料，在非金屬夾雜線條中仍存在Al203。顯然，鐵合金和罐中渣是鋁產生的源頭。

　　隨著氧含量升高到40ppm時，非金屬夾雜的特性和數量明顯地發生了變化。脆性斷裂氧化夾雜數量減少，而產生應變的硅酸鹽的比例增加。在硅酸鹽夾雜的里還存在鋁和鈣，在顯微切片上看到的硅酸鹽夾雜，其形式是長度為0.12～0.30mm黑灰色細的均勻分布線條。

　　在更高的氧含量下，非金屬夾雜基本上是長度為0.25～0.53mm的單一硅酸鹽。這些夾雜物的鋼夾雜度平均與ГОСТ1778—70渣2級相符。

　　由于與脆性斷裂氧化夾雜相比，微小塑性硅酸鹽對投入運行的鋼軌壽命影響很小。含有塑性硅酸鹽外殼的鋁氧化物是比較安全的夾雜種類。

　　除此而外，還可以確定不依氧含量為轉移，與內源夾雜一樣，在鋼軌中遇見的還有少數長度達1.5mm外源特性的夾雜。一般來說，這樣的夾雜具有多相組成，且基本上是進入結晶器中的渣滴和耐火材料或造渣劑的微粒。

依據組成不同而變化的多相渣夾雜在軋制中表現出不一樣的變形。一些氧化物夾雜，形成帶有尖的或縱向裂開端的粗糙線條，其組成元素的順序為[Mn]>[Si]>[Al]>[Ca]>[S]，在軋制時會產生塑性變形。而另一些夾雜，氧化物為波浪形線條，其組成的元素順序為[Ca]>[Si]>[Mn]>[Al]>[Ti]>[Mg]>[K]>[S]，該夾雜在軋制時不會產生變形。

　　通常情況下，外源氧化夾雜具有偶然性，在鋼軌鋼中極少遇到。

　　研究表明，鋼中氧含量的降低，會使應變硅酸鹽夾雜數量的明顯減少，而脆性斷裂復雜氧化物比例增加。因此，這是一個不良的傾向。

　　俄羅斯鐵路運輸科研所開展的批量試驗結果表明，具有硅酸鹽高份額的К23批次鋼軌與Т17-22批次鋼軌相比，其使用壽命要長。而Т17-22鋼軌是利用真空煉鋼，硅酸鹽含量較低，而鈣鋁酸鹽含量較高。該結果證明，鋼軌使用壽命不僅取決于鋼中的氧含量，而且也取決于非金屬夾雜的類型。

　　為了保證鋼軌更優良的使用特性，理論上最好使非金屬夾雜的夾雜度最小。但與此同時，在鋼中氧含量降低的同時，如何保證非金屬夾雜確定形式和組成的問題也逐漸顯現出來。