CN102212749B - 一种小方坯连铸高效合金焊丝用钢的生产方法 - Google Patents
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Abstract
一种小方坯连铸高效合金焊丝用钢的生产方法，属于炼钢技术领域。工艺包括：低硫铁水和废钢→顶底复吹转炉冶炼→挡渣出钢→钢包脱氧→钢水合金化→LF精炼→RH精炼→小方坯铸机全保护连铸→铸坯检查；关键工艺包括转炉冶炼时的终点控制、脱氧剂的用量、生产过程钢水氧活度的控制、LF精炼顶渣成分的控制、RH的去氮效果、精炼过程硫和钛含量的调整、保护浇铸的效果等，其实质是通过冶炼过程中各项工艺措施控制钢水中氧、氮含量，从而达到控制钛与氧、氮反应的目的，降低浸入式水口堵塞和结晶器保护渣结块发生的风险。该方法可稳定生产钛含量0.15-0.22％的高效合金焊丝用钢。
Description
技术领域
本发明属于炼钢技术领域，特别是提供了一种小方坯连铸高效合金焊丝用钢的生产方法，适用于一类含钛的高效合金焊丝用钢的生产，可代替模铸和大方坯连铸的生产方法。
背景技术
当前，各行业技术都在向高能率化和高效率化发展，而被广泛地应用于各行业的焊接技术，在推动行业发展和产品的技术进步以及促进国民经济的发展中都发挥着重要作用。在焊接材料领域，日本的科研人员研发出了含有适量钛元素的低飞溅气体保护电弧焊用焊丝，其成品钛含量范围0.12-0.25％，典型含量控制目标为0.15-0.22％。与同类型不含钛焊丝相比，这种含钛焊丝更适用于大电流焊接条件，飞溅可减少50％，焊接烟尘减少25％，因而实现了高熔敷化、高速度的焊接，同时减轻了后处理工序工作量，因此焊接效率得到提高，同时焊缝成型性也较好，所以此类焊丝得到了广泛的推广应用。
此类含钛高效焊丝进入国内试用后，深受市场欢迎，需求量也与同俱增。为满足这种需求，如今多家钢铁企业都在开展该类焊丝用钢的研发与生产工作。但也由于此类钢种含有较高的钛，冶炼生产中易在连铸工序发生水口堵塞与结晶器保护渣结块(见图1)。水口堵塞一方面会恶化铸坯质量，另一方面也可能导致生产的中断；结晶器保护渣结块则直接影响铸坯质量，进而轧材会出现严重结疤等现象，如图2、图3所示，致使焊材生产厂无法顺利拉拔使用，除此之外保护渣结块也会造成拉漏等风险危害生产安全。导致这些问题发生的本质是钢中的钛与氧、氮的化学反应，而解决问题的关键技术则是控制钢水中氧、氮等元素的含量在合适范围内，并控制空气中的氧、氮对钢水的污染，但在小方坯连铸工艺的常规技术条件下较难实现。国内外先进钢铁生产企业为降低这些问题的危害，生产含钛的长材品种时均采用模铸工艺或采用大坯型连铸，再进行开坯后轧制，如日、韩等国家的钢铁企业连铸坯型在300×400mm2左右；国内现有的成熟工艺有模铸方法，也有使用大方坯连铸方法。大方坯连铸和模铸工艺均存在工序长、成材率低、生产成本高的缺点。
首钢于2006年成功开发了新一系列的高韧性高强钢用气保护焊丝，适用于550-700Mpa级低合金高强钢的气体保护电弧焊，也主要是利用适量的钛元素来实现各项力学性能指标，成品典型钛含量为0.08-0.17％，并成功设计出利用LF炉外精炼技术稳定生产130×130mm2小方坯，实现了改系列焊丝用钢的工业化生产。但当钛含量升高至0.17％以上时，则仍然会频繁发生上述缺陷问题。
小方坯与模铸和大方坯生产工艺比较，有着成材率高、生产成本低的优点，因此若能开发出小方坯工艺生产高钛(Ti％≥0.17％)钢种，在提高资源利用率、降低能源消耗上有着良好的成效。
发明内容
本发明的目的在于提供一种小方坯连铸高效合金焊丝用钢的生产方法，可稳定生产钛含量0.15-0.22％的高效合金焊丝用钢。
本发明的工艺路线为“低硫铁水和废钢→顶底复吹转炉冶炼→挡渣出钢→钢包脱氧→钢水合金化→LF精炼→RH精炼→小方坯铸机全保护连铸→铸坯检查”，关键工艺包括转炉冶炼时的终点控制、脱氧剂的用量、生产过程钢水氧活度的控制、LF精炼顶渣成分的控制、RH的去氮效果、精炼过程硫和钛含量的调整、保护浇铸的效果等，其实质是通过冶炼过程中各项工艺措施控制钢水中氧、氮含量，从而达到控制钛与氧、氮反应的目的，降低浸入式水口堵塞和结晶器保护渣结块发生的风险，其中氮是直接影响因素，氧是间接影响因素。具体控制的技术参数如下：
1、转炉采用低硫铁水和洁净废钢冶炼，转炉终点出钢温度目标1690-1710℃，所述的低硫铁水S≤0.040％，所述的洁净废钢为厂内生产纯净钢时产生的铸坯切头；转炉冶炼终点目标成分：碳≤0.04％、磷≤0.012％、硫≤0.030％。
2、转炉保证出钢口的状况良好，出钢时使用挡渣锥，控制出钢时间4-8min；出钢时使用铝铁(折算用铝量：1.0～2.5Kg/吨钢)对钢水脱氧，目标为钢水到精炼站时全铝含量0.010-0.040重量％。
3、粗调合金成分在转炉预脱氧后的出钢过程，使用硅铁、微碳锰铁合金；微调合金成分则在炉外精炼过程，分别在LF精炼过程调整硅、锰，在RH精炼过程中调整钛，此外在RH精炼过程还调整钢水硫含量。LF精炼过程先使用合成渣造顶渣，渣量为7-12Kg/吨钢；渣面撒铝粒加强扩散脱氧，铝粒用量0.10-0.50kg/吨钢，且分批加入。LF顶渣完成后，使用硅铁、微碳锰铁调整钢水硅、锰含量，之后加热钢水，目标值为LF处理结束时1620-1660℃。LF处理全程钢包底吹氩气，根据过程需要调整吹入氩气流量200-800Nl/min。所述的微碳锰铁为含碳量不大于0.05％的锰铁合金。
4、LF精炼完成后，钢水运至RH工位进行处理，先使用喂丝机喂入硫线来调整钢水硫含量，然后抽真空循环钢水，处理模式为脱气模式，真空度达到1-5mbar，8分钟后采用高品位钛铁合金调钛。RH处理周期按40-50分钟控制，处理结束温度目标为1590-1630℃。RH处理结束后钢水不进行钙处理。所述的高品位钛铁合金为含钛量为65-75％的钛铁合金，所述的钙处理是指喂入硅钙线利用钙元素对钢水中的夹杂物变性处理。
5、RH处理结束后将钢水运到铸机，浇注前加强检查，确保中包、塞棒、结晶器及辅料清洁、干燥，中包、水口等完成预先加热。连铸坯型为130×130mm2小方坯，采用全保护浇铸，使用镁钙质干式料带挡墙中间包，中间包使用无碳碱性覆盖剂，中间包钢水过热度目标20-40℃，铸坯拉速2.2-3.5m/min。结晶器采用电磁搅拌，参数为频率5Hz和电流250A，结晶器保护渣选用预熔型低碳类。二冷采用弱冷模式(比水量1.2L/Kg钢)冷却铸坯。
本发明提供的技术方案能够生产出钛含量满足要求的高效合金焊丝用钢，其成分见表1。
表1高效合金焊丝用钢的化学成分控制，重量％
本发明所述采用小方坯连铸高效合金焊丝用钢的优点在于：
1.本发明中的小方坯连铸的生产方法，与模铸和大方坯连铸的工艺比较，省去了开坯工序，改两火成材为一火成材，减少了能源消耗，并提高了成材率，节约了资源。
2.顶底复吹转炉的使用，降低了转炉终点的碳氧平衡积，因此在同样终点碳含量条件下，与其它类型转炉(单一型顶吹转炉或底吹转炉)相比较，钢水氧活度低，相应降低了脱氧用铝量，节约了脱氧剂等合金资源，也有利于控制钢水中氧化铝的数量，间接起到了抑制水口堵塞和结晶器保护渣结块的作用。
3.优化了LF精炼过程的钢水顶渣成分和数量、以及钢包炉底吹氩气制度，可促进钢水中氧化铝夹杂物的上浮与进入渣层，提高了钢质纯净度的同时，也有着减少水口堵塞和结晶器保护渣结块的作用。
4.LF精炼过程处理结束后再喂入硫线调整钢水硫含量，利于提高收得率，也利于获得准确的硫含量。
5.选择高品位优质钛铁合金，并在RH精炼过程真空状态下加入，能够获得高且稳定的合金吸收率，利于控制合金的加入量，有效减少了钛铁合金中铝的带入，降低了水口堵塞与保护渣结块风险。
6.采用全保护浇注、结晶器液面自动控制、电磁搅拌技术和铸坯二冷弱冷模式，既改善了铸坯质量，也有利于抑制水口堵塞。
附图说明
图1是结晶器保护渣结块。
图2是保护渣结块导致材料中卷入保护渣。
图3是保护渣结块导致盘条表面缺陷。
图4是保护渣结块导致盘条表面缺陷图3的局部放大图。
具体实施方式
本发明可在具备LF、RH炉外精炼设备和全保护浇铸条件的钢铁生产厂中实施，下表2至表6列出了首钢迁钢公司采用本发明生产含钛的高效合金焊丝用钢时生产工艺的关键参数实例。
表2转炉工艺关键参数
表3LF精炼工艺关键参数
表4RH精炼工艺关键参数
表5连铸工艺关键参数
表6成品成分控制水平
高效合金焊丝主要用于自动气体保护焊接，尤其适用于机器手自动焊接，因此要求焊丝表面质量优良，而焊丝的制作过程也要求原料盘条表面质量良好，不能有结疤、起皮等缺陷。在使用一般冶炼方法利用小方坯连铸生产含钛的高效合金焊丝用钢时(钛含量达0.15％以上)，会由于结晶器保护渣的结块，破坏铸坯表面及近表面质量，最终导致盘条表面产生图3所示严重缺陷。经生产实践验证，使用本专利提供的方法可消除保护渣结块现象的发生，且不会造成水口的堵塞，可顺利生产钛含量0.15-0.22％的合金焊丝用钢。
Claims (1)
1.一种小方坯连铸高效合金焊丝用钢的生产方法，工艺路线为：低硫铁水和废钢→顶底复吹转炉冶炼→挡渣出钢→钢包脱氧→钢水合金化→LF精炼→RH精炼→小方坯铸机全保护连铸→铸坯检查；其特征在于，在工艺中控制如下技术参数：
(1)转炉采用低硫铁水和洁净废钢冶炼，转炉终点出钢温度目标1690-1710℃；
所述的低硫铁水S≤0.040％，所述的洁净废钢为厂内生产纯净钢时产生的铸坯切头；转炉冶炼终点目标成分：碳≤0.04％、磷≤0.012％、硫≤0.030％；
(2)转炉保证出钢口的状况良好，出钢时使用挡渣锥，控制出钢时间4-8min；出钢时使用铝铁对钢水脱氧，目标为钢水到精炼站时全铝含量0.010-0.040重量％；
所述的铝铁的折算用铝量：1.0～2.5Kg/吨钢；
(3)粗调合金成分在转炉预脱氧后的出钢过程，使用硅铁、微碳锰铁合金；微调合金成分则在炉外精炼过程，分别在LF精炼过程调整硅、锰，在RH精炼过程中调整钛，此外在RH精炼过程还调整钢水硫含量；LF精炼过程先使用合成渣造顶渣，渣量为7-12Kg/吨钢；渣面撒铝粒加强扩散脱氧，铝粒用量0.10-0.50kg/吨钢，且分批加入；LF顶渣完成后，使用硅铁、微碳锰铁调整钢水硅、锰含量，之后加热钢水，目标值为LF处理结束时1620-1660℃；LF处理全程钢包底吹氩气，根据过程需要调整吹入氩气流量200-800Nl/min；所述的微碳锰铁为含碳量不大于0.05％的锰铁合金；
(4)LF精炼完成后，钢水运至RH工位进行处理，先使用喂丝机喂入硫线来调整钢水硫含量，然后抽真空循环钢水，处理模式为脱气模式，真空度达到1-5mbar，8分钟后采用高品位钛铁合金调钛；RH处理周期按40-50分钟控制，处理结束温度目标为1590-1630℃；
高品位钛铁合金为含钛量为65-75％的钛铁合金；
(5)RH处理结束后将钢水运到铸机，浇注前加强检查，确保中包、塞棒、结晶器及辅料清洁、干燥，中包、水口完成预先加热；连铸坯型为130×130mm2小方坯，采用全保护浇铸，使用镁钙质干式料带挡墙中间包，中间包使用无碳碱性覆盖剂，中间包钢水过热度目标20-40℃，铸坯拉速2.2-3.5m/min；结晶器采用电磁搅拌，参数为频率5Hz和电流250A，结晶器保护渣选用预熔型低碳类；二冷采用弱冷模式，比水量1.2L/Kg钢，冷却铸坯。
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