CN103184304B - 转炉-LF-RH-连铸生产38CrMoAl钢的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了转炉-LF-RH-连铸生产38CrMoAl钢的工艺，本发明采用顶底复吹碱性转炉初炼、LF精炼炉精炼、RH/VD真空炉脱气、弧形连铸机连铸工艺生产150mm×150mm方坯、200mm×200mm方坯、φ380mm圆坯、φ500mm圆坯，可以轧制成φ13～φ250mm规格的圆钢，并可以根据需要进行锻造或再轧制，适应于不同加工制造行业的需求。本发明可有效解决连铸工艺生产38CrMoAl钢存在的浇注困难，容易结瘤，成批率低，钢坯容易出现点状偏析等生产过程与质量问题，实现了顺利连浇8炉以上，有效解决了水口结瘤停浇问题，钢材质量优异，无明显点状偏析，且大大降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及38CrMoAl生产领域，具体涉及采用转炉-LF-RH-连铸生产38CrMoAl的工艺。
背景技术
38CrMoAl钢属于高强氮化钢，有高的表面硬度，耐磨性及疲劳强度，主要用于制造注塑机的关键部件螺杆、机车主轴、仿模、气缸套、高压阀门、镗杆、蜗杆等。目前，38CrMoAl钢材的国内最大区域市场是华东，需求量大约30万吨/年，市场前景较好，但是该钢种生产难度极大，极易结瘤，导致该钢种生产成本较高，钢材价格一直居高不下。
近年二十年来，国内外基本采用电炉+模铸工艺方法生产。该生产工艺存在成材率低、表面质量差和易发生点状偏析等明显不足。《一种38CrMoAl钢及其制备方法》（公告号为CN102230131A），该发明以35CrMo钢屑、42CrMo钢屑、38CrMoAl钢屑、金属铝、中碳铬铁、稀土硅铁、含氮锰铁、硼铁和金属铋为原料，采用感应电炉熔化，钢锭模浇注钢锭，最后锻造成形。
该发明虽然以35CrMo钢屑、42CrMo钢屑、38CrMoAl钢屑为主要原料，实现了废钢的循环再利用，但是该发明存在以下缺陷：
1、该发明采用感应电炉加热，具有能耗高，不值得大力提倡；
2、该发明采用的主要原辅材料废钢屑，其中P、S等有害残余元素含量高，且不能精确控制，生产的38CrMoAl钢质纯净度低，影响使用寿命；
3、该发明采用感应电炉熔化，钢锭模浇注钢锭，具有生产效率低，不适应国内外加工制造业对38CrMoAl钢迅猛增长的需求。
进入二十一世纪，特别是近几年来，随着国内炼钢水平的不断提高，国内一些特钢厂家，开始尝试采用电炉和连铸工艺陆续开发成功该产品，如，南钢、本钢、抚钢、杭钢等钢厂。但结瘤问题一直无法得到根本解决，连浇炉很难超过5炉，成坯率低，批量化生产存在很大困难。
目前，国内极少些特钢厂尝试采用转炉和连铸工艺开发38CrMoAl，相比较电炉具有更大的难度，但具有明显的成本优势。只是目前开发尚不成熟，连浇炉数、连铸水口结瘤和保护渣变性等根本问题仍未解决。本申请人采用转炉-LF-RH-连铸工艺方法，解决了困扰38CrMoAl钢的浇注难的问题，提高了连浇炉数，实现了浇注正常化，大大降低了38CrMoAl钢坯和钢材的生产成本，对38CrMoAl钢的市场推广、减少进口依赖性具有重大意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种转炉-LF-RH-连铸生产38CrMoAl钢的工艺，有效解决了转炉流程连铸工艺生产高铝38CrMoAl钢浇注易结瘤，钢坯成坯率低，连浇炉数低，生产成本高，钢材存在点状偏析等问题。
本发明通过以下技术方案实现：
转炉-LF-RH-连铸生产38CrMoAl钢的工艺，包括以下步骤：
（1）顶底复吹碱性转炉初炼：将铁水置于转炉中进行吹炼，吹炼过程中铁水经扒渣处理，吹炼中期摇炉倒掉氧化渣，进行二次造渣，出钢控制碳重量百分比≥0.08%，出钢时加入4.0~6.0kg/t锰铁和20~25kg/t铬铁合金化，并加入2.0~3.0kg/t电石和1.2~2.0kg/t铝饼强脱氧，出钢后期采用氩气顶底复吹搅拌，提高脱氧产物上浮；
（2）LF精炼炉精炼：精炼炉钢水中铝元素重量百分比为 0.025~0.10%，精炼前期形成高碱度精炼渣，其二元碱度为8~16，在脱氧充分的精炼后期一次性加入10kg/t的铝锭合金化，最后根据钢水中实际硅含量再行对硅进行调整，精炼终渣二元碱度为25~50；
（3）双工位RH/VD真空炉脱气：在1650±10℃、真空度小于100Pa下保持15min以上进行RH/VD真空脱气处理，处理结束后喂入钡硅包芯线对钢水进行变性处理，吊包前氩气软搅拌20min以上；
（4）弧形连铸机连铸：大包长水口使用氩封装置，对大包钢流吹氩保护，过热度在30~50℃，结晶器选用38CrMoAl专用保护渣，150mm×150mm方坯拉速为 2.3±0.2m /min，或200mm×200mm方坯拉速为1.3±0.1m /min,或Φ380mm圆坯拉速为0.55±0.03m /min，或Φ500mm圆坯拉速为0.32±0.02m /min，连铸机采用结晶器和凝固末端两段电磁搅拌，或者结晶器、二冷和凝固末端三段电磁搅拌。
本发明进一步改进方案是，其中步骤（2）所述精炼前期高碱度精炼渣的化学组成及其重量百分比为：CaO 55~65%，SiO2 3~7%，MgO 2~6%，Al2O3 25~35%，TiO2 0.1~0.6%，S 0.5~1.5%，余者为TFe(Mn)；所述精炼终渣的化学组成及其重量百分比为：CaO 50~60%，SiO2 1~2%，MgO 2~8%，Al2O3 30~45%，TiO2 0.05~0.15%，S 0.5~1.5%，余者为TFe(Mn)。
本发明更进一步改进方案是，其中步骤（4）所述38CrMoAl专用保护渣，其主要物理特性为：1350℃下熔速35~45S，半球温度1090~1150℃，1300℃下熔体粘度0.4~0.7 Pa.s，碱度R 0.65~0.72。
本发明更进一步改进方案是，其中步骤（4）所述两段电磁搅拌中结晶器电磁搅拌电流为300A，频率为5.5Hz，凝固末端电磁搅拌电流为220A，频率为11.0Hz；所述三段电磁搅拌中结晶器电磁搅拌电流为300A，频率为2.5Hz，二冷电磁搅拌电流为450A，频率为9.0Hz，末端电磁搅拌电流为650A，频率为7.0Hz。
本发明与现有技术相比，具有以下明显优点：
一、本发明采用顶底复吹碱性转炉初炼、钢包LF精炼炉精炼、双工位RH真空炉脱气、弧形连铸机连铸工艺生产，生产效率高。
二、本发明所生产的连铸坯断面范围广，包括150mm×150mm方坯、200mm×200mm方坯、φ380mm圆坯、φ500mm圆坯，并可以轧制成φ13～φ250mm规格的圆钢，适用于不同加工制造行业的需求。
三、本发明采用转炉冶炼，负能炼钢，能耗少。
四、本发明采用转炉双渣操作，精炼炉造高碱度渣，实现了低P和低S控制。
五、本发明采用精炼后期一次加入Al锭实现Al的合金化，然后根据钢水中Si的实际含量再调整Si含量，降低了综合合金消耗；
六、本发明连铸连浇炉数高，最高连浇炉次达到9炉以上，铸坯收得率达到96.5%以上，既解决了38CrMoAl容易结瘤问题，又大大降低了铸坯生产成本；
七、本发明采用连铸工艺方法生产的连铸坯，运用电磁搅拌技术有效解决了模铸方法生产所困扰的点状偏析缺陷，轧材产品经检验无点状偏析。
八、本发明连铸采用专用保护渣，保证了钢水的可浇性和铸坯表面质量。
具体实施方式
实施例1
200mm×200mm断面连铸方坯连浇炉次达到8炉，浇注顺利未出现结瘤现象，具体工艺方法如下：
1）转炉以92t优质铁水为主原料，铁水经过扒渣处理，并配以6t生铁组成炼钢用主要原料。吹炼过程酌情调整石灰、白云石、矿石等加入量，吹炼中期摇炉倒掉氧化渣，二次造渣；出钢控制C≥0.08%，杜绝过氧化出钢；
2）转炉出钢过程加入锰铁和铬铁合金化，并加入电石200kg/炉和Al饼120kg/炉，渣料采用600kg/炉石灰和600kg/炉预熔精炼渣组合加入；
3）精炼前期加入适量电石或铝粒强化渣面脱氧，白渣操作。根据精炼渣况适当补充石灰和萤石予以调整，保证精炼渣良好的碱度和流动性；
4）随机对其中一炉精炼过程渣进行分析，精炼前期渣二元碱度R2为11.65，其化学组成wt%为：CaO 62.91%，SiO2 5.40%，MgO 2.03%，Al2O3 24.39%，TiO2 0.306%，S 0.77%，余者为TFe(Mn)；精炼终渣二元碱度R2为36.34，其化学组成wt%为：CaO 61.42%，SiO2 1.69%，MgO 3.10%，Al2O3 32.31%，TiO2 0.12%，S 0.80%，余者为TFe(Mn)；
5）精炼后期根据钢水中Al实际含量，一次加入Al锭1000kg左右，实现Al的合金化，然后根据钢水中Si的实际含量再调整Si含量， Al锭综合收得率在85%以上；
6）精炼温度控制在1650±10℃，进行RH/VD真空脱气处理，在真空度小于100Pa下保持15min以上，结束后喂入BaSi包芯线对钢水进行变性处理，同时加入炭化稻壳做好钢水的保护覆盖，吊包前氩气软搅拌20min以上，吊包温度1580±15℃；
7）连铸过程采用全保护浇注，大包长水口使用Ar封装置，对大包钢流吹氩保护，过热度在30~50℃，结晶器选用38CrMoAl专用保护渣，拉速为1.2m/min，采用结晶器（电流：300A，频率：5.5Hz）和末端（电流：220A，频率：11.0Hz）两段电磁搅拌技术减少铸坯凝固偏析倾向。
实施例2
φ380mm断面连铸圆坯连浇炉次达到9炉以上，浇注顺利未出现结瘤现象，具体主要工艺方法如下：
1）转炉出钢过程加入锰铁和铬铁合金化，并加入电石2.0~3.0kg/t钢和Al饼3kg/t钢，渣料采用5.0~6.0kg/t钢石灰和6.0~7.0kg/t钢预熔精炼渣组合加入；
2）随机对其中一炉精炼过程渣进行分析，精炼前期渣二元碱度R2为10.95，其化学组成wt%为：CaO 60.88%，SiO2 5.56%，MgO 3.29%，Al2O3 30.25%，TiO2 0.35%，S 1.31%，余者为TFe(Mn)；精炼终渣二元碱度R2为33.70，其化学组成wt%为：CaO 54.93%，SiO2 1.63%，MgO 1.45%，Al2O3 40.50%，TiO2 0.08%，S 0.95%，余者为TFe(Mn)；
3）精炼后期根据钢水中Al实际含量，一次加入Al锭1000kg左右，实现Al的合金化，然后根据钢水中Si的实际含量再补充部分硅铁；
4）稳定控制第一包吊包温度1570±10℃，连浇炉吊包温度1550±5℃；
5）第一包过热度控制在30~50℃，连浇炉控制在20~40℃，φ380mm连铸圆坯注拉速控制在0.55m±0.03/min，圆坯连铸机采用结晶器（电流：300A，频率：2.5Hz）、二冷（电流：450A，频率：9.0Hz）和末端（电流：650A，频率：7.0Hz）三段电磁搅拌技术。
其余操作同实施例1。
表1为本发明实施例1和实施例2得到的38CrMoAl钢材的性能检验结果
表1
表2为本发明实施例1和实施例2得到的38CrMoAl钢材的低倍检验结果
表2
表3为本发明实施例1和实施例2得到的38CrMoAl钢材的实际P、S含量和夹杂物检验结果
表3
Claims (3)
1.转炉-LF-RH-连铸生产38CrMoAl钢的工艺，其特征在于，包括以下步骤：
（1）顶底复吹碱性转炉初炼：将铁水置于转炉中进行吹炼，吹炼过程中铁水经扒渣处理，吹炼中期摇炉倒掉氧化渣，进行二次造渣，出钢控制碳重量百分比≥0.08%，出钢时加入4.0~6.0kg/t锰铁和20~25kg/t铬铁合金化，并加入2.0~3.0kg/t电石和1.2~2.0kg/t铝饼强脱氧，出钢后期采用氩气顶底复吹搅拌，提高脱氧产物上浮；
（2）LF精炼炉精炼：精炼炉钢水中铝元素重量百分比为 0.025~0.10%，精炼前期形成高碱度精炼渣，其二元碱度为8~16，在脱氧充分的精炼后期一次性加入10kg/t的铝锭合金化，最后根据钢水中实际硅含量再行对硅进行调整，精炼终渣二元碱度为25~50；
所述精炼前期高碱度精炼渣的化学组成及重量百分比为：CaO 55~65%，SiO2 3~7%，MgO 2~6%，Al2O3 25~35%，TiO2 0.1~0.6%，S 0.5~1.5%，余者为Tfe或Mn；所述精炼终渣的化学组成及其重量百分比为：CaO 50~60%，SiO2 1~2%，MgO 2~8%，Al2O3 30~45%，TiO2 0.05~0.15%，S 0.5~1.5%，余者为Tfe或Mn；
（3）双工位RH/VD真空炉脱气：在1650±10℃、真空度小于100Pa下保持15min以上进行RH/VD真空脱气处理，处理结束后喂入钡硅包芯线对钢水进行变性处理，吊包前氩气软搅拌20min以上；
（4）弧形连铸机连铸：大包长水口使用氩封装置，对大包钢流吹氩保护，过热度在30~50℃，结晶器选用38CrMoAl专用保护渣，150mm×150mm方坯拉速为2.3±0.2m /min，或200mm×200mm方坯拉速为1.3±0.1m /min,或Φ380mm圆坯拉速为0.55±0.03m /min，或Φ500mm圆坯拉速为0.32±0.02m /min，连铸机采用结晶器和凝固末端两段电磁搅拌，或者结晶器、二冷和凝固末端三段电磁搅拌。
2.根据权利要求1所述的转炉-LF-RH-连铸生产38CrMoAl钢的工艺，其特征在于：其中步骤（4）所述38CrMoAl专用保护渣，物理特性为：1350℃下熔速35~45S，半球温度1090~1150℃，1300℃下熔体粘度0.4~0.7 Pa.s，碱度R 0.65~0.72。
3.根据权利要求1所述的转炉-LF-RH-连铸生产38CrMoAl钢的工艺，其特征在于：其中步骤（4）所述两段电磁搅拌中结晶器电磁搅拌电流为300A，频率为5.5Hz，凝固末端电磁搅拌电流为220A，频率为11.0Hz；所述三段电磁搅拌中结晶器电磁搅拌电流为300A，频率为2.5Hz，二冷电磁搅拌电流为450A，频率为9.0Hz，末端电磁搅拌电流为650A，频率为7.0Hz。
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