CN104259414A - 一种减轻连铸水口结瘤的含钛焊丝用钢生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种减轻连铸水口结瘤的含钛焊丝用钢生产方法，属于炼钢技术领域。其工艺步骤为：（1）顶底复吹转炉熔炼：选用低硫铁水配加优质废钢进行吹炼；（2）LF炉精炼；（3）LF炉钛合金化：对钢液进行软吹，时间为10min；软吹完毕后，向钢液喂入低铝低氮70Ti铁包芯线进行钛合金化；（4）全程保护浇铸。本发明针对含钛焊丝钢连铸上水口和浸入水口结瘤问题，通过系统优化炼钢、精炼和连铸生产工艺，减轻水口结瘤程度，提高连浇炉数和铸坯收得率，并有效降低生产成本。

Description

一种减轻连铸水口结瘤的含钛焊丝用钢生产方法
技术领域
本发明涉及炼钢技术领域，尤其是一种减轻连铸水口结瘤的含钛焊丝用钢生产方法。
背景技术
含钛焊丝钢具有优良的熔敷性和低飞溅性，可适应高能率化和高效率化焊接技术要求。与利用大量镍、钼等元素合金化的同等级别产品相比，含钛合金焊丝钢具有明显的成本优势，因此，其在高强钢气体保护焊领域得到了广泛的推广及应用。然而，由于含钛钢水连铸可浇性差、内部存在大量的高熔点非金属夹杂物、产品性能不稳定等因素影响，主要产品仍依靠进口。
日本等国首先研发成功含有适量钛元素的合金焊丝钢，成品典型钛含量为0.12-0.25%，生产流程为模铸或大方坯两火成材工艺，其产品质量控制较好，但生产成本高。小方坯生产含钛焊丝钢流程正逐步兴起。
首钢（200910076071.9）试制Ti=0.08-0.17%焊丝钢时，利用控制钢中N、Al含量等措施减轻了水口堵塞，但其由于在转炉终点和精炼期间使用铝粒或铝线脱氧，钢中铝含量达到0.020-0.030%，虽然使用了高钛合金，但无法明显减轻Al2O3型结瘤；其次，其应用了钙处理夹杂物变性工艺，成品焊丝飞溅性难以控制。此外，首钢（转炉炉容80吨）采用大容量中间包，有利于含钛或含铝夹杂物上浮、排除，其控制方法对于小容量转炉和中间包生产厂具有一定局限性。青钢（李文英等）利用低Al辅料和提高浇铸温度的方法解决ER55-G含钛焊丝钢的Al2O3结瘤，但对于Al、Ti、O关系、钛合金化工艺及实际生产控制技术所述不详。宝钢（郑宏光等）生产321(Ti=0.19和Ti=0.31)不锈钢时，通过控制钢中[Al]<0.01%可降低Al2O3和MgOAl2O3型结瘤，通过控制不加Al和Ca-Si合金、适当提高浇铸温度可减轻CaOTiO2-MgOAl2O3型结瘤，此工艺主要应用于板坯铸机，与小方坯流程生产含钛焊丝钢工艺有明显的差异。
发明内容
本发明提供一种减轻连铸水口结瘤的含钛焊丝用钢生产方法，针对含钛焊丝钢连铸上水口和浸入水口结瘤问题，通过系统优化炼钢、精炼和连铸生产工艺，减轻水口结瘤程度，提高连浇炉数和铸坯收得率，并有效降低生产成本。
本发明所采取的技术方案是：
一种减轻连铸水口结瘤的含钛焊丝用钢生产方法，包括下述步骤：
（1）顶底复吹转炉熔炼：选用低硫铁水配加优质废钢进行吹炼，硫含量S≤0.030wt%，优质废钢来源为自产焊丝钢切头和切尾；转炉终点控制目标：出钢温度1550-1600℃，C=0.04-0.06wt%，S≤0.030wt%，P≤0.010 wt%；
（2）LF炉精炼：LF炉进站活度氧为20-30ppm，氮含量为15-25ppm，酸溶铝为30-40ppm；出LF精炼工位，氮含量为35-40ppm，钛氮积[%Ti]×[%N]＜2.5×10-3；
LF炉造渣采用石灰、萤石，碱度为1.8-2.2；脱氧剂采用碳化硅或电石造还原泡沫渣，灰白渣保持时间为15min；
（3）LF炉钛合金化：对钢液进行软吹，时间为10min；软吹完毕后，向钢液喂入低铝低氮70Ti铁包芯线进行钛合金化，喂线速度1.5-2.0m/s，Ti收得率为60-70%；喂钛线完毕后，对钢包进行软吹2-4min；
（4）全程保护浇铸：利用氩气对中间包包头和内壁进行吹扫，确保包内空气充分驱赶；钢包长水口、中间包上水口、浸入水口采用铝碳材质，并在进口端和出口端采用锆质层保护；浇铸过程，长水口和浸入水口采用氩封保护。
其中，步骤（1）中出钢采用低碳、低磷原料合金化，脱氧剂采用硅铝钡和铝锰钛镁，并随钢流加入钢包内，脱氧剂加入量为1.0-1.5kg/吨钢；出钢全程底吹氩气搅拌，促进氧化物和氮化物夹杂充分上浮排除。
步骤（1）中采用无铝脱氧剂对顶渣预脱氧，渣中FeO+MnO含量不高于15wt%。
步骤（2）中LF全精炼过程不进行钙处理，出站Ca含量不高于10ppm。
步骤（4）中中间包覆盖剂采用三层结构：开浇时向中包加入低硅高镁稀渣剂，以降低钢中钛、铝易氧化元素烧损；待钢液面不漏红后，加入中性或碱性覆盖剂，以加强中间包顶渣对夹杂物吸附能力；上层加入碳化稻壳，对钢液进行保温；
步骤（4）中连铸拉速1.8-2.0m/min，过热度30-50℃。
步骤（4）中二次冷却采用气雾冷却，冷却强度为1.6-1.8L/kg，以避免因过热度过高而引起铸坯表面回温过大，进而避免边部和内部裂纹。
本发明技术改进在于铝钛竞争氧化热力学边界条件的确定、钢中氧活度的控制、钛合金化模型的建立、铝钛含量的控制、钛氮积的确定、中间包覆盖剂的选用、水口材质及半径的选择、连铸拉速和过热度的控制等。
本发明出钢配加含钛复合脱氧剂进行固氮、脱氮，LF炉采用调整炉口空气压力保证炉内微正压控制，连铸开浇氩气吹扫中间包、水口氩封、三层结构覆盖剂，全程控制钢中氧含量（中包氧≤15ppm）和氮含量（中包氮≤40ppm），降低钢中钛铝夹杂物和氮化钛夹杂物的形成。
转炉冶炼和LF炉精炼采用无铝脱氧剂，严格控制钢中铝含量，有效避免Al2O3型结瘤；进一步采用低铝低氮70Ti铁包芯线合金化，并控制钢中钛铝关系，进一步避免因Al2O3类型夹杂物形成的水口结瘤。
LF炉采用低铝低氮70Ti铁包芯线降低合金化过程中增氮量，缩短喂线后的软吹时间，同时采用氩封及三层覆盖剂全程保护浇铸，确保钛氮积处于临界条件下，有效控制因增氮引起的氮化钛夹杂物形成的水口结瘤。
采用LF非钙处理工艺，降低钢中Ca含量，有效降低了成品焊丝焊接过程焊接飞溅程度。
该项目实施后，150方连铸工艺生产的含钛焊丝钢在不更换水口、不烧眼等情况下连浇炉数达到6炉次，铸坯收得率达到92%。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
本发明针对含钛焊丝钢连铸上水口和浸入水口结瘤问题，通过系统优化炼钢、精炼和连铸生产工艺，减轻水口结瘤程度，提高连浇炉数和铸坯收得率，并有效降低生产成本。
具体实施方式
实施例1
减轻连铸水口结瘤的含钛焊丝用钢生产方法，包括下述步骤：
（1）顶底复吹转炉熔炼：选用低硫铁水配加优质废钢进行吹炼，硫含量S≤0.030wt%，转炉终点控制目标如表1所示，优质废钢来源为焊丝钢切头和切尾；
出钢采用低碳、低磷原料合金化，脱氧剂采用硅铝钡和铝锰钛镁，并随钢流加入钢包内，脱氧剂加入量见表1；出钢全程底吹氩气搅拌，促进氧化物和氮化物夹杂充分上浮排除。
采用无铝脱氧剂对顶渣预脱氧，渣中FeO+MnO含量见表1。
（2）LF炉精炼：过程控制参数见表2，出LF精炼工位，氮含量满足钛氮积[%Ti]×[%N]＜2.5×10-3；； LF全精炼过程不进行钙处理，出站Ca含量不高于10ppm。
LF炉造渣采用石灰、萤石，碱度控制见表2；脱氧剂采用碳化硅或电石造还原泡沫渣，灰白渣保持时间为15min；
（3）LF炉钛合金化：对钢液进行软吹，软吹完毕后，向钢液喂入低铝低氮70Ti铁包芯线进行钛合金化，喂钛线完毕后，对钢包进行软吹2-4min；钛合金化工艺参数见表3，低铝低氮70Ti铁包芯线技术参数见表4，精炼渣成分控制见表5。
（4）全程保护浇铸：利用氩气对中间包包头和内壁进行吹扫，确保包内空气充分驱赶；钢包长水口、中间包上水口、浸入水口采用铝碳材质，并在进口端和出口端采用锆质层保护；浇铸过程，长水口和浸入水口采用氩封保护。
中间包覆盖剂采用三层结构：开浇时向中包加入低硅高镁稀渣剂，以降低钢中钛、铝易氧化元素烧损；待钢液面不漏红后，加入中性或碱性覆盖剂，以加强中间包顶渣对夹杂物吸附能力；上层加入碳化稻壳，对钢液进行保温；
二次冷却采用气雾冷却，以避免因过热度过高而引起铸坯表面回温过大，进而避免边部和内部裂纹。过程控制参数见表6，中间包覆盖剂成分见表7。
得到的成品焊丝钢成分见表8。
实施例2-4，步骤与实施例1相同，工艺参数控制如表1-8中所示。
 
表1 转炉终点及脱氨合金化控制参数（重量百分含量，下同）
表2 LF精炼过程控制参数
表3 LF炉钛合金化路线
表4 低铝低氮70Ti铁包芯线技术参数
表5 精炼渣成分控制情况
表6 连铸过程控制参数及铸坯收得率
注：液相线温度约为1512℃。
表7中包覆盖剂化学成分，%
表8成品焊丝钢成分，%
实施例1-5中，中间包上水口基本无结瘤物形成，浸入式水口内壁结瘤层厚度小于5mm，主要为钛氧化物，其对连续生产无明显影响。150方连铸工艺生产的含钛焊丝钢在不更换水口、不烧眼等情况下连浇炉数达到6炉次，铸坯收得率达到92%以上。

Claims (7)

1.一种减轻连铸水口结瘤的含钛焊丝用钢生产方法，其特征在于包括下述步骤：
（1）顶底复吹转炉熔炼：选用低硫铁水配加优质废钢进行吹炼，硫含量S≤0.030wt%，转炉终点控制目标：出钢温度1550-1600℃，C=0.04-0.06wt%，S≤0.030wt%，P≤0.010 wt%；所述优质废钢来源为焊丝钢切头和切尾；
（2）LF炉精炼：LF炉进站活度氧为20-30ppm，氮含量为15-25ppm，酸溶铝为30-40ppm；出LF精炼工位，氮含量为35-40ppm，钛氮积[%Ti]×[%N]＜2.5×10-3；
LF炉造渣采用石灰、萤石，碱度为1.8-2.2；脱氧剂采用碳化硅或电石造还原泡沫渣，灰白渣保持时间为15min；
（3）LF炉钛合金化：对钢液进行软吹，时间为10min；软吹完毕后，向钢液喂入低铝低氮70Ti铁包芯线进行钛合金化，喂线速度1.5-2.0m/s，Ti收得率为60-70%；喂钛线完毕后，对钢包进行软吹2-4min；
（4）全程保护浇铸：利用氩气对中间包包头和内壁进行吹扫，确保包内空气充分驱赶；钢包长水口、中间包上水口、浸入水口采用铝碳材质，并在进口端和出口端采用锆质层保护；浇铸过程，长水口和浸入水口采用氩封保护。
2.根据权利要求１所述的一种减轻连铸水口结瘤的含钛焊丝用钢生产方法，其特征在于所述步骤（1）中出钢采用低碳、低磷原料合金化，脱氧剂采用硅铝钡和铝锰钛镁，并随钢流加入钢包内，脱氧剂加入量为1.0-1.5Kg/吨钢；出钢全程底吹氩气搅拌，促进氧化物和氮化物夹杂充分上浮排除。
3.根据权利要求１所述的一种减轻连铸水口结瘤的含钛焊丝用钢生产方法，其特征在于所述步骤（1）中采用无铝脱氧剂对顶渣预脱氧，渣中FeO+MnO含量不高于15wt%。
4.根据权利要求１所述的一种减轻连铸水口结瘤的含钛焊丝用钢生产方法，其特征在于所述步骤（2）中LF全精炼过程不进行钙处理，出站Ca含量不高于10ppm。
5.根据权利要求１所述的一种减轻连铸水口结瘤的含钛焊丝用钢生产方法，其特征在于所述步骤（4）中中间包覆盖剂采用三层结构：开浇时向中包加入低硅高镁稀渣剂，以降低钢中钛、铝易氧化元素烧损；待钢液面不漏红后，加入中性或碱性覆盖剂，以加强中间包顶渣对夹杂物吸附能力；上层加入碳化稻壳，对钢液进行保温。
6.根据权利要求１所述的一种减轻连铸水口结瘤的含钛焊丝用钢生产方法，其特征在于所述步骤（4）中连铸拉速1.8-2.0m/min，过热度30-50℃。
7.根据权利要求１或6所述的一种减轻连铸水口结瘤的含钛焊丝用钢生产方法，其特征在于所述步骤（4）中二次冷却采用气雾弱冷，冷却强度为1.6-1.8L/Kg。
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