CN110541114A - 一种高氮高硫低铝钢的冶炼方法 - Google Patents

一种高氮高硫低铝钢的冶炼方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高氮高硫低铝钢的冶炼方法，其化学组分及其质量百分比为：C 0.69‑0.73%，Si 0.15‑0.25%，Mn 0.55‑0.60%，P≤0.045%，S 0.060‑0.070%，Cr 0.10‑0.15%，Ni 0.04‑0.08%，V 0.030‑0.040%，Al≤0.010%，其余为Fe和不可避免的杂质；成品钢材中N 0.0120‑0.0160%，O≤0.0030%；冶炼流程为：转炉冶炼→LF精炼炉→连铸；本发明的冶炼方法简单有效，易操作、且可精准控制精炼时间、精炼成分，提高钢水质量，保证生产节奏。

Description

一种高氮高硫低铝钢的冶炼方法
技术领域
本发明涉及易切削钢制造技术领域，具体是一种高氮高硫低铝钢的冶炼方法。
背景技术
目前，高氮高硫低铝钢主要用作生产汽车发动机连杆。国内很多厂家在生产高氮高硫低铝钢时，LF精炼炉采用高碱度渣料，这种高碱度渣系对钢中的S含量影响较大，尤其是S的收得率会受到较大影响，不容易稳定S窄范围控制。也有一些厂家为减少S波动，全程采用低碱度精炼渣，为了保证脱氧效果，使用大量的Al脱氧，降低了钢水可浇性，为了防止钢水在浇注过程中出现结瘤问题，需对钢水进行钙处理，导致钢中夹杂物类型及数量增加，由于碱度控制不合适导致用铝量增加的同时也影响了钢水质量。
中国发明专利申请号为200910063354.X，公开了一种含氮、硫非调质钢的生产方法，在精炼炉中精炼渣采用碱度为1.5-3.0的中碱度的精炼渣，精炼渣的百分含量为CaO40-50%，SiO2 15-20%，Al2O3 20-25%，MgO 5-10%，其它为不可避免的氧化物杂质。该发明提供的工艺路线简单，钢中增氮容易，节约合金；S成分易于控制，S的收得率高。但在精炼过程全部采用低碱度精炼渣，不利于钢水脱氧，且通过底吹氮气控制N，导致N的收得率不稳定，风险大。
另有一项中国发明专利申请号为200910062748.3，公开了低碳高硫易切削钢的生产工艺方法，采用精炼炉造低碱度渣，精炼渣的组成和重量比例为CaO 40-50%，SiO2 15-30%，Al2O3 20-35%，MgO 5-15%；精炼后期钢中除S以外的化学成分进入要求范围后，向精炼炉内喂S线，并保持钢包底吹氩的强度，S的回收率为75-85%；钢中各元素的化学成分达到所需要求，温度达到1580-1600℃后，向精炼炉中喂Ca线或Ca-Si线，软吹时间8-15min，方可起坑调包上连铸平台。该发明由于精炼渣采用低碱度，S成分易于控制，S的收得率高。但是增加了钙处理工艺，需向精炼炉中喂Ca线或Ca-Si线，增加了成本，且不利于夹杂物控制。
除此之外，《现 代 冶 金》中有一篇“C70S6BY非调质钢中硫的窄成分控制技术”论文，阐述了C70S6BY非调质钢转炉运用高碳和顶渣技术进行渣洗脱硫的方法，LF通过调整渣系以及后续控制软吹时间的工艺措施，准确实现了C70S6BY钢中硫的窄成分控制。但由于采用转炉炉后造预熔精炼渣，精炼炉前期碱度偏高，降低了渣子流动性，渣量大、操作繁琐、精炼周期长，且需进行RH真空处理及钙处理，不利于N的控制，且明显增加了成本。
鉴于目前在冶炼高氮高硫低铝钢存在的上述不足，研发一种高氮高硫低铝钢的冶炼新方法是本技术领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的就是提供一种高氮高硫低铝钢的冶炼方法，该方法通过前后期转换精炼炉渣系由高碱度渣到低碱度渣，精准控制钢中S含量，N含量、降低Al含量，提高了钢水可浇性，省去钙处理工艺，大幅度降低了钢中夹杂物。该方法简单有效，易操作、且可精准控制精炼时间、精炼成分，提高钢水质量，保证生产节奏。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
本发明的一种高氮高硫低铝钢的冶炼方法，其化学组分及其质量百分比为：C 0.69-0.73%，Si 0.15-0.25%，Mn 0.55-0.60%，P≤0.045%，S 0.060-0.070%，Cr 0.10-0.15%，Ni0.04-0.08%，V 0.030-0.040%，Al≤0.010%，其余为Fe和不可避免的杂质；成品钢材中N0.0120-0.0160%，O≤0.0030%；其冶炼流程为：转炉冶炼出钢→LF精炼炉→连铸。
优选地，本发明的高氮高硫低铝钢的化学组分及其质量百分比为：C 0.71%，Si0.18%，Mn 0.58%，P 0.029%，S 0.063%，Cr 0.12%，Ni 0.054%，V 0.036%，Al 0.005%，其余为Fe和不可避免的杂质；成品钢材中N 0.0139%，O 0.0015%。
本发明的一种高氮高硫低铝钢的冶炼方法，冶炼流程具体为：
（1）转炉冶炼
①采用铁水和废钢为原料在转炉中进行冶炼，所述铁水的质量分数为80-85%，废钢的质量分数为15-20%，冶炼时控制铁水温度≥1250℃，P≤0.140%；冶炼终点时控制C：0.30-0.50%，P≤0.035%，出钢温度：T=1570-1600℃，采用滑板挡渣；
②出钢过程中向钢水中加入铝锭，每吨钢水铝锭的加入量为0.8-1.0Kg，再向钢水中添加硅铁、硅锰和铬铁调节钢水中Si的含量为0.15-0.25%、Mn含量为0.55-0.60%和Cr的含量为0.10-0.15%；
（2）LF精炼炉
①精炼炉前期造渣采用碱度为2.5-3.0，精炼渣的组成和质量百分比为CaO 40-50%，SiO2 15-20%，Al2O3 10-15%，MgO 7-15%，其它为不可避免的氧化物杂质；
②精炼过程中向钢水中加入铝线和铝粒脱氧，铝线的加入量为0.8-1.0m/t，铝粒的加入量为0.4-0.5kg/t，铝粒均匀地撒在渣面上，白渣保持时间≥15min；
③脱氧后，调整精炼渣系，将碱度降至1.2-1.8，精炼渣的组成和重量百分比为CaO 35-45%，SiO2 25-30%，Al2O3 7-12%，MgO 5-13%，其它为不可避免的氧化物杂质；
④向钢水中加入钒氮合金0.45Kg/t，氮化硅铁0.5Kg/t，将N含量控制为0.0120-0.0160%；
⑤根据钢水中S含量，加入硫化亚铁将S调至0.062-0.070%，控制精炼周期为55-60min，再加入覆盖剂，吊包至连铸；
（3）连铸
采用电磁搅拌和弱冷制度的连铸工艺，电磁搅拌电流为400-450A，频率为3-4Hz；结晶器冷却水量为1850-2000L/min，二冷水比水量为0.35-0.38L/Kg，拉坯速度为1.0-1.2m/min，连铸坯矫直温度为930-980℃，铸坯切割后入坑缓冷48h，避开高温脆化区域，消除应力。
本发明通过改变精炼炉渣系，前期造高碱度渣（2.5-3.0），加入一定长度的Al线进入钢液内部脱氧，同时在渣面中加入少量铝粒，提高扩散脱氧效率，实现深度脱氧，使钢液得到较大的净化；之后转换渣系，造低碱度渣（1.2-1.8），再分别加入含氮、含硫的合金，进行钢水成分的调控，这样就能精准的控制钢中S含量和N含量，保证了钢水成分的窄范围精准控制，同时稳定了精炼周期。不需要进行钙处理、也无需底吹N气等其他操作。
本发明与现有技术相比，具有以下几个优点：
（1）本发明的冶炼工艺流程简单，可操作性强，易于控制。
（2）本发明在保证钢水脱氧效果的前提下，有效控制精炼周期，保证生产节奏稳定。
（3）本发明通过改变精炼渣碱度，可以精准控制钢中S、N含量，不需要钙处理，降低生产成本，提高钢水质量。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，便于更清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
实施例1
本实施例的一种高氮高硫低铝钢的冶炼方法，包括以下步骤：
（1）采用铁水和废钢为原料在转炉中进行冶炼，所述铁水的质量分数为80%，废钢的质量分数为20%，冶炼时铁水的温度为1320℃，P：0.105%，冶炼终点时C：0.36%，P：0.025%，出钢温度：T=1579℃，采用滑板挡渣；
（2）出钢过程中向钢水中加入铝锭，每吨钢水铝锭的加入量为0.8kg，再向钢水中添加硅铁、硅锰、铬铁和镍板调节钢水中Si的含量为0.18%、Mn含量为0.58%、Cr的含量为0.12%和Ni的含量为0.054%；
（3）精炼炉前期造渣采用碱度为2.78，精炼渣的组成和质量百分比为CaO 48.22%，SiO217.31%，Al2O3 11.33%，MgO 11.62%，其它为不可避免的氧化物杂质；
（4）精炼过程中向钢水中加入铝线和铝粒进行脱氧，铝线的加入量为1.0m/t，铝粒的加入量为0.4kg/t，铝粒均匀地撒在渣面上，白渣保持时间16min；
（5）脱氧后，调整精炼渣系，将碱度降至1.25，精炼渣的组成和重量百分比为CaO36.53%，SiO2 29.36%，Al2O3 10.25%，MgO 9.36%，其它为不可避免的氧化物杂质；
（6）向钢水中加入钒氮合金0.45Kg/t，氮化硅铁0.5Kg/t，调节钢水中氮和钒的含量；
（7）根据钢水中S含量，加入硫化亚铁将S调至0.068%，控制精炼周期为56min，再加入覆盖剂，吊包至连铸；
（8）采用电磁搅拌和弱冷制度的连铸工艺，电磁搅拌电流为450A，频率为3Hz；结晶器冷却水量为1920L/min，二冷水比水量为0.36L/Kg，拉坯速度为1.2m/min，连铸坯矫直温度为970℃，铸坯切割后入坑缓冷48h，避开高温脆化区域，消除应力。
采用本实施例的方法冶炼的高氮高硫低铝钢，熔炼成分为C：0.71%，Si：0.18%，Mn：0.58%，P：0.029%，S：0.063%，Cr：0.12%，Ni：0.054%，V：0.036%，Al：0.005%，成品N：0.0139%，O：0.0015%。
实施例2
本实施例的一种高氮高硫低铝钢的冶炼方法，包括以下步骤：
（1）采用质量分数为82%铁水和质量分数为18%废钢为原料在转炉中进行冶炼，冶炼时铁水的温度为1332℃，P：0.112%，冶炼终点时C：0.42%，P：0.028%，出钢温度：T=1582℃，采用滑板挡渣；
（2）出钢过程中向钢水中加入铝锭，每吨钢水铝锭的加入量为0.9kg，再向钢水中添加硅铁、硅锰、铬铁和镍板调节钢水中Si的含量为0.18%、Mn含量为0.57%、Cr的含量为0.13%和Ni的含量为0.060%；
（3）精炼炉前期造渣采用碱度为2.52，精炼渣的组成和质量百分比为CaO 46.23%，SiO218.36%，Al2O3 12.53%，MgO 12.69%，其它为不可避免的氧化物杂质；
（4）精炼过程中向钢水中加入铝线和铝粒进行脱氧，铝线的加入量为0.8m/t，铝粒的加入量为0.5kg/t，铝粒均匀地撒在渣面上，白渣保持时间17min；
（5）脱氧后，调整精炼渣系，将碱度降至1.31，精炼渣的组成和重量百分比为CaO37.69%，SiO2 28.63%，Al2O3 11.52%，MgO 9.96%，其它为不可避免的氧化物杂质；
（6）向钢水中加入钒氮合金0.45Kg/t，氮化硅铁0.5Kg/t，调节钢水中氮和钒的含量；
（7）根据钢水中S含量，加入硫化亚铁将S调至0.066%，控制精炼周期为58min，再加入覆盖剂，吊包至连铸；
（8）采用电磁搅拌和弱冷制度的连铸工艺，电磁搅拌电流为450A，频率为3Hz；结晶器冷却水量为1900L/min，二冷水比水量为0.35L/Kg，拉坯速度为1.1m/min，连铸坯矫直温度为950℃，铸坯切割后入坑缓冷48h，避开高温脆化区域，消除应力。
采用本实施例的方法冶炼的高氮高硫低铝钢，熔炼成分为C：0.70%，Si：0.18%，Mn：0.57%，P：0.032%，S：0.064%，Cr：0.13%，Ni：0.060%，V：0.035%，Al：0.006%，成品N：0.0156%，O：0.0016%。
实施例3
本实施例的一种高氮高硫低铝钢的冶炼方法，包括以下步骤：
（1）采用质量分数为82%铁水和质量分数为18%废钢为原料在转炉中进行冶炼，冶炼时铁水的温度为1326℃，P：0.108%，冶炼终点时C：0.69%，P：0.024%，出钢温度：T=1576℃，采用滑板挡渣；
（2）出钢过程中向钢水中加入铝锭，每吨钢水铝锭的加入量为0.8kg，再向钢水中添加硅铁、硅锰、铬铁和镍板调节钢水中Si的含量为0.20%、Mn含量为0.57%、Cr的含量为0.13%和Ni的含量为0.059%；
（3）精炼炉前期造渣采用碱度为2.81，精炼渣的组成和质量百分比为CaO 49.45%，SiO217.58%，Al2O3 11.26%，MgO 11.54%，其它为不可避免的氧化物杂质；
（4）精炼过程中向钢水中加入铝线和铝粒进行脱氧，铝线的加入量为1.0m/t，铝粒的加入量为0.5kg/t，铝粒均匀地撒在渣面上，白渣保持时间17min；
（5）脱氧后，调整精炼渣系，将碱度降至1.21，精炼渣的组成和重量百分比为CaO35.79%，SiO2 29.63%，Al2O3 10.64%，MgO 10.23%，其它为不可避免的氧化物杂质；
（6）向钢水中加入钒氮合金0.45Kg/t，氮化硅铁0.5Kg/t，调节钢水中氮和钒的含量；
（7）根据钢水中S含量，加入硫化亚铁将S调至0.065%，控制精炼周期为58min，再加入覆盖剂，吊包至连铸；
（8）采用电磁搅拌和弱冷制度的连铸工艺，电磁搅拌电流为450A，频率为3Hz；结晶器冷却水量为1920L/min，二冷水比水量为0.35L/Kg，拉坯速度为1.2m/min，连铸坯矫直温度为976℃，铸坯切割后入坑缓冷48h，避开高温脆化区域，消除应力。
采用本实施例的方法冶炼的高氮高硫低铝钢，熔炼成分为C：0.69%，Si：0.20%，Mn：0.57%，P：0.024%，S：0.063%，Cr：0.13%，Ni：0.059%，V：0.035%，Al：0.005%，成品N：0.0148%，O：0.0018%。
实施例4
本实施例的一种高氮高硫低铝钢的冶炼方法，包括以下步骤：
（1）采用质量分数为81%铁水和质量分数为19%废钢为原料在转炉中进行冶炼，冶炼时铁水的温度为1327℃，P：0.124%，冶炼终点时C：0.71%，P：0.035%，出钢温度：T=1595℃，采用滑板挡渣；
（2）出钢过程中向钢水中加入铝锭，每吨钢水铝锭的加入量为0.8kg，再向钢水中添加硅铁、硅锰、铬铁和镍板调节钢水中Si的含量为0.21%、Mn含量为0.58%、Cr的含量为0.12%和Ni的含量为0.056%；
（3）精炼炉前期造渣采用碱度为2.63，精炼渣的组成和质量百分比为CaO 45.63%，SiO217.36%，Al2O3 10.52%，MgO 12.03%，其它为不可避免的氧化物杂质；
（4）精炼过程中向钢水中加入铝线和铝粒进行脱氧，铝线的加入量为0.8m/t，铝粒的加入量为0.5kg/t，铝粒均匀地撒在渣面上，白渣保持时间17min；
（5）脱氧后，调整精炼渣系，将碱度降至1.35，精炼渣的组成和重量百分比为CaO41.25%，SiO2 30.62%，Al2O3 9.64%，MgO 10.23%，其它为不可避免的氧化物杂质；
（6）向钢水中加入钒氮合金0.45Kg/t，氮化硅铁0.5Kg/t，调节钢水中氮和钒的含量；
（7）根据钢水中S含量，加入硫化亚铁将S调至0.067%，控制精炼周期为57min，再加入覆盖剂，吊包至连铸；
（8）采用电磁搅拌和弱冷制度的连铸工艺，电磁搅拌电流为450A，频率为3Hz；结晶器冷却水量为1950L/min，二冷水比水量为0.37L/Kg，拉坯速度为1.15m/min，连铸坯矫直温度为962℃，铸坯切割后入坑缓冷48h，避开高温脆化区域，消除应力。
采用本实施例的方法冶炼的高氮高硫低铝钢，熔炼成分为C：0.71%，Si：0.21%，Mn：0.58%，P：0.035%，S：0.065%，Cr：0.12%，Ni：0.056%，V：0.034%，Al：0.004%，成品N：0.0132%，O：0.0016%。
实施例5
本实施例的一种高氮高硫低铝钢的冶炼方法，包括以下步骤：
（1）采用质量分数为81%铁水和质量分数为19%废钢为原料在转炉中进行冶炼，冶炼时铁水的温度为1320℃，P：0.123%，冶炼终点时C：0.48%，P：0.015%，出钢温度：T=1576℃，采用滑板挡渣；
（2）出钢过程中向钢水中加入铝锭，每吨钢水铝锭的加入量为0.8kg，再向钢水中添加硅铁、硅锰、铬铁和镍板调节钢水中Si的含量为0.19%、Mn含量为0.57%、Cr的含量为0.13%和Ni的含量为0.056%；
（3）精炼炉前期造渣采用碱度为2.96，精炼渣的组成和质量百分比为CaO 48.36%，SiO216.36%，Al2O3 11.42%，MgO 9.63%，其它为不可避免的氧化物杂质；
（4）精炼过程中向钢水中加入铝线和铝粒进行脱氧，铝线的加入量为0.8m/t，铝粒的加入量为0.5kg/t，铝粒均匀地撒在渣面上，白渣保持时间18min；
（5）脱氧后，调整精炼渣系，将碱度降至1.53，精炼渣的组成和重量百分比为CaO43.25%，SiO2 28.35%，Al2O3 8.52%，MgO 8.69%，其它为不可避免的氧化物杂质；
（6）向钢水中加入钒氮合金0.45Kg/t，氮化硅铁0.5Kg/t，调节钢水中氮和钒的含量；
（7）根据钢水中S含量，加入硫化亚铁将S调至0.069%，控制精炼周期为57min，再加入覆盖剂，吊包至连铸；
（8）采用电磁搅拌和弱冷制度的连铸工艺，电磁搅拌电流为450A，频率为3Hz；结晶器冷却水量为1950L/min，二冷水比水量为0.36L/Kg，拉坯速度为1.20m/min，连铸坯矫直温度为974℃，铸坯切割后入坑缓冷48h，避开高温脆化区域，消除应力。
采用本实施例的方法冶炼的高氮高硫低铝钢，熔炼成分为C：0.72%，Si：0.19%，Mn：0.57%，P：0.019%，S：0.068%，Cr：0.13%，Ni：0.056%，V：0.036%，Al：0.004%，成品N：0.0146%，O：0.0018%。
将实施例1-5与转炉常规的高氮高硫低铝钢连铸坯生产模式结果进行对比，见下表1。
表1
从上表1可以看出，采用本发明实施例1-5的冶炼方法与常规冶炼方法所生产的高氮高硫低铝钢相比，S、N稳定性好，O、Al含量低，精炼周期稳定，可操作性强。
采用本发明生产的高氮高硫低铝钢工艺简单，钢的质量与采用“钙处理+真空处理”相近，但成本低60元/t以上，优势明显。

Claims (3)

1.一种高氮高硫低铝钢的冶炼方法，其特征在于其化学组分及其质量百分比为：C0.69-0.73%，Si 0.15-0.25%，Mn 0.55-0.60%，P≤0.045%，S 0.060-0.070%，Cr 0.10-0.15%，Ni 0.04-0.08%，V 0.030-0.040%，Al≤0.010%，其余为Fe和不可避免的杂质；成品钢材中N 0.0120-0.0160%，O≤0.0030%；其冶炼流程为：转炉冶炼→LF精炼炉→连铸。
2. 根据权利要求1所述的一种高氮高硫低铝钢的冶炼方法，其特征在于其化学组分及其质量百分比为：C 0.71%，Si 0.18%，Mn 0.58%，P 0.029%，S 0.063%，Cr 0.12%，Ni0.054%，V 0.036%，Al 0.005%，其余为Fe和不可避免的杂质；成品钢材中N 0.0139%，O0.0015%。
3. 根据权利要求1或2所述的一种高氮高硫低铝钢的冶炼方法，其特征在于所述高氮高硫低铝钢的冶炼流程具体为：
（1）转炉冶炼
①采用铁水和废钢为原料在转炉中进行冶炼，所述铁水的质量分数为80-85%，废钢的质量分数为15-20%，冶炼时控制铁水温度≥1250℃，P≤0.140%；冶炼终点时控制C：0.30-0.50%，P≤0.035%，出钢温度：T=1570-1600℃，采用滑板挡渣；
②出钢过程中向钢水中加入铝锭，每吨钢水铝锭的加入量为0.8-1.0Kg，再向钢水中添加硅铁、硅锰和铬铁调节钢水中Si的含量为0.15-0.25%、Mn含量为0.55-0.60%和Cr的含量为0.10-0.15%；
（2）LF精炼炉
①精炼炉前期造渣采用碱度为2.5-3.0，精炼渣的组成和质量百分比为CaO 40-50%，SiO2 15-20%，Al2O3 10-15%，MgO 7-15%，其它为不可避免的氧化物杂质；
②精炼过程中向钢水中加入铝线和铝粒脱氧，铝线的加入量为0.8-1.0m/t，铝粒的加入量为0.4-0.5kg/t，铝粒均匀地撒在渣面上，白渣保持时间≥15min；
③脱氧后，调整精炼渣系，将碱度降至1.2-1.8，精炼渣的组成和重量百分比为CaO 35-45%，SiO2 25-30%，Al2O3 7-12%，MgO 5-13%，其它为不可避免的氧化物杂质；
④向钢水中加入钒氮合金0.45Kg/t，氮化硅铁0.5Kg/t，将N含量控制为0.0120-0.0160%；
⑤根据钢水中S含量，加入硫化亚铁将S调至0.062-0.070%，控制精炼周期为55-60min，再加入覆盖剂，吊包至连铸；
（3）连铸
采用电磁搅拌和弱冷制度的连铸工艺，电磁搅拌电流为400-450A，频率为3-4Hz；结晶器冷却水量为1850-2000L/min，二冷水比水量为0.35-0.38L/Kg，拉坯速度为1.0-1.2m/min，连铸坯矫直温度为930-980℃，铸坯切割后入坑缓冷48h，避开高温脆化区域，消除应力。
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