CN111235341A - 一种高洁净度含硫含铝钢生产方法 - Google Patents

一种高洁净度含硫含铝钢生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高洁净度含硫含铝钢生产方法，步骤为：顶底吹复吹转炉进行吹炼，出钢过程中钢水进行复合脱氧、合金化及造渣；LF精炼过程升温、渣面扩散脱氧以及钢水沉淀脱氧，不刻意脱硫，控制精炼全程钢包底吹搅拌氩气流量，精炼出站前对钢水进行钙处理并软吹；钢水转运到RH工位，根据钢水残余硫含量喂入硫线对钢水增硫值目标值，再真空处理，破空后再次进行微钙处理变性；钢水静置软吹；弧形连铸机保护浇铸。通过提高钢水原始硫含量，精炼过程不补加渣料刻意脱硫，仅采取钢水扩散和沉淀脱氧，弱底吹搅拌及钙处理促进夹杂物去除，钢水RH进站前喂硫线，保证钢水RH循环后不再有成分调整，杜绝钢水的二次污染，实现钢水的高洁净度控制。

Description

一种高洁净度含硫含铝钢生产方法
技术领域
本发明属于合金钢技术领域，涉及含硫含铝钢的生产，具体涉及一种高洁净度含硫含铝钢生产方法。
背景技术
随着我国车辆机械工业的快速发展，由于钢中的MnS夹杂作为应力集中源，割断了基体的连续性而使切削易断，以及具有润滑作用降低刀具磨损，从而改善了钢材加工时的切削性能，越来越多的工程机械用钢选择钢中加入一定量的硫。此类含硫含铝钢的洁净度同样有很高的要求，但国内大多数生产的含硫含铝用钢产品还停留在仅仅满足成分符合要求、连铸可浇性好的工艺方法研究上，钢水冶炼的质量控制水平低，尤其是钢的洁净度控制方面，无法满足产品使用的要求。
如专利CN201510358287公布的一种控制钢中硫含量的方法和专利CN201510158044公布的种含硫钢的冶炼方法，只有关于电炉/转炉-LF-（VD）工艺路线钢水保硫的生产方法，通过加入硅石等造低碱度渣系保钢水硫含量，以及LF精炼又喂硫线又喂钙线，LF出站又扒渣，很难保证钢水低氧含量和避免钢水的二次氧化，同时极易造成钢中CaS的生成连铸浇铸时堵塞水口，使得最终钢材中出现大尺寸、大颗粒氧化物夹杂以及细长条硫化物，难以保证钢水的洁净度。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高洁净度含硫含铝钢生产方法，该方法通过使用高硫含量铁水和废钢作为转炉原料，适当提高钢水初始硫含量，采用硅铁和铝饼的复合脱氧，使用石灰和预熔精炼渣；LF精炼过程不补加渣料，仅用铝粒、高纯碳化硅渣面脱氧，造中高碱度渣系，达到钢水氧含量低，夹杂物上浮易被吸附，同时使钢水的脱硫率低，钢中能保留一定量的硫元素，精炼末期通过钙处理及软吹使钢中氧化物夹杂物通过变性进一步的上浮被炉渣吸附；钢水RH进站时补喂适量硫磺线增硫，避免破空后喂丝线污染钢水和成分的不均匀，破空后根据处理情况适当喂入硅钙线进行二次变性，保证充足的软吹时间，最终达到钢水的高洁净度。钢水洁净度可控制在如下水平：钢中T.O在6～10ppm，按照GB/T10561进行夹杂物评级，A类细系≤2.5级、A类粗系≤1.5级、B类≤0.5级、C类0级、D类≤0.5级、DS类≤0.5级。本发明的方法提高了含硫齿轮钢、非调制钢、工具钢的钢材的洁净度，提高了使用性能，同时可进一步降低生产成本、减轻劳动强度和环境污染。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种高洁净度含硫含铝钢的生产方法，包括以下步骤：
1）使用高硫铁水和渣钢及含硫废钢作原料，采用顶底吹复吹转炉进行吹炼，钢水终点w([S])≥0.025%，出钢过程中钢水进行复合脱氧、合金化及加石灰和精炼渣造渣；
2）LF精炼过程不补加渣料刻意脱硫，采取渣面扩散脱氧以及钢水沉淀脱氧，控制精炼全程钢包底吹搅拌氩气流量不大于500NL/min，精炼出站前对钢水进行钙处理，并软吹5min～10min，软吹流量20 NL/min～80NL/min；
3）钢水转运到RH工位，首先根据钢水残余硫含量喂入硫线对钢水增硫值目标值，之后真空处理，真空≤100pa状态下保持15 min～35min，根据钢水铝损量通过真空料仓补加铝粒使钢水铝含量达到目标范围，破空后再次进行微钙处理变性，并静置软吹20 min～35min，软吹流量20 NL/min～80NL/min；
4）弧形连铸机保护浇铸及采用电磁搅拌。
所述含硫含铝钢中w([Al]) =0.010%～0.050%，w([S])=0.015%～0.090%，w([Si])≥0.010%。
本发明的进一步改进方案为：
进一步的，所述步骤1）中，钢水复合脱氧为：出钢0t～10t时，加入1.5kg/t～5.0kg/t普通硅铁合金初步脱氧。出钢进度60%～80%时，加入1.0kg/t～2.0kg/t铝块深脱氧，并保证精炼到站w([Al])= 0.010%～0.025%。
进一步的，所述步骤1）中，使用石灰和预熔精炼渣，石灰用量5.5kg/t～7.5kg/t，预熔精炼渣用量2.5kg/t～4.5kg/t。
进一步的，预熔精炼渣成分质量百分比为：CaO=45%～55%、SiO2=10%～15%、MgO=4%～10%、Al2O3=25%～40%。
进一步的，所述步骤2）中，渣面扩散脱氧以及钢水沉淀脱氧为，铝粒和高纯碳化硅进行渣面扩散脱氧，以及铝粒沉淀脱氧，保持精炼过程钢水w([Al])= 0.020%～0.045%，。
进一步的，使用的高纯碳化硅，根据精炼过程钢水硫含量变化，用量控制在1.0～2.5kg/t，保证精炼渣终渣w(CaO)=45%～55%，w(SiO2)=8%～13%，w(MgO)=4%～8%、w(Al2O3)=24%～33%，w(TFe+MnO) ≤0.9%，炉渣二元碱度R=4～7。
进一步的，所述步骤2）中，精炼前期升温及合金化时底吹搅拌氩气流量200 NL/min～500NL/min，精炼中后期底吹搅拌氩气流量50 NL/min～200NL/min。
进一步的，所述步骤2）中，精炼出站前对钢水进行钙处理，根据钢水残余硫含量喂入硅钙线，用量在1.7 m/t～3.0m/t，硅钙线品位为：w((Ca))>28%、 w((Si))>60%。
进一步的，所述步骤3）中，钢水到RH工位喂入硫线磺，喂入量根据钢水残余硫含量计算，喂入量0 m/t～3.5m/t。
进一步的，所述步骤3）中，破空后再次进行微钙处理变性，根据RH处理过程铝损量，硅钙线喂入量0.4m/t～1.5m/t。
本发明的有益效果在于：
第一、本发明的一种高洁净度含硫含铝钢生产方法，取消KR铁水脱硫工序，直接使用高硫含量铁水作为转炉原料，可适当提高钢水初始硫含量，降低了生产工艺成本。
第二、本发明的一种高洁净度含硫含铝钢生产方法，转炉钢水出钢时没有附加任何原辅料及工序，仅通过调整硅铁加入时机，采用硅铁和铝饼的复合脱氧，最终实现精炼渣系的微调，使钢水脱硫效率降低。同时使用石灰和预熔精炼渣一步造渣（精炼过程不补加渣料），此渣系有利于控制钢水氧含量和充分吸附夹杂物，同时降低了生产精炼渣料成本。
第三、本发明的一种高洁净度含硫含铝钢生产方法，LF精炼过程使用铝粒、高纯碳化硅渣面脱氧，对钢水进行深度脱氧，同时使精炼渣系二元碱度降低到4～7，使钢水的脱硫率低，钢中能保留一定量的硫元素，可以减少后期钢水硫线的喂入量，减轻因需大量喂入硫线带来的人工劳动强度和硫磺挥发造成的环境污染。
第四、本发明的一种高洁净度含硫含铝钢生产方法，钢水RH进站时补喂适量硫磺线增硫，避免破空后喂丝线污染钢水和成分的不均匀，破空后根据处理情况适当喂入硅钙线进行二次变性，保证充足的软吹时间，最终达到钢水的高洁净度。
第五、本发明的一种高洁净度含硫含铝钢生产方法， 钢水洁净度可控制在如下水平：钢中T.O在6～12ppm，按照GB/T10561进行夹杂物评级，A类细系≤3.0级、A类粗系≤1.5级、B类≤0.5级、C类0级、D类≤0.5级、DS类≤0.5级。含硫含铝钢的洁净度显著改善、提高。
具体实施方式
实施例1
20CrMnTi，钢中w([Al]) =0.020%～0.040%，w([S])=0.020%～0.037%，w([Si]) =0.20%～0.30%，。其具体包括以下步骤：
1）使用高硫铁水和渣钢及含硫废钢作原料，采用顶底吹复吹转炉进行吹炼，钢水终点w([S])=0.035%～0.045%，转炉出钢0t～10t时，加入2.0kg/t～3.0kg/t普通硅铁合金初步脱氧。出钢进度60%～80%时，加入1.3kg/t～1.7kg/t铝块深脱氧。出钢接近尾声时加入6.0kg/t～7.0kg/t石灰，2.5kg/t～3.0kg/t预熔精炼渣。精炼到站w([Al]) =0.015%～0.020%。
2）LF精炼过程不补加石灰、精炼渣等渣料，使用铝粒和高纯碳化硅进行渣面扩散脱氧，以及铝粒沉淀脱氧，其中高纯碳化硅用量为1.5～2.0kg/t，精炼过程钢水w([Al])=0.025%～0.040%。精炼出站前对钢水进行钙处理， 硅钙线喂入量2.0 m/t～2.5m/t，软吹5min～10min，软吹流量30 NL/min～60NL/min。
精炼前期升温及合金化时底吹搅拌氩气流量250NL/min～300NL/min，精炼中后期底吹搅拌氩气流量50NL/min～100NL/min。精炼渣终渣w(CaO)=47%～50%，w(SiO2)=8%～10%，w(MgO)=5%～7%、w(Al2O3)= 25%～28%，w(TFe+MnO) =0.6%～0.8%，炉渣二元碱度R=5～6。
3）钢水转运到RH工位，喂入硫磺线0.2m/t～0.9m/t，之后真空处理，真空≤100pa状态下保持15 min～25min，破空后再次进行微钙处理变性，硅钙线喂入量0.4m/t～0.8m/t，并静置软吹25 min～30min；
4）弧形连铸机保护浇铸及采用电磁搅拌。
通过步骤1）～步骤4）所得的20CrMnTi钢中，钢材T.O在8 ppm～12ppm，按照GB/T10561进行夹杂物评级，A类细系≤2.5级、A类粗系≤1.0级、B类≤0.5级、C类0级、D类≤0.5级、DS类≤0.5级。
实施例2
F45MnVS，钢中w([Al]) =0.010%～0.040%，w([S])=0.035%～0.075%，w([Si]) =0.30%～0.60%，。其具体包括以下步骤：
1）使用高硫铁水和渣钢及含硫废钢作原料，采用顶底吹复吹转炉进行吹炼，钢水终点w([S])=0.035%～0.050%，转炉出钢0t～10t时，加入3.5kg/t～5.0kg/t普通硅铁合金初步脱氧。出钢进度60%～80%时，加入0.9kg/t～1.5kg/t铝块深脱氧。出钢接近尾声时加入6.0kg/t～7.0kg/t石灰，2.8kg/t～3.5kg/t预熔精炼渣。精炼到站w([Al]) =0.010%～0.020%。
2）LF精炼过程不补加石灰、精炼渣等渣料，使用铝粒和高纯碳化硅进行渣面扩散脱氧，以及铝粒沉淀脱氧，其中高纯碳化硅用量为1.5～2.5kg/t，精炼过程钢水w([Al])=0.020%～0.035%。精炼出站前对钢水进行钙处理， 硅钙线喂入量1.6 m/t～2.3m/t，软吹5min～8min，软吹流量20 NL/min～50NL/min。
精炼前期升温及合金化时底吹搅拌氩气流量200NL/min～250NL/min，精炼中后期底吹搅拌氩气流量50NL/min～80NL/min。精炼渣终渣w(CaO)=49%～55%，w(SiO2)=10%～13%，w(MgO)=7%～9%、w(Al2O3)= 24%～26%，w(TFe+MnO) =0.5%～0.9%，炉渣二元碱度R=4～6。
3）钢水转运到RH工位，喂入硫磺线1.6m/t～2.0m/t，之后真空处理，真空≤100pa状态下保持15 min～25min，破空后再次进行微钙处理变性，硅钙线喂入量0.5m/t～0.8m/t，并静置软吹20 min～30min；
4）弧形连铸机保护浇铸及采用电磁搅拌。
通过步骤1）～步骤4）所得的F45MnVS钢中，钢材T.O在5 ppm～9ppm，按照GB/T10561进行夹杂物评级，A类细系≤3.0级、A类粗系≤1.5级、B类≤0.5级、C类0级、D类≤0.5级、DS类≤0.5级。
实施例3
42CrMo-S，钢中w([Al]) =0.020%～0.045%，w([S])=0.015%～0.030%，w([Si]) =0.17%～0.37%，。其具体包括以下步骤：
1）使用高硫铁水和渣钢及含硫废钢作原料，采用顶底吹复吹转炉进行吹炼，钢水终点w([S])=0.030%～0.045%，转炉出钢0t～10t时，加入2.5kg/t～3.5kg/t普通硅铁合金初步脱氧。出钢进度60%～80%时，加入1.1kg/t～1.6kg/t铝块深脱氧。出钢接近尾声时加入6.0kg/t～7.0kg/t石灰，3.0kg/t～4.0kg/t预熔精炼渣。精炼到站w([Al]) =0.020%～0.030%。
2）LF精炼过程不补加石灰、精炼渣等渣料，使用铝粒和高纯碳化硅进行渣面扩散脱氧，以及铝粒沉淀脱氧，其中高纯碳化硅用量为1.5～2.5kg/t，精炼过程钢水w([Al])=0.030%～0.045%。精炼出站前对钢水进行钙处理， 硅钙线喂入量2.0 m/t～2.7m/t，软吹5min～10min，软吹流量30 NL/min～70NL/min。
精炼前期升温及合金化时底吹搅拌氩气流量200NL/min～300NL/min，精炼中后期底吹搅拌氩气流量50NL/min～80NL/min。精炼渣终渣w(CaO)=46%～52%，w(SiO2)=8%～11%，w(MgO)=5%～7%、w(Al2O3)= 26%～33%，w(TFe+MnO) =0.5%～0.8%，炉渣二元碱度R=4～7。
3）钢水转运到RH工位，喂入硫磺线0m/t～0.8m/t，之后真空处理，真空≤100pa状态下保持20 min～30min，真空处理时从真空料仓补加0kg～20kg铝粒，破空后再次进行微钙处理变性，硅钙线喂入量0.6m/t～1.3m/t，并静置软吹25 min～35min；
4）弧形连铸机保护浇铸及采用电磁搅拌。
通过步骤1）～步骤4）所得的42CrMo-S钢中，钢材T.O在5 ppm～8ppm，按照GB/T10561进行夹杂物评级，A类细系≤2.0级、A类粗系≤1.0级、B类≤0.5级、C类0级、D类≤0.5级、DS类≤0.5级。

Claims (10)

1.一种高洁净度含硫含铝钢的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）使用高硫铁水和渣钢及含硫废钢作原料，采用顶底吹复吹转炉进行吹炼，钢水终点w([S])≥0.025%，出钢过程中钢水进行复合脱氧、合金化及加石灰和精炼渣造渣；
2）LF精炼过程不补加渣料刻意脱硫，采取渣面扩散脱氧以及钢水沉淀脱氧，控制精炼全程钢包底吹搅拌氩气流量不大于500NL/min，精炼出站前对钢水进行钙处理，并软吹5min～10min，软吹流量20 NL/min～80NL/min；
3）钢水转运到RH工位，首先根据钢水残余硫含量喂入硫线对钢水增硫值目标值，之后真空处理，真空≤100pa状态下保持15 min～35min，根据钢水铝损量通过真空料仓补加铝粒使钢水铝含量达到目标范围，破空后再次进行微钙处理变性，并静置软吹20 min～35min，软吹流量20 NL/min～80NL/min；
4）弧形连铸机保护浇铸及采用电磁搅拌；
所述含硫含铝钢中w([Al]) =0.010%～0.050%，w([S])=0.015%～0.090%，w([Si]) ≥0.010%。
2. 根据权利要求1所述的一种高洁净度含硫含铝钢的生产方法，其特征在于：所述步骤1）中，钢水复合脱氧为：出钢0t～10t时，加入1.5kg/t～5.0kg/t普通硅铁合金初步脱氧；出钢进度60%～80%时，加入1.0kg/t～2.0kg/t铝块深脱氧，并保证精炼到站w([Al])=0.010%～0.025%。
3.根据权利要求1所述的一种高洁净度含硫含铝钢的生产方法，其特征在于：所述步骤1）中，使用石灰和预熔精炼渣，石灰用量5.5kg/t～7.5kg/t，预熔精炼渣用量2.5kg/t～4.5kg/t。
4.根据权利要求3所述的一种高洁净度含硫含铝钢的生产方法，其特征在于：预熔精炼渣成分质量百分比为：CaO=45%～55%、SiO2=10%～15%、MgO=4%～10%、Al2O3=25%～40%。
5. 根据权利要求1所述的一种高洁净度含硫含铝钢的生产方法，其特征在于：所述步骤2）中，渣面扩散脱氧以及钢水沉淀脱氧为，铝粒和高纯碳化硅进行渣面扩散脱氧，以及铝粒沉淀脱氧，保持精炼过程钢水w([Al])= 0.020%～0.045%，。
6. 根据权利要求1所述的一种高洁净度含硫含铝钢的生产方法，其特征在于：使用的高纯碳化硅，根据精炼过程钢水硫含量变化，用量控制在1.0～2.5kg/t，保证精炼渣终渣w(CaO)=45%～55%，w(SiO2)=8%～13%，w(MgO)=4%～8%、w(Al2O3)= 24%～33%，w(TFe+MnO) ≤0.9%，炉渣二元碱度R=4～7。
7. 根据权利要求1所述的一种高洁净度含硫含铝钢的生产方法，其特征在于：所述步骤2）中，精炼前期升温及合金化时底吹搅拌氩气流量200 NL/min～500NL/min，精炼中后期底吹搅拌氩气流量50 NL/min～200NL/min。
8. 根据权利要求1所述的一种高洁净度含硫含铝钢的生产方法，其特征在于：所述步骤2）中，精炼出站前对钢水进行钙处理，根据钢水残余硫含量喂入硅钙线，用量在1.7 m/t～3.0m/t，硅钙线品位为：w((Ca))>28%、 w((Si))>60%。
9. 根据权利要求1所述的一种高洁净度含硫含铝钢的生产方法，其特征在于：所述步骤3）中，钢水到RH工位喂入硫线磺，喂入量根据钢水残余硫含量计算，喂入量0 m/t～3.5m/t。
10.根据权利要求1所述的一种高洁净度含硫含铝钢的生产方法，其特征在于：所述步骤3）中，破空后再次进行微钙处理变性，根据RH处理过程铝损量，硅钙线喂入量0.4m/t～1.5m/t。
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