CN111318659A - 解决小方坯连铸生产高硫易切削齿轮钢水口堵塞的方法 - Google Patents

解决小方坯连铸生产高硫易切削齿轮钢水口堵塞的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种解决小方坯连铸生产高硫易切削齿轮钢水口堵塞的方法，包括连铸浇次首炉钢种选定、连浇炉次为高硫易切削钢的LF精炼、RH精炼和连铸工序；所述连铸浇次首炉钢种选择低硫齿轮钢；所述LF精炼后期进行钙处理操作，钙线加入量为0.35～0.50㎏/t钢，钢水Ca含量控制在0.0020～0.0040wt%，钙处理前钢水成分硫含量≤0.010wt%，否则钙处理后延。本发明大幅提升了小方坯连铸机生产高硫易切削齿轮钢的全流拉钢率，实现与其它钢种同等的开浇成功率，开浇成功率由原来的55%提高到95%以上，高硫易切削齿轮钢平均连拉炉数由原来的4炉提高到10炉以上，从而实现小方坯连铸机顺利生产高硫易切削齿轮钢。

Description

解决小方坯连铸生产高硫易切削齿轮钢水口堵塞的方法
技术领域
本发明涉及小方坯连铸机生产技术领域，尤其涉及一种解决小方坯连铸生产高硫易切削齿轮钢水口堵塞的方法。
背景技术
为改善中低碳齿轮钢的易切削性能，在炼钢生产中需添加一部分S；含S易切削钢连铸可浇性差，主要表现在：(1)夹杂物吸附在中间包水口上，造成水口堵塞；(2)水口结瘤造成结晶器液面波动，引起结晶器液面卷渣，影响钢水质量，甚至出现非金属低倍夹杂超标。为改善含S易切削钢连铸可浇性，要求冶炼过程中充分去除钢中的氧化铝和CaS夹杂，提高精炼钢水的纯净度。
现有技术中，含S易切削钢钢种的成分控制一般为：S:0.015-0.030wt％,Al:0.015-0.05wt％。生产工艺路线为：转炉—LF—RH—小方坯连铸,在LF炉进行造白渣处理，在RH破空之后进行钙处理、硫化处理、软吹、上连铸进行浇注；RH钙处理过程中形成的CaS也容易造成连铸水口堵塞。
经分析，钙处理后水口堵塞的原因主要有两个方面：
(1)钙处理不充分。在炼钢温度下只有CaO·3Al2O3、12CaO·7Al2O3为液态，而CaO·6Al2O3及CaO·2Al2O3熔点都高于1700℃，这些钙铝酸盐夹杂容易导致水口堵塞，需要在在炼钢过程中尽量去除；
(2)钙加入量过多，形成高熔点的CaS(熔点为2450℃)同样会恶化钢水的浇注性能。不同温度下钢中S、Al含量对形成CaS的影响见附图1：随着钢中铝含量的增加，氧的活度降低，有利于硫化物的形成；随着钢中硫含量的增加，有利于形成高熔点色CaS；钢水温度低，氧的活度降低，也有利于硫化物的形成。
根据相关文献的研究成果，当Als含量为0.030wt％以下时，使Al2O3变性为液态所需钙的范围为0.0005-0.0057wt％。此时，对含硫钢水直接进行钙处理，不但起不到预期的效果，反而会造成连铸水口堵塞。不同温度下钢水中[Ca]和[S]反应生成CaS的热力学平衡见附图2。
现有技术表明，再硫化工艺会对硫化物复合夹杂产生较大影响，直接影响铝镇静钢钙处理的效果。本发明基于上述理论，对含硫易切削钢种再硫化及钙处理进行了优化。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种解决小方坯连铸生产高硫易切削齿轮钢水口堵塞的方法，可有效避免小方坯连铸机在生产高硫易切削齿轮钢时浸入式水口堵塞的情况，大幅提升连拉炉数，减少生产事故，保证正常生产。
为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：
解决小方坯连铸生产高硫易切削齿轮钢水口堵塞的方法，包括连铸浇次首炉钢种选定、连浇炉次为高硫易切削齿轮钢的LF精炼、RH精炼和连铸工序；所述连铸浇次首炉钢种选择低硫齿轮钢；所述连浇炉次高硫易切削齿轮钢，LF精炼后期进行钙处理操作，钙线加入量为0.35～0.50㎏/t钢，钢水Ca含量控制在0.0020～0.0040wt％，钙处理前钢水成分硫含量≤0.010wt％，否则钙处理后延。
进一步地，本发明所述LF精炼中前期加入铝制品，钢水铝含量控制在0.03～0.06wt％；钢水钙处理后在LF精炼出站前，钢水软吹处理，软吹时间控制在5～15min。
进一步地，本发明所述RH精炼工序，真空度≤100Pa，真空保持时间≥15min，钢水破空后，钢水喂硫线，喂硫线后钢水软吹10～20min。
进一步地，本发明所述低硫齿轮钢是指S含量≤0.010wt％。，LF精炼后期是指钢水出站前10～20min。
进一步地，本发明所述LF精炼中前期是指钢水总精炼时间的2/3之内。
进一步地，本发明LF精炼使用的钙线为实芯純钙线，RH使用硫线为硫包芯线，铝制品为铝线或铝豆。
进一步地，本发明所述连铸工序，中包水口为浸入式水口，可以不使用开孔吹氩塞棒；LF精炼后期和RH工序禁止向钢水加入铝制品。
本发明所述高硫易切削齿轮钢的化学成分及质量百分含量为：C:0.18-0.22wt％；Si:0.18-0.30wt％；Mn:0.86-1.00wt％；S:0.015-0.030wt％；Cr:1.06-1.18wt％；Al:0.015-0.035wt％；Ti:0.04-0.08wt％；P≤0.030wt％；其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明设计原理：
(1)浇次首炉采用低硫齿轮钢起步，避免了小方坯连铸开浇水口堵塞的几率。由于连铸开浇首炉钢水二次氧化大于连浇炉次，产生的Al2O3夹杂较多，如果首炉生产高硫易切削齿轮钢，Al2O3夹杂与CaS夹杂复合作用，往往造成钢水流动性差，极易造成连铸浸入水口堵塞，导致浇注中断，存在开浇成功率低、开流不全，容易造成连铸机事故停浇、钢水回炉或落地的情况。
(2)本发明在LF后期进行钙处理操作，使得钢水中Al2O3夹杂生成12CaO·7Al2O3，有利于夹杂物上浮，提高了钢水纯净度。
(3)本发明补铝操作在LF精炼中期前完成，可保证钢水洁净度、钙处理效果和钢水流动性；若LF精炼后期、RH工序向钢水补铝，产生的Al2O3夹杂上浮时间短，会造成钢水洁净度差，影响钙处理效果，增加钢水流动性变差的几率。
(4)本发明钙处理操作在LF精炼后期完成，高硫易切削齿轮钢增硫在RH精炼后期进行，避免了CaS夹杂物的生成。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
1、本发明大幅提升了小方坯连铸机生产高硫易切削齿轮钢的全流拉钢率，实现与其他钢种同等的开浇成功率，开浇成功率由原来的55％提高到95％以上，高硫易切削齿轮钢平均连拉炉数由原来的4炉提高到10炉以上，从而实现小方坯连铸机顺利生产高硫易切削齿轮钢。2、该方法适用于含硫量在0.015-0.030wt％齿轮钢的生产。3、本发明方法简单、操作性强、效果显著，解决了长期困扰小方坯连铸机生产高硫易切削齿轮钢浸入式水口容易堵塞，造成连铸机事故停浇、钢水回炉或落地等技术问题，可以实现连铸生产高硫易切削齿轮钢的顺利开浇，全流生产，减少浸入式水口结瘤，保证了炼钢厂的正常生产，降低了生产成本，提高了企业的效益，在本行业中有极好的推广应用价值。
附图说明
图1为钢中铝、硫含量对CaS生成的影响示意图；
图2为不同温度下钢水中[Ca]和[S]反应生成CaS的热力学平衡图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
高硫易切削齿轮钢的生产工艺流程为：转炉→LF精炼炉→RH真空炉→小方坯连铸机。设备工艺参数为：转炉为120吨顶底复吹转炉，装入量148吨，钢水量136吨；LF精炼炉为电极旋转式双工位，RH真空精炼炉为双工位；小方坯连铸机为8机8流的200mm方坯连铸机，
实施例1：
连铸第一炉生产钢种20CrMnTi(低硫钢)，炉次号9B07162。
1.钢种20CrMnTi化学成分要求如下：其余为铁和不可避免的杂质。
Figure BDA0002396172910000041
2.LF精炼工序操作
钢水进站测温1530℃，送电升温造渣，精炼过程中分批次加入白灰及调整碳化硅加入量，成白渣后，配加合金成分，在精炼时间累计35min时进行了最后一次补铝操作，喂入铝线120m，在精炼时间累计55min时，向钢水喂入純钙线0.4kg/t。喂线后钢水开始软吹，15min后出站。钢水出站温度1695℃，该炉钢水累计精炼时间75min，出站成分如下：
Figure BDA0002396172910000042
4.RH操作工序：
钢水进站测温1685℃，进行负压操作，6min后真空度达到100Pa,加入钛铁130Kg，在钢水温度达到1630℃时，破空，高真空时间27分钟，喂入硅钙线180m,软吹时间12分钟，钢水出站上连铸。出站成分如下：
Figure BDA0002396172910000043
Figure BDA0002396172910000051
5.连铸浇注操作：
钢水坐到大包回转台后，烘烤好的中包车就位，浸入式水口对中；从中包两侧将通有氩气的钢管从包盖烘烤孔中插入，通气3.5min，同时其他准备工作就位后，大包开浇，在中包液面高度达到250mm时，中包钢水重量为14.2吨，此时开始向中包投入覆盖剂，2min40s加完，中包液面全覆盖。
在中包液面高度达到350mm时，中包钢水重量为19.8吨，此时达到开浇重量，组织中包工开浇，由于该台连铸机为8机8流连铸机，开流从中间向两边依次开流，每个流都在9秒之内起步，达到首炉最低拉速0.9m/min用时81秒。
起步开浇成功后，撤出插入中间包的氩气钢管。
本炉实现了全流开浇，浇注过程结晶器液面平稳，中间包塞棒趋势平稳，中包钢水成分如下表所示，达到标准要求。
Figure BDA0002396172910000052
实施例2：连浇第二炉，生产钢种20CrMnTiS2，炉号9B07163
1、钢种20CrMnTiS2化学成分要求如下，其余为铁和不可避免的杂质。
Figure BDA0002396172910000053
2、LF精炼工序
钢水进站测温1535℃，送电升温造渣，精炼过程中分批次加入白灰及调整碳化硅加入量，成白渣后，配加合金成分，在精炼时间累计33min时进行了最后一次补铝操作，喂入铝线150m，在精炼时间累计55min时进行钙处理操作，純钙线喂入量0.35kg/t，钙处理后钢水软吹10min后出站。钢水出站温度1633℃，该炉钢水累计精炼时间67min，出站成分如下：
Figure BDA0002396172910000061
3、RH操作工序
钢水进站测温1630℃，进行负压操作，5min后真空度达到65Pa,加入钛铁140Kg，并加入25kg增碳剂、50kg硅铁，在钢水温度达到1580℃时，破空。高真空时间15min，破空后喂入硫线200m，软吹时间10分钟，钢水出站上连铸。
出站成分如下：
Figure BDA0002396172910000062
4、连铸浇注操作：
在前一炉浇注完毕后，转包开浇，做好大包长水口及中间包覆盖剂密封操作，做到全程保护及无氧操作。
本炉浇注过程结晶器液面平稳，中间包塞棒趋势平稳，中包钢水成分如下表所示，达到标准要求。
将混浇坯划归第一炉，确保第二炉含硫易切削钢硫含量合格。
Figure BDA0002396172910000063
实施例3：连浇第三炉，钢种20CrMnTiS2，炉号9B07164
1.钢种20CrMnTiS2化学成分要求如下，其余为铁和不可避免的杂质。
Figure BDA0002396172910000064
Figure BDA0002396172910000071
2.LF精炼工序：
钢水进站测温1530℃，送电升温造渣，精炼过程中分批次加入白灰及调整碳化硅加入量，成白渣后，配加合金成分，在精炼时间累计30min时进行了最后一次补铝操作，喂入铝线110m，在精炼时间累计40min时进行钙处理操作，純钙线喂入量0.5kg/t，钙处理后钢水软吹15min后出站。钢水出站温度1627℃，该炉钢水累计精炼时间60min，出站成分如下：
Figure BDA0002396172910000072
4.RH操作工序：
钢水进站测温1625℃，进行负压操作，5min后真空度达到63Pa,加入钛铁140Kg，并加入20kg增碳剂、70kg铬铁，在钢水温度达到1576℃时，破空。高真空时间27min，破空后喂入硫线180m，软吹时间20min，钢水出站上连铸。出站成分如下：
Figure BDA0002396172910000073
5.连铸浇注操作：
在前一炉浇注完毕后，转包开浇，做好大包长水口及中间包覆盖剂密封操作，做到全程保护及无氧操作。
本炉浇注过程结晶器液面平稳，中间包塞棒趋势平稳，中包钢水成分如下表所示，达到标准要求。
Figure BDA0002396172910000074
实施例4：连浇第四炉，钢种20CrMnTiS2，炉号9B07165
1.钢种20CrMnTiS2化学成分要求如下，其余为铁和不可避免的杂质。
Figure BDA0002396172910000075
Figure BDA0002396172910000081
2.LF精炼工序：
钢水进站测温1525℃，送电升温造渣，精炼过程中分批次加入白灰及调整碳化硅加入量，成白渣后，配加合金成分，在精炼时间累计37min时进行了最后一次补铝操作，喂入铝线100m，在精炼时间累计50min时进行钙处理操作，純钙线喂入量0.38kg/t，钙处理后钢水软吹5min后出站。钢水出站温度1640℃，该炉钢水累计精炼时间58min，出站成分如下：
Figure BDA0002396172910000082
4.RH操作工序：
钢水进站测温1625℃，进行负压操作，4min后真空度达到100Pa,加入钛铁135Kg、硅铁50kg，在钢水温度达到1580℃时，破空。高真空时间25分钟，破空后喂入硫线180m，软吹时间15分钟，钢水出站上连铸。出站成分如下：
Figure BDA0002396172910000083
5.连铸浇注操作：
在前一炉浇注完毕后，转包开浇，做好大包长水口及中间包覆盖剂密封操作，做到全程保护及无氧操作。
本炉浇注过程结晶器液面平稳，中间包塞棒趋势平稳，中包钢水成分如下表所示，达到标准要求。
Figure BDA0002396172910000084
Figure BDA0002396172910000091
实施例5：连浇第五炉，钢种20CrMnTiS3，炉号9B07166
1.钢种20CrMnTiS3化学成分要求如下，其余为铁和不可避免的杂质。
Figure BDA0002396172910000092
2.LF精炼工序：
钢水进站测温1528℃，送电升温造渣，精炼过程中分批次加入白灰及调整碳化硅加入量，成白渣后，配加合金成分，在精炼时间累计36min时进行了最后一次补铝操作，喂入铝线102m，在精炼时间累计50min时进行钙处理操作，純钙线喂入量0.38kg/t，钙处理后钢水软吹5min后出站。钢水出站温度1640℃，该炉钢水累计精炼时间60min，出站成分如下：
Figure BDA0002396172910000093
4.RH操作工序：
钢水进站测温1626℃，进行负压操作，4min后真空度达到100Pa,加入钛铁132Kg、硅铁51kg，在钢水温度达到1580℃时，破空。高真空时间25分钟，破空后喂入硫线180m，软吹时间15分钟，钢水出站上连铸。出站成分如下：
Figure BDA0002396172910000094
5.连铸浇注操作：
在前一炉浇注完毕后，转包开浇，做好大包长水口及中间包覆盖剂密封操作，做到全程保护及无氧操作。
本炉浇注过程结晶器液面平稳，中间包塞棒趋势平稳，中包钢水成分如下表所示，达到标准要求。
Figure BDA0002396172910000101
实施例6：连浇第六炉，钢种20CrMnTiS3，炉号9B07167
1.钢种20CrMnTiS2化学成分要求如下，其余为铁和不可避免的杂质。
Figure BDA0002396172910000102
2.LF精炼工序：
钢水进站测温1533℃，送电升温造渣，精炼过程中分批次加入白灰及调整碳化硅加入量，成白渣后，配加合金成分，在精炼时间累计37min时进行了最后一次补铝操作，喂入铝线106m，在精炼时间累计52min时进行钙处理操作，純钙线喂入量0.37kg/t，钙处理后钢水软吹7min后出站。钢水出站温度1638℃，该炉钢水累计精炼时间59min，出站成分如下：
Figure BDA0002396172910000103
4.RH操作工序：
钢水进站测温1629℃，进行负压操作，4min后真空度达到65Pa,加入钛铁135Kg、硅铁53kg，在钢水温度达到1578℃时，破空。高真空时间25分钟，破空后喂入硫线185m，软吹时间16分钟，钢水出站上连铸。出站成分如下：
Figure BDA0002396172910000104
5.连铸浇注操作：
在前一炉浇注完毕后，转包开浇，做好大包长水口及中间包覆盖剂密封操作，做到全程保护及无氧操作。
本炉浇注过程结晶器液面平稳，中间包塞棒趋势平稳，中包钢水成分如下表所示，达到标准要求。
Figure BDA0002396172910000111
本浇次连续浇注11炉钢，浇注过程结晶器液面波动正常，未出现异常波动。

Claims (9)

1.解决小方坯连铸生产高硫易切削齿轮钢水口堵塞的方法，其特征在于：包括连铸浇次首炉钢种选定、连浇炉次为高硫易切削齿轮钢的LF精炼、RH精炼和连铸工序；所述连铸浇次首炉钢种选择低硫齿轮钢；所述LF精炼后期进行钙处理操作，钙线加入量为0.35～0.50㎏/t钢，钢水Ca含量控制在0.0020～0.0040wt%，钙处理前钢水成分硫含量≤0.010wt%，否则钙处理后延。
2.如权利要求1所述的解决小方坯连铸生产高硫易切削齿轮钢水口堵塞的方法，其特征在于：所述LF精炼中前期加入铝制品，钢水铝含量控制在0.03～0.06wt%；钢水钙处理后在LF精炼出站前，钢水软吹处理，软吹时间控制在5～15min。
3.如权利要求1所述的解决小方坯连铸生产高硫易切削齿轮钢水口堵塞的方法，其特征在于：所述RH精炼工序，真空度≤100Pa，真空保持时间≥15min，钢水破空后，钢水喂硫线，喂硫线后钢水软吹10～20min。
4.如权利要求1所述的解决小方坯连铸生产高硫易切削齿轮钢水口堵塞的方法，其特征在于：所述低硫齿轮钢是指S含量≤0.010wt%，LF精炼后期是指钢水出站前10～20min。
5.如权利要求2所述的解决小方坯连铸生产高硫易切削齿轮钢水口堵塞的方法，其特征在于：所述LF精炼中前期是指2/3总精炼时间之内。
6.如权利要求1或2所述的解决小方坯连铸生产高硫易切削齿轮钢水口堵塞的方法，其特征在于：所述LF精炼使用的钙线为实芯純钙线，LF中前期加入的铝制品为铝线或铝豆。
7.如权利要求1或3所述的解决小方坯连铸生产高硫易切削齿轮钢水口堵塞的方法，其特征在于：所述RH使用硫线为硫包芯线。
8.如权利要求2所述的解决小方坯连铸生产高硫易切削齿轮钢水口堵塞的方法，其特征在于：所述连铸工序，中包水口为浸入式水口，可以不使用开孔吹氩塞棒；LF精炼后期和RH工序禁止钢水加入铝制品。
9.如权利要求1所述的解决小方坯连铸生产高硫易切削齿轮钢水口堵塞的方法，其特征在于：所述高硫易切削齿轮钢化学成分及质量百分含量为：C:0.18-0.22wt%;Si:0.18-0.30wt%;Mn:0.86-1.00wt%;S:0.015-0.030wt%;Cr:1.06-1.18wt%;Al:0.015-0.035wt%;Ti:0.04-0.08wt%;P≤0.030wt%;其余为Fe和不可避免的杂质。
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