CN113897532B - 一种高硫低锰钒钛铁水制备q235b铸坯的方法 - Google Patents

一种高硫低锰钒钛铁水制备q235b铸坯的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高硫低锰钒钛铁水制备Q235B铸坯的方法，它包括铁水脱硫预处理、转炉炼钢和连铸浇注三个步骤，其中控制脱硫后的铁水中硫含量S＜0.020％，控制转炉终点钢水成分的重量百分比：C:0.05～0.12％，P≤0.030％，S≤0.025％，采用低过热度浇注，中间包的过热度按照15～25℃控制，结晶器为铜管结晶器，浇注拉速按≤2.5m/min控制，一冷水量按140‑150m3/h控制，二冷水量按28‑40m3/h控制。本发明解决了现有高硫低锰钒钛铁水制备Q235B铸坯存在的表面鼓肚、表面锈蚀点、中心贯穿裂纹等质量缺陷的问题。

Description

一种高硫低锰钒钛铁水制备Q235B铸坯的方法
技术领域
本发明涉及一种铸坯的生产方法，具体涉及一种高硫低锰钒钛铁水制备Q235B铸坯的方法，属于钢铁冶炼铸造技术领域。
背景技术
Q235B是常见钢材之一，具有一定的伸长率、强度、良好的韧性和铸造性，易于冲压和焊接，广泛用于一般机械零件的制造，主要用于建筑、桥梁工程上质量要求较高的焊接结构件。Q235B钢材是专门用途的碳素结构钢，例如桥梁钢、船用钢、桥梁隧道支撑及各种民用用途等,需做常温(20℃)冲击韧性试验，冲击韧性试验采用夏比V形缺口试件。对B、C、D级钢在其各自不同温度要求下，都要求达到Akv≥27J。行业基本上使用普矿或废钢，通过转炉/电炉+LF炉+CC生产，且控制成分一般参照国家标准GB/T 700-2006控制，Mn、Si含量均较高，脱氧良好、生产稳定。
但是在申请人实际生产过程中，多以钒钛磁铁矿作为原料用于高炉冶炼，得到的高炉铁水硫含量高，锰含量偏低，并且无LF炉精炼程序，而且由于客户对轧制产品的种类、规格及用途的不同，客户会对钢材的成分提出具体要求，致使锰硅比(Mn/Si)与锰硫比(Mn/S)偏低，对钢液脱氧、夹杂物种类控制影响大，加之转炉生产节奏、成分和吊包温度波动大，高温钢包、中包液位波动大，拉速波动大，且Q235B钢种的碳含量控制为0.14～0.19％，处于包晶区范围内，坯壳凝固时发生包晶反应导致体积收缩较大，凝固收缩对铸坯中心疏松和中心裂纹的产生控制难度较大，因此生产出的铸坯多存在表面鼓肚、表面锈蚀点、中心贯穿裂纹等质量缺陷，对生产Q235B优质铸坯形成了一定压力。
发明内容
有鉴于此，针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种高硫低锰钒钛铁水制备Q235B铸坯的方法，以解决现有高硫低锰钒钛铁水制备Q235B铸坯存在的表面鼓肚、表面锈蚀点、中心贯穿裂纹等质量缺陷的问题。
为解决以上技术问题，本发明的技术方案提供了一种高硫低锰钒钛铁水制备Q235B铸坯的方法，它包括下述步骤：
(1)铁水脱硫预处理：控制脱硫后的铁水中硫含量S＜0.020％；
(2)转炉吹炼炼钢：转炉采用双渣操作模式吹炼炼钢；控制转炉终点钢水成分的重量百分比：C:0.05～0.12％，P≤0.030％，S≤0.025％，钢水出钢温度控制为1630～1680℃，转炉终点压枪时间≥90秒，出钢时间≥150秒，红包出钢，钢包温度≥700℃，脱氧剂选择硅铝钡铁合金，加入量为2.0～4.5kg/t钢水；
(3)连铸浇注：采用低过热度浇注，中间包的过热度按照15～25℃控制，结晶器铜管的通钢量不超5000t，浇注拉速按≤2.5m/min控制，一冷水量按140-150m3/h控制，二冷水量按28-40m3/h控制；采用热坯压力轻压下技术；结晶器保护渣采用Q235B专用保护渣，该保护渣的优点为在较高拉速下能快速形成足够的均匀的液渣，起到成功润滑和传热作用，有利于高拉速下的脱模和出结晶器的安全坯壳厚度的生成。
优选的是，上述步骤(1)铁水脱硫预处理采用KR搅拌脱硫法处理。
进一步的，上述步骤(1)中控制脱硫后的铁水中硫含量S＜0.015％。
进一步的，上述步骤(2)中双渣操作模式为转炉在送氧开吹的同时，加入第一批渣料，开吹3-5分钟后，加入第二批渣料，所述第一批渣料为上一轮炼钢转炉炉渣的2/3，所述第二批渣料为上一轮炼钢转炉炉渣的1/3。
上述步骤(2)中钢水出钢温度的控制具体为：开包第一、二炉按1650～1680℃控制，连浇炉次按1630～1650℃控制。
进一步的，上述步骤(3)中吊包温度控制为：
大包第一炉：1595～1620℃；大包第二炉：1580～1595℃；大包最后一炉：1575～1590℃；连浇炉次：1570～1585℃。
中间包的水口直径设置为19.0mm。
中间包的液面高度≥500mm。
硅、锰含量既影响钢的机械性能，又影响钢水的可浇性。锰硅比偏低，对钢液脱氧、夹杂物种类控制影响大，如果钢水中的夹杂物控制得不好，在连铸过程中极易因为瞬时通钢量不同而出现结晶器内钢液面波动过大的问题。本发明在转炉炼钢过程中通过转炉终点钢水成分的控制以及脱氧剂种类和加入量的选择，提升了钢液质量，提高了钢中锰硅比，确保了钢水流动性良好，出钢脱氧良好，钢中残余的夹杂物控制得当。
本发明采用硅铝钡铁作脱氧剂，能够满足钢液氧含量的要求，并且改变了夹杂物的形态，提高了钢材塑性，减少了中间包水口结瘤，提高了钢材的合格率；使用硅铝钡铁脱氧，可降低钢材成本，经济效益明显。
硫是一种有害元素，它在钢中以FeS和MnS的形态存在。当钢水凝固时，FeS和Fe形成低熔点的共晶体，如果钢液中有氧，则硫的氧化物共晶会使其熔点更低。在连铸钢水冷却过程中，这种共晶体最后凝固、并呈网状薄膜在晶界处析出。这时由于坯壳外部的收缩力、钢水凝固过程的热应力以及坯壳受到的钢水静压力等作用，极易使晶界处出现裂纹缺陷，称为铸坯的“热裂”。由于锰和硫的亲和力较大，高熔点MnS的生成可取代FeS。这种取代是随着钢中Mn/S值的增大而增加。因此，为减少裂纹，保证铸坯质量，尽量消除FeS共晶体的影响，通常规定钢中锰硫比应大于15—20以上。本发明通过铁水预处理脱硫技术降低了钢中的硫含量，从而提高了钢中锰硫比，降低了中心裂纹的生成倾向。
本发明通过降低浇注速度，可使钢中S以FeS形式存在的比例减少，相应提高钢中S以MnS形式存在的比例，从而减少呈网状晶界裂纹源的FeS的产生，降低中心裂纹的生成倾向。
中心偏析严重影响铸坯的内部质量，降低中心偏析的可行方法是在铸坯快要完全凝固时，对铸坯进行轻微的压下，即“轻压下”。轻压下技术的作用是通过在连铸坯液芯末端对铸坯施加一定的压力使其厚度减小，不仅补偿凝固收缩、消除中心疏松，还能阻碍负压引起的浓化钢水流动，消除中心偏析。本发明采用热坯压力轻压下技术，可减少因拉矫压下产生的外应力导致的中心裂纹生成。
本发明连铸采用结晶器铜管，通过控制铜管的通钢量，降低一次冷却水量，配合Q235B专用结晶保护渣，提高结晶器化渣效果，连铸过程中保护渣铺展性好、熔化均匀、无渣圈，提高了铸坯出结晶器的坯壳厚度，减少鼓肚铸坯。
本发明通过降低浇注速度，增大了出结晶器的坯壳厚度，通过降低一次冷却水量和二次冷却水量，采用弱的二次冷却工艺，降低了中心疏松、缩孔和中心裂纹生成倾向。
本发明采用低过热度浇注技术，降低过热度可以大大降低钢水液穴的深度，从而减轻铸件中心偏析，提高铸件的质量。
综上所述，在无LF炉精炼的条件下，使用高硫低锰钒钛铁水通过本发明方法制备得到的Q235B铸坯，表面无鼓肚、锈蚀，无中心贯穿性裂纹，质量良好，避免了后续轧材的成品缺陷，满足了客户的需求，迎合了市场的需要。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
下述实施例所涉及到的总的工艺流程为：
生铁冶炼，脱硫、提钒→转炉炼钢→连铸浇注
一、铁水制备
以65wt％的钒钛磁铁矿烧结矿和35wt％的钒钛磁铁矿球团矿为含铁原料，将所述含铁原料、焦粉等炉料在中型高炉(450立方米)中进行装料，在喷吹无烟煤的条件下进行高炉炼铁，得到铁水和炉渣。
铁水的化学成分(％)如下表所示：
C S Mn Si P
3.566 0.179 0.161 0.134 0.140
二、铁水脱硫预处理
采用KR搅拌脱硫方法(脱硫剂：氧化钙)对上述铁水进行脱硫预处理。脱硫后的铁水通过现有的提钒工艺得到提钒后的铁水(半钢)。
实施例1：设计脱硫后铁水中S含量＜0.025％，实际测量值为S＝0.023％。
实施例2：设计脱硫后铁水中S含量＜0.020％，更优的是S＜0.015％，实际测量值为S＝0.017％。
三、转炉炼钢
采用氧气顶吹转炉(150t)炼钢，具体操作过程为：
(1)上炉出钢、倒渣，检查炉衬和倾动设备等并进行必要的修补和修理；
(2)倾炉，加废钢、兑铁水(半钢)，摇正炉体；
(3)降枪开吹，同时加入第一批渣料，加入量相当于全炉总渣量的2/3；
(4)3～5min后加入第二批渣料继续吹炼；
(5)倒炉，测温、取样，并确定补吹时间或出钢；
(6)出钢，同时将脱氧剂加入钢包中进行脱氧合金化。
吹炼过程中的供氧强度为：2.8～3.6m3/(t·min)；开吹时氧枪枪位采用高枪位，吹炼末期进行压枪。
实施例1：
1.1废钢加入选择渣钢、大块铁、包口铁及外购的特殊废钢(如：石油管)，废钢与半钢的加入比例为8.5︰100。
1.2转炉终点钢水成分控制：C:0.03～0.10％，P≤0.035％，S≤0.030％。
1.3生产Q235BB转炉终点压枪时间≥80秒。
1.4出钢温度：开包第一、二炉按1680～1700℃控制，连浇炉次按1650～1670℃控制。
1.5出钢过程做好严格挡渣标出钢工艺，出钢时间≥130秒。
1.6红包出钢，钢包温度≥700℃，底吹无堵塞。冶炼Q235BB炉座不使用新、旧钢包，连铸提前一个班落实钢包周转及到龄下线。
1.7钒钛铁水冶炼生产Q235BB转炉采用单渣/双渣操作工艺。
1.8脱氧剂加入量参考下表(与第二次一样)：
Figure BDA0003301948680000061
备注：合金称量时先称量2kg/t放入合金受料斗，剩余部分在合金之前加入钢包内实施钢水预脱氧。
1.9转炉保碳出钢，确保钢坯成分稳定。成品硅含量按下限控制。连浇炉次对Mn/Si及Mn/S无要求；
实施例2：
2.1不允许配加外购的特殊废钢(如：石油管)，废钢加入选择渣钢、大块铁、包口铁。废钢与半钢的加入比例为6︰100。
2.2转炉终点钢水成分控制：C:0.05～0.12％，P≤0.030％，S≤0.025％，转炉严禁深吹。
2.3生产Q235BB转炉终点压枪时间≥90秒。
2.4出钢温度：开包第一、二炉按1650～1680℃控制，连浇炉次按1630～1650℃控制。
2.5出钢过程做好严格挡渣标出钢工艺，出钢时间≥150秒。
2.6红包出钢，钢包温度≥700℃，底吹无堵塞。冶炼Q235BB炉座不使用新、旧钢包，连铸提前一个班落实钢包周转及到龄下线。
2.7钒钛铁水冶炼生产Q235BB转炉采用双渣操作工艺。
2.8脱氧剂加入量参考下表：
Figure BDA0003301948680000071
备注：合金称量时先称量2kg/t放入合金受料斗，剩余部分在合金之前加入钢包内实施钢水预脱氧。
2.9转炉保碳出钢，确保钢坯成分稳定。上下炉次成品C之差控制≤0.02％；成品硅含量按下限控制。连浇炉次Mn/Si≥2.8，Mn/S≥20；中包一、二炉和最后一炉尽量保证Mn/Si≥3.0；Mn含量目标值按0.42～0.50％控制。
四、钢水化学成分控制要求和控制结果
将上述步骤三转炉炼钢炼出得到的钢水进行成分检测，结果见下表所示。
Q235B化学成分(％)控制要求和控制结果
C Si Mn P S
GB/T 700-2006标准控制要求 ≤0.20 ≤0.35 ≤1.4 ≤0.045 ≤0.045
客户控制要求 0.14-0.19 0.13-0.21 0.33-0.45 ≤0.045 ≤0.045
实施例1 0.157 0.158 0.36 0.021 0.0233
实施例2 0.163 0.168 0.441 0.023 0.019
实施例1中：Mn/Si＝2.28，Mn/S＝15.45
实施例2中：Mn/Si＝2.63，Mn/S＝23.21
从上表中可以看出，实施例2钢水的锰硅比和锰硫比相较实施例1有明显提高。
五、连铸浇注铸坯
将上述步骤三转炉炼钢炼出得到的钢水，用钢包运至回转台，回转台转动到浇注位置后，将钢水注入中间包，中间包再由水口将钢水分配到各个结晶器中去。结晶器是连铸机的核心设备之一，它使铸件成形并迅速凝固结晶。拉矫机与结晶振动装置共同作用，将结晶器内的铸件拉出，经冷却、电磁搅拌后，切割成一定长度的铸坯。
实施例1：
浇注拉速按2.8～3.0m/min控制；
一冷水量按155～160m3/h控制，二冷水量按57-60m3/h控制；
大包温度按1566～1610℃控制，中间包温度按1521～1566℃控制。
实施例1得到的铸坯质量：存在一定的鼓肚坯(占比10％左右)，大量有锈蚀点铸坯(占比45％左右)和有中心贯穿裂纹的铸坯(占比22％左右)。实施例1制备得到的铸坯质量堪忧。
实施例2：
2.1吊包温度控制
大包第一炉：1595～1620℃；大包第二炉：1580～1595℃；
连浇炉次：1570～1585℃；
大包最后一炉：1575～1590℃。
2.2中包温度采取低过热度拉钢，过热度按15～25℃控制。
2.3生产Q235B中间包全部使用寿命16小时的中间包。
2.4生产Q235B前检查喷嘴堵塞情况、竖管对中情况，若喷嘴堵塞、竖管不对中，必须处理后，才允许生产。
2.5连铸采用新结晶器铜管，铜管通钢量不得超过5000t。
2.6连铸浇注采用Q235B专用保护渣。Q235B专用保护渣(生产厂家：河南省西保冶材集团有限公司)的产品理化性能指标如下表所示：
Figure BDA0003301948680000091
2.7连铸中间包水口直径φ18.5mm，浇注拉速按≤2.5m/min控制。
2.8中间包第一炉：钢水液面≥400mm时才加入中间包覆盖剂，加入部位为中间包的两边，禁止加到大包钢水注流位置。
2.9禁止低液面拉钢，要求生产组织上协调好脱硫、提钒、半钢冶炼生产节奏，确保连铸中间包液面≥500mm的节奏不受影响，液面低于200mm，交接炉次前20t钢坯改判码场地。
2.10降低连铸冷却水强度：一冷水量按140～150m3/h控制；二冷水量按28～40m3/h控制。
实施例2得到的铸坯质量：表面平滑，无鼓肚、锈蚀点和中心贯穿裂纹，质量良好。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明；尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种高硫低锰钒钛铁水制备Q235B铸坯的方法，其特征在于：包括下述步骤：
（1）铁水脱硫预处理：控制脱硫后的铁水中硫含量S＜0.020%；
（2）转炉吹炼炼钢：控制转炉终点钢水成分的重量百分比：C:0.05～0.12%，P≤0.030%，S≤0.025%；
钢水出钢温度控制为1630～1680℃，具体为：开包第一、二炉按1650〜1680℃控制，连浇炉次按1630〜1650℃控制；
转炉终点压枪时间≥90秒，出钢时间≥150秒，红包出钢，钢包温度≥700℃，脱氧剂选择硅铝钡铁合金，加入量为2.0～4.5kg/t钢水；
转炉采用双渣操作模式吹炼炼钢，所述双渣操作模式为转炉在送氧开吹的同时，加入第一批渣料，开吹3-5分钟后，加入第二批渣料，所述第一批渣料为上一轮炼钢转炉炉渣的2/3，所述第二批渣料为上一轮炼钢转炉炉渣的1/3；
（3）连铸浇注：采用低过热度浇注，中间包的过热度按照15～25℃控制，结晶器为铜管结晶器，铜管的通钢量不超5000t，浇注拉速按≤2.5m/min控制，一冷水量按140-150m3/h控制，二冷水量按28-40m3/h控制，吊包温度控制为：大包第一炉：1595～1620℃；大包第二炉：1580～1595℃；大包最后一炉：1575～1590℃；连浇炉次：1570～1585℃。
2.根据权利要求1所述的一种高硫低锰钒钛铁水制备Q235B铸坯的方法，其特征在于：所述步骤（1）铁水脱硫预处理采用KR搅拌脱硫法处理。
3.根据权利要求1所述的一种高硫低锰钒钛铁水制备Q235B铸坯的方法，其特征在于：所述步骤（1）中控制脱硫后的铁水中硫含量S＜0.015%。
4.根据权利要求1所述的一种高硫低锰钒钛铁水制备Q235B铸坯的方法，其特征在于：所述步骤（2）中转炉保碳出钢，控制上下炉次成品C含量之差≤0.02%。
5.根据权利要求1所述的一种高硫低锰钒钛铁水制备Q235B铸坯的方法，其特征在于：所述步骤（3）中中间包的水口直径设置为19.0mm。
6.根据权利要求1所述的一种高硫低锰钒钛铁水制备Q235B铸坯的方法，其特征在于：所述步骤（3）中中间包的液面高度≥500mm。
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