CN115522124B - 改善中碳含S含Al钢连铸可浇性及硫化物形态的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于钢铁冶炼技术领域，具体公开一种改善中碳含S含Al钢连铸可浇性及硫化物形态的方法。通过炼钢过程全程控低Al，同时控制浇注前钢液中含有15‑25ppm的溶解氧含量，结晶器内喂铝丝的方式增铝，不但有效改善了钢液可浇性，结晶器内生成的大量细小氧化物夹杂进一步提高了硫化物的异相形核率，硫化物的形态及分布进一步改善。
Description
技术领域
本发明属于钢铁冶炼技术领域，涉及一种改善中碳含S含Al钢连铸可浇性及硫化物形态的方法。
背景技术
连铸过程中，钢液的可浇性对产品质量以及生产效率有着重要的影响，可浇性差不但会导致断浇停浇、影响生产节奏，塞棒或水口絮流物的掉落则会导致钢中产生大颗粒夹杂，影响所加工产品的使用性能。含铝钢一直以来存在可浇性的难题，目前生产过程主要通过钙处理将固态夹杂物液态化的方式改善钢液的连铸可浇性，且过程控制及相关技术均较成熟。但是对于含硫含铝钢而言，夹杂物的液态化窗口非常窄，通过钙处理的方式浇注稳定性差，需寻求其他方法，如专利CN 109735684 A“一种提高含硫非调质钢可浇性和横向冲击韧性的方法”，通过钢液进行镁钙处理，形成CaO-MgO-Al2O3复合夹杂物，获得相较钙铝酸盐更大的液相区，提高可浇性控制，但实际生产中由于Ca、Mg尤其是Mg元素具有活泼性高、易气化等特点，收得率波动大，导致实际夹杂物的成分波动也大，对实际操作要求比较高。含硫含铝钢除了可浇性难题外，硫化物的控制是另一个需要重点解决的问题，由于钢产品中的硫化物以MnS为主，良好的变形性能使得其在轧制过程中变得细长，不但影响切削性能的改善，同时沿纵向的细长硫化物的存在降低了产品的横向力学性能。目前，含硫含铝钢硫化物形态的控制多采用硫化物改质或氧化物冶金的方式控制，如专利CN 110129689 A“一种采用碲调控硫化物夹杂形态的非调质钢及其制造方法”涉及到硫化物的碲改质工艺，通过形成变形性能较差的Mn(S,Te)或MnTe的形式改善硫化物的形态，但该方法会额外增加较高的生产成本。专利CN 107760824 A“非调质钢或齿轮钢中硫化物夹杂改质的冶炼方法”、CN107312907 A“一种控制中低硫低氧钢中硫化锰形态的方法”等专利中的涉及一种氧化物冶金改善硫化物形态工艺，通过向钢中加入镁钙元素，在钢液中形成细小的固态氧化物核心以提高硫化物的异相形核率，从而减小硫化物的尺寸，同时氧化物核心可进一步阻止硫化物在轧制过程中的变形，综合起到了改善硫化物形态及分布的作用。但是，氧化物冶金的手段与可浇性的改善存在矛盾，随着钢中固态夹杂物的增多，钢液的可浇性性能也随之变差。因此，需要开发新的工艺解决含硫含铝钢可浇性及硫化物形态的问题。
发明内容
本发明结合中碳含硫含铝钢的成分特征，利用结晶器喂线工艺以及硫化物的异相形核原理设计了一套合理可行的改善钢液可浇性及硫化物形态的方法，具体为一种改善中碳含S含Al钢连铸可浇性及硫化物形态的方法。
本发明通过以下技术方案来实现：
本发明的改善中碳含S含Al钢连铸可浇性及硫化物形态的方法，包括下列步骤：钢液经转炉或电炉初炼-LF精炼-连铸；
初炼终点温度≥1600℃，终点碳含量C≥0.06%；初炼结束后出钢采用 SiC预脱氧（加入量一般为0.8kg/t），之后加入合金、造渣剂。
LF精炼过程使用SiC脱氧，炉渣二元碱度控制在1.0-2.0，硫含量采用加入含硫合金或喂入含硫线的方式调整，钢液中Al控制在≤0.005%，LF终点钢液定氧15-25ppm，软吹≥15min后吊至连铸浇注。
连铸坯为方坯或矩形坯，断面长度在200-500mm之间，拉速≤1.0m/min，连铸首炉坯切头长度≥2m，以去除喂线初期的波动段；连铸采用结晶器喂丝机向结晶器内喂入铝包芯线，喂线速度按照Al含量进行控制，喂线速度与Al含量的计算公式为：
V线=8.7×V拉×S断面×（Al终%-Al初%）/m线
其中，V线为喂线速度，单位m/min；V拉为连铸拉速，单位m/min；S断面为连铸坯横截面尺寸，单位mm2；Al终为产品要求Al百分含量；Al初为中包或大包取样Al百分含量；m线为丝线米重，单位g/m。连铸首炉坯切头长度≥2m，8.7为设定钢液密度7.8g/cm3及铝收得率90%后换算的系数（7.8÷90%=8.7）。
本发明的含硫含铝钢质量组分包括：C 0.30-0.60%，Si 0.1-0.5%，Mn 0.50-1.70%，S 0.005-0.075%，Al 0.010-0.050%，其他成分如Cr、Ni、Cu、Mo、P等均可按产品要求添加，不影响本专利效果。
本发明通过结晶器内形核的方式，具体将LF终点钢液Al控制在≤0.005%，溶解氧控制在15-25ppm，协同连铸坯断面形状、尺寸及拉速，一方面提高结晶器喂线稳定性，另一方面保证氧化物核心数量，提高凝固过程硫化物的异相形核率，达到改善硫化物的形貌的目的，该方式与现有改善含硫含铝钢硫化物的方式相比，不但提高了钢液的可浇性，硫化物的改善效果更为明显，其核心尺寸小、数量可控。具体的：
（1）采用氧化物冶金的方式改善含硫含铝钢中硫化物形态及分布经济有效，目前的研究多在精炼过程中生成氧化物核心，但是由于增加了固态夹杂的数量，不利于含硫含铝钢可浇性的改善；此外，精炼过程中生成的氧化物在后续软吹、中包浇注过程中变化较大，造成改善效果不可控。含硫钢中的硫化物（MnS）为钢液凝固过程中形成，因此在凝固前获得氧化物核心即可促进硫化物的异相形核，而且氧化物的生成温度越低通常所形成的氧化物尺寸越细小。发明利用结晶器喂线工艺，在浇注过程通过向结晶器喂入铝丝的方式获得氧化物核心，同时通过前期精炼过程造低碱度精炼渣、弱脱氧，使得喂线前钢液溶解氧含量在15-25ppm之间，以确保喂线后生成合适数量的氧化物核心。氧含量过低则氧化物核心数量少，起不到改善硫化物形态的作用，而氧含量过高，不但产生的氧化物更加粗大，加重夹杂物评级，而且大量的氧化物被保护渣吸收后影响保护渣的熔化性能。此外，对于中碳钢过高的氧含量也会导致钢液浇注过程产生气泡等缺陷。
（2）对于含硫含铝钢而言，结晶器喂线的工艺可以在一定程度上降低含硫含铝钢的可浇性难度，但是炼钢过程残余铝的控制同样会影响到钢液的可浇性。本发明通过优化炼钢过程脱氧、造渣工艺控制过程Al含量≤0.005% ，配合结晶器喂铝丝工艺，可确保所浇注钢液的可浇性。
（3）结晶器喂铝丝工艺对喂线速度、铸坯断面、氧含量要求比较高，操作不当可能导致成分不均匀、保护渣熔化性能不良、大颗粒卷渣等问题。本发明控制浇注前溶解氧含量不高于25ppm（为了满足硫化物核心数量的要求，限定氧含量15-25ppm），同时限定连铸坯为方坯或矩形坯，横断面边长在200-500mm之间，拉速≤1.0m/min，并确保连铸首炉坯切头长度≥2m以去除喂线初期的波动段，可保证铝在铸坯断面的均匀性，同时减轻对结晶器保护渣的影响。
附图说明
图1为实施例与对比例1液面曲线。
图2为实施例与对比例轧材中夹杂物尺寸及数量分布。
图3为实施例与对比例轧材中硫化物形态特征。
图4为实施例中异相形核的硫化物。
实施方式
本发明不局限于下列具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其他多种具体实施方式实施本发明的，或者凡是采用本发明的设计结构和思路，做简单变化或更改的，都落入本发明的保护范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明下面结合实施例作进一步详述：
实施例
本实例以一种中碳含硫含铝钢的生产过程予以说明本发明对钢液可浇性的改善效果，整浇次8炉，举例其中一炉如下：
化学成分为C 0.45%，Si 0.25%，Mn 0.78%，S 0.065%，Al 0.025%，O 20.3 ppm，生产过程如下：
（1）120t转炉，出钢加入100kg SiC预脱氧，之后加入硅锰、硅铁等合金（包括140kg硫铁），以及450kg石灰、400kg化渣剂。
（2）LF精炼过程使用SiC脱氧，过程根据炉渣粘稠情况补加50kg石灰，根据硫含量补加110kg硫铁。终渣二元碱度1.6，终点成分Al 0.0022%，终点钢液定氧24ppm。软吹20min后吊至连铸浇注。
（3）连铸坯断面200mm*260mm，拉速0.75m/min；连铸采用结晶器喂丝机向结晶器内喂入铝包芯线，设定喂线速度为4.3m/min。连铸坯切头长度为2.5m。
（4）轧制规格φ50mm。
整组生产8炉，结晶器液面波动举例如图1所示，浇注稳定顺行。连铸坯横截面角部、中间、心部检测Al含量，最大差≤0.003%。
轧材中氧化物夹杂数量及尺寸分布如图3所示，相较对比例可见细小的氧化物数量明显增加；硫化物形貌如图4所示，相较对比例在形态尤其是分布上更加均匀。电镜下可见较多硫化物中存在氧化物核心，如图5所示。
以同成分钢种作为对比案例，成品Al 0.023%，O 7.9ppm。整浇次5炉，举例一炉生产过程如下：
（1）120t转炉，出钢加入150kg Al块预脱氧，之后加入合金（包括140kg硫铁），以及550kg石灰、300kg化渣剂。
（2）LF精炼过程使用铝粒+SiC脱氧，过程根据炉渣粘稠情况补加200kg石灰，根据硫含量补加300kg硫铁；终渣二元碱度3.1，终点成分Al 0.0304%，终点钢液定氧5.6 ppm。喂硅钙线80m后软吹18min，吊至连铸浇注。
（3）连铸坯拉速、断面同实施例。
（4）轧制规格φ50mm。
结晶器液面波动如图1所示，结晶器液面波动大，造成多次挑坯判废。轧材中氧化物夹杂数量、尺寸分布如图3所示，硫化物形貌如图4所示，在硫化物分布上与实施例有较大差距。
以同成分钢种作为对比案例，成品Al 0.025%，O 11.2ppm，生产过程如下：
（1）120t转炉，出钢加入100kg SiC预脱氧，之后加入合金（包括140kg硫铁），以及450kg石灰、400kg化渣剂。
（2）LF精炼过程使用铝粒+SiC脱氧，过程根据炉渣粘稠情况补加160kg石灰，根据硫含量补加270kg硫铁，根据Al含量补喂Al线。终渣二元碱度2.4，终点成分Al 0.0091%，终点钢液定氧12.5 ppm。软吹20min后吊至连铸浇注。
（3）连铸坯断面200mm*260mm，拉速0.75m/min；连铸采用结晶器喂丝机向结晶器内喂入铝包芯线，设定喂线速度为2.9m/min。连铸坯切头长度为2.5m。
（4）轧制规格φ50mm。
轧材中氧化物夹杂数量及尺寸分布如图3所示，相较实施例可见小尺寸氧化物数量减少较大，硫化物形貌改善不明显，与对比例1相似。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种含硫含铝钢改善可浇性及硫化物形态的方法，含硫含铝钢质量组分包括：C0.30-0.60％，Si 0.1-0.5％，Mn 0.50-1.70％，S 0.005-0.075％，Al 0.010-0.050％；其特征在于：包括下列步骤：
钢液经转炉或电炉初炼-LF精炼-连铸；
初炼终点温度≥1600℃，终点碳含量C≥0.06％；初炼结束后出钢采用SiC预脱氧，之后加入合金、造渣剂；
LF精炼过程使用SiC脱氧，炉渣二元碱度控制在1.0-2.0，硫含量采用加入含硫合金或喂入含硫线的方式调整，钢液中Al控制在≤0.005％，LF终点钢液定氧15-25ppm，软吹≥15min后吊至连铸浇注；
连铸坯为方坯或矩形坯，断面长度在200-500mm之间，拉速≤1.0m/min，连铸首炉坯切头长度≥2m，以去除喂线初期的波动段；连铸采用结晶器喂丝机向结晶器内喂入铝包芯线，喂线速度按照Al含量进行控制，喂线速度与Al含量的计算公式为：
V线＝8.7×V拉×S断面×(Al终％-Al初％)/m线
其中，V线为喂线速度，单位m/min；V拉为连铸拉速，单位m/min；S断面为连铸坯横截面尺寸，单位mm2；Al终为产品要求Al百分含量；Al初为中包或大包取样Al百分含量；m线为丝线米重，单位g/m；连铸首炉坯切头长度≥2m，8.7为设定钢液密度7.8g/cm3及铝收得率90％后换算的系数。
2.权利要求1所述的含硫含铝钢改善可浇性及硫化物形态的方法，其特征在于：初炼终点SiC加入量为0.8kg/t。
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