CN115852232B - 连铸全水冷却生产硫系易切削钢的方法 - Google Patents

连铸全水冷却生产硫系易切削钢的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了连铸全水冷却生产硫系易切削钢的方法，涉及冶金炼钢技术领域，包括以下步骤：步骤一：转炉控制一倒：C：0.05％≤C≤0.12％，P≤0.055％，终点C≤0.05％，然后将出钢温度控制在1610‑1625℃；步骤二：按照先后顺序加入合金：高铝锰铁，硅铁，微碳锰铁，硫铁，合成渣；步骤三：待过程渣颜色为灰褐色，控制LF炉精炼渣碱度和MnO含量；本发明对LF炉造渣脱氧、连铸保护浇铸、连铸全水冷却工艺设计、连铸坯质量、轧制表面质量进行管控，实现硫系易切钢的生产，且本发明经过实践验证，成功实现断面小方坯的硫系易切削钢的生产，生产过程不漏钢，实现硫系易切削钢连铸小方坯拉速的提升。

Description

连铸全水冷却生产硫系易切削钢的方法
技术领域
本发明涉及冶金炼钢技术领域，尤其涉及连铸全水冷却生产硫系易切削钢的方法。
背景技术
易削钢线材主要通过拉拔后生产做快削钢棒，为数控车床提供生产轴类零件的原料，易切削钢加工后的材料主要用于制作受力较小而对尺寸和粗糙度要求严格的仪器仪表、手表零件、汽车、机床和其他各种机器；对尺寸精度和粗糙度要求严格
硫系易切削钢属于四大难以连铸的钢种，各钢厂在连铸小方坯的生产过程中，普遍采用气雾冷却的弱冷连铸工艺，比水量冷却强度控制在0.6-0.8L/kg的范围内，拉速控制在2.2m/min以内，分钟产能较低，如何实现硫系易切削钢的连铸全水冷却，且铸坯质量达到客户要求，是目前待解决的难题，因此，本发明提出连铸全水冷却生产硫系易切削钢的方法以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提出连铸全水冷却生产硫系易切削钢的方法，该连铸全水冷却生产硫系易切削钢的方法对LF炉造渣脱氧、连铸保护浇铸、连铸全水冷却工艺设计、连铸坯质量、轧制表面质量进行管控，实现硫系易切钢的生产。
为实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：连铸全水冷却生产硫系易切削钢的方法，包括以下步骤：
步骤一：转炉控制一倒：C：0.05％≤C≤0.12％，P≤0.055％，终点C≤0.05％，然后将出钢温度控制在1610-1625℃；
步骤二：按照先后顺序加入合金：高铝锰铁，硅铁，微碳锰铁，硫铁，合成渣；
步骤三：待过程渣颜色为灰褐色，控制LF炉精炼渣碱度和MnO含量；
步骤四：以硅铁粉作为脱氧剂，控制钢中活动氧在30-60ppm；
步骤五：在冶炼中期调整Mn含量，调整时确认钢中氧在30-60ppm；
步骤六：先控制连浇炉上台温度，接着将连铸结晶器水量控制在2000-2100L/min，然后控制二冷比水量和铸坯矫直温度；
步骤七：连铸采用全流程保护浇铸，钢水罐加盖，大罐长水口吹氩，中包下水口吹氩；
步骤八：根据塞棒材质结构Al2O3、MgO、C+SiC的含量，选择中间包耐材，选择中间包下水口孔径25-27mm，进行连铸；
步骤九：多级调控，控制加热炉均热温度、开轧温度、终轧温度和吐丝温度，进行轧制。
进一步改进在于：所述步骤一中，严格控制后吹次数≯1次，补吹降温材料为石灰及白云石。
进一步改进在于：所述步骤二中，合金的加入量为：高铝锰铁0.8-1.2kg/t，硅铁2-4kg/t，微碳锰铁10-15kg/t，硫铁6-8kg/t，合成渣1-2kg/t。
进一步改进在于：所述步骤三中，将LF炉精炼渣碱度控制在1.6-2.5，MnO含量控制在10％。
进一步改进在于：所述步骤五中，调Mn时使用中碳MnFe，调整时按Mn/S＝3-5。
进一步改进在于：所述步骤六中，连浇炉上台温度按1570-1580℃控制，且步骤六中，二冷比水量控制在1.1-1.2L/kg，铸坯矫直温度控制在1000-1050℃。
进一步改进在于：所述步骤七中，连铸过程中，二冷室喷嘴采用全水冷却喷咀，控制连铸拉速：中间包过热度10-30℃，拉速2.6m/min，且连铸过程中，控制结晶器电磁搅拌参数：电流320A，频率3Hz，脱坯结束后开启末端电搅，电流300-320A，频率6-8Hz。
进一步改进在于：所述步骤八中，塞棒材质结构Al2O3-60-75％，MgO-15-25％，C+SiC-8-15％。
进一步改进在于：所述步骤八中，连铸过程中，控制结晶器振动参数50V+50，采用非正弦振动模式，振幅为5mm，负滑脱量20-30％，负滑脱时间0.15S。
进一步改进在于：所述步骤九中，控制加热炉均热温度1180-1250℃，开轧温度1080-1100℃，终轧温度1020-1050℃，吐丝温度880-900℃。
本发明的有益效果为：
1、本发明对LF炉造渣脱氧、连铸保护浇铸、连铸全水冷却工艺设计、连铸坯质量、轧制表面质量进行管控，实现硫系易切钢的生产。
2、本发明经过实践验证，成功实现断面小方坯的硫系易切削钢的生产，生产过程不漏钢，实现硫系易切削钢连铸小方坯拉速的提升，实现易切削钢连铸成分偏析比值的控制，实现硫系易切削钢低倍质量缺陷等级的控制，避免了初轧铸坯开裂打滑。
3、本发明在不改变现有设备条件下，铸机实现普碳钢与硫系易切削钢的生产，不产生额外设备改造费用，充分发挥铸机生产潜力，使得产能提升，实现产品创效。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详述，本实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
实施例一
根据图1所示，本实施例提出了连铸全水冷却生产硫系易切削钢的方法，包括以下步骤：
转炉控制一倒：C：0.05％≤C≤0.12％，P≤0.055％，终点C≤0.05％，严格控制后吹次数≯1次，补吹降温材料为石灰及白云石，然后将出钢温度控制在1610-1625℃；
按照先后顺序加入合金：高铝锰铁0.8-1.2kg/t，硅铁2-4kg/t，微碳锰铁10-15kg/t，硫铁6-8kg/t，合成渣1-2kg/t；硫易切削钢中的硫在钢中与锰和铁形成硫化锰夹杂，这类夹杂物能中断基体金属的连续性，在切削时促使断屑形成小而短的卷曲半径，而易于排除，减少刀具磨损，降低加工表面粗糙度，提高刀具寿命。通常钢的被切削性随钢中硫含量的增多而增高。但钢的纵向和横向的力学性能差别大，横向塑、韧性差，疲劳及耐蚀性能也有所降低。钢中硫含量过高时，会导致热脆性，对钢的热加工造成困难，恶化钢的力学性能。磷多与硫复合加入钢中，通常磷含量在0.04％～0.12％，磷固溶于铁素体中会提高硬度和强度，降低韧性，使切屑易于折断和排除，从而获得良好的加工表面粗糙度，但磷含量过高会显著降低塑性，提高硬度，反而对钢的切削性起有害作用；
待过程渣颜色为灰褐色，控制LF炉精炼渣碱度和MnO含量，将LF炉精炼渣碱度控制在1.6-2.5，MnO含量控制在10％；
以硅铁粉作为脱氧剂，控制钢中活动氧在30-60ppm；精炼活动氧控制在30-60ppm，材上全氧含量控制在120-150ppm，采用半脱氧方式，防止氧含量低，不易于生成稳定的硫化物，同时氧含量高，钢液在凝固过程中容易生成皮下气泡。合适的氧含量可以促进硫化物的析出，存进钢材达到所需的性能；以硅铁粉作为脱氧剂，主要是弱脱氧平衡钢中的氧含量；
在冶炼中期调整Mn含量，调Mn时使用中碳MnFe，调整时确认钢中氧在30-60ppm，调整时按Mn/S＝3-5；
先控制连浇炉上台温度，按1570-1580℃控制，接着将连铸结晶器水量控制在2000-2100L/min，然后控制二冷比水量1.1-1.2L/kg，控制铸坯矫直温度1000-1050℃；结晶器水流量控制在2000-2100L/min，一方面可以实现拉速的提升，防止产生漏钢事故，同时铸坯激冷层厚度适中，铸坯表层硫化物尺寸可控；
连铸采用全流程保护浇铸，钢水罐加盖，大罐长水口吹氩，中包下水口吹氩；连铸过程中，二冷室喷嘴采用全水冷却喷咀，控制连铸拉速：中间包过热度10-30℃，拉速2.6m/min，且连铸过程中，控制结晶器电磁搅拌参数：电流320A，频率3Hz，脱坯结束后开启末端电搅，电流300-320A，频率6-8Hz；
根据塞棒材质结构Al2O3、MgO、C+SiC的含量，选择中间包耐材，塞棒材质结构Al2O3-60-75％，MgO-15-25％，C+SiC-8-15％，选择中间包下水口孔径25-27mm，进行连铸；连铸过程中，控制结晶器振动参数50V+50，采用非正弦振动模式，振幅为5mm，负滑脱量20-30％，负滑脱时间0.15S；中包塞棒的选择：易切削钢塞棒材质为Al2O3-60-75％，MgO-15-25％，C+SiC-8-15％，主要是利用了MgO-Al2O3铝镁尖晶石的稳定性，具有很强的抗渣侵蚀能力；中间包下水口选择氧化锆，热稳定性好，热导率低，且化学性能稳定，对大部分酸、碱和熔融金属都具有很好的稳定性，在高温条件下与酸性物质反应同样是锆质氧化物，因此使用氧化锆质的中包下水口生产硫系易切削钢；硫系易切削钢保护渣性能选择：主要原理为结晶器弯月面处因硫、氧含量高使钢渣界面张力小，容易引起钢渣卷混出絮状渣团，导致铸坯夹渣，横裂纹、微裂纹及针孔缺陷。选择可以平衡氧和硫的反应，提高钢渣界面的张力的专用保护渣；
多级调控，控制加热炉均热温度1180-1250℃，开轧温度1080-1100℃，终轧温度1020-1050℃，吐丝温度880-900℃，进行轧制。开轧温度理论：温度高打滑，温度低劈头开裂，900-1050是热脆敏感区，钢中的FeS在低温轧制时引起晶界断裂，高温时MnS相对塑性较小，晶体不易被拉开，有利于切削性能的提高，因此加热炉均热段温度均控制在1170度以上。
钢材显微组织：主要体现为铁素体+少量珠光体，控制晶粒度与显微组织主要考虑进吐丝后的冷却速度，结合现场设备条件斯太尔摩线冷却速度按照0.8-1.0℃/S的速度进行控制。
实施例二
本实施例提出了连铸全水冷却生产硫系易切削钢的方法，包括以下步骤：
转炉出钢终点C：0.046％，出钢温度1610-1625℃，终点温度1604℃。
按照先后顺序加入合金：高铝锰铁120kg，硅铁320kg，微碳锰铁1400kg，硫铁800kg，合成渣200kg。
过程渣颜色为灰褐色，LF炉精炼渣碱度2.0,渣中MnO含量控制在约10.5％.
进站活动氧37ppm，过程控氧，调整成分用中碳锰铁100kg，磷铁100kg，硫铁线300米，出站氧含量39ppm。
Mn含量在冶炼中期调整，Mn/S＝3.25。
上台温度1574℃。
连铸结晶器水量2100L/min,二冷比水量控制在1.15L/kg，铸坯矫直温度1020℃。
连铸采用全流程保护浇铸，钢水罐加盖，大罐长水口吹氩，中包下水口吹氩。
二冷室喷嘴采用全水冷却喷咀，喷咀型号：PZ50065*30j4。二冷一至四区逐级减弱。
连铸拉速控制：中间包温度1537℃，拉速2.6m/min。
结晶器电磁搅拌参数：电流320A，频率3Hz；脱坯结束后开启末端电搅，电流320A，频率6Hz。
中间包耐材质量控制：塞棒材质结构Al2O3-60-75％，MgO-15-25％，C+SiC-8-15％。
振动参数50V+50，采用非正式振动模式，振幅为5mm，负滑脱量在20-30％之间。负滑脱时间0.15S。
中间包下水口孔径25mm，采用铝碳质下水口。
低倍质量缺陷等级≤3.0级。
连铸小方坯质量良好，全程无漏钢。
轧制工艺：加热炉均热温度1220℃，开轧温度1080-1100℃，终轧温度1020-1050℃，吐丝温度880-900℃。
钢材性能：晶相组织为珠光体和铁素体，相对工艺设计出现少量Fe3C；夹杂物主要为C类、D类，符合≤3.0级的国标要求；晶粒度10.0级。
抗拉强度424MPa、断面收缩率64％、断后伸长率28％、布氏硬度113HBW。
实践证明，硫系易切削钢不仅可以在连铸气雾冷却的模式下生产，也可以利用连铸全水冷却工艺生产，而且拉速得到有效提升，铸坯质量良好。
该连铸全水冷却生产硫系易切削钢的方法对LF炉造渣脱氧、连铸保护浇铸、连铸全水冷却工艺设计、连铸坯质量、轧制表面质量进行管控，实现硫系易切钢的生产。经过实践验证，本发明通过全水冷却工艺的应用，成功实现断面155mm*155mm小方坯的硫系易切削钢的生产，生产过程不漏钢，实现硫系易切削钢连铸小方坯拉速的提升，拉速提升至2.6m/min，实现易切削钢连铸成分偏析比值控制在0.9-1.1，实现硫系易切削钢低倍质量缺陷等级控制在3.0以内，避免了初轧铸坯开裂打滑。同时，本发明实现连铸全水冷却工艺生产硫系易切削钢的技术突破，在不改变现有设备条件下，铸机实现普碳钢与硫系易切削钢的生产，不产生额外设备改造费用，充分发挥铸机生产潜力，使得产能提升，实现产品创效。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.连铸全水冷却生产硫系易切削钢的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：转炉控制一倒：C：0.05%≤C≤0.12%，P≤0.055%，终点C≤0.05%，然后将出钢温度控制在1610-1625℃；
步骤二：按照先后顺序加入合金：高铝锰铁，硅铁，微碳锰铁，硫铁，合成渣；合金的加入量为：高铝锰铁0.8-1.2kg/t，硅铁2-4kg/t，微碳锰铁10-15kg/t，硫铁6-8kg/t，合成渣1-2kg/t；
步骤三：待过程渣颜色为灰褐色，控制LF炉精炼渣碱度和MnO含量；将LF炉精炼渣碱度控制在1.6-2.5，MnO含量控制在10%；
步骤四：以硅铁粉作为脱氧剂，控制钢中活动氧在30-60ppm；
步骤五：在冶炼中期调整Mn含量，调整时确认钢中氧在30-60ppm；
步骤六：先控制连浇炉上台温度，接着将连铸结晶器水量控制在2000-2100L/min，然后控制二冷比水量和铸坯矫直温度；连浇炉上台温度按1570-1580℃控制，二冷比水量控制在1.1-1.2L/kg，铸坯矫直温度控制在1000-1050℃；
步骤七：连铸采用全流程保护浇铸，钢水罐加盖，大罐长水口吹氩，中包下水口吹氩；连铸过程中，二冷室喷嘴采用全水冷却喷咀，控制连铸拉速：中间包过热度10-30℃，拉速2.6m/min，且连铸过程中，控制结晶器电磁搅拌参数：电流320A，频率3Hz，脱坯结束后开启末端电搅，电流300-320A，频率6-8Hz；
步骤八：根据塞棒材质结构Al2O3、MgO、C+SiC的含量，选择中间包耐材，选择中间包下水口孔径25-27mm，进行连铸；连铸过程中，控制结晶器振动参数50V+50，采用非正弦振动模式，振幅为5mm，负滑脱量20-30%，负滑脱时间0.15S；
步骤九：多级调控，控制加热炉均热温度、开轧温度、终轧温度和吐丝温度，进行轧制。
2.根据权利要求1所述的连铸全水冷却生产硫系易切削钢的方法，其特征在于：所述步骤一中，严格控制后吹次数≯1 次，补吹降温材料为石灰及白云石。
3.根据权利要求2所述的连铸全水冷却生产硫系易切削钢的方法，其特征在于：所述步骤五中，调Mn时使用中碳MnFe，调整时按Mn/S=3-5。
4.根据权利要求3所述的连铸全水冷却生产硫系易切削钢的方法，其特征在于：所述步骤八中，塞棒材质结构Al2O3：60-75%，MgO：15-25%，C+SiC：8-15%。
5.根据权利要求4所述的连铸全水冷却生产硫系易切削钢的方法，其特征在于：所述步骤九中，控制加热炉均热温度1180-1250℃，开轧温度1080-1100℃，终轧温度1020-1050℃，吐丝温度880-900℃。
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