CN1434145A

CN1434145A - 含s、a1连铸合金钢的生产方法

Info

Publication number: CN1434145A
Application number: CN03115465A
Authority: CN
Inventors: 胡俊辉; 潘振球; 刘明华; 林俊
Original assignee: Shanghai No5 Iron And Steel Co Ltd Baoshan Iron And Steel Group
Current assignee: Baosteel Special Steel Co Ltd
Priority date: 2003-02-20
Filing date: 2003-02-20
Publication date: 2003-08-06
Anticipated expiration: 2023-02-20
Also published as: CN1257301C

Abstract

含S、Al连铸合金钢的生产方法，其特征是采用四步法工艺流程：(1)直流电炉炼钢：出钢时(1640～1660℃)加入适量SiAlFe脱氧剂、碳粉、合金及渣料；(2)LF炉精炼(a)分批加入石灰(CaO≥90％)、SiFe、C粉造白渣，底吹氩(b)含硼钢喂Ti保B(c)顶渣碱度2.8，渣中Al₂O₃＝25％，调整Al、S；(3)真空炉处理：(a)真空度≤140Pa、20分钟，底吹氩(b)破真空后取样分析，按目标值顺序喂入Al、Ti(含硼钢)、SiCa，弱搅拌6分钟后补喂S线(d)含硼钢调整B(e)弱搅拌10min后加入碳化稻壳；(4)连铸浇注：(a)中间包盛钢量大于10吨、过热度25～45℃，整体水口(b)浇速为320公斤/min，二冷强度0.5L/kg；首端电磁搅拌300A/5.0Hz，末端电磁搅拌100A/11.0Hz并正反8秒旋转。本发明专利具有连铸可浇性优、S收得率稳定、晶粒度细的优点，成品各项指标符合标准，满足机械制造商的要求。

Description

含S、Al连铸合金钢的生产方法

技术领域

本发明涉及冶金行业合金钢的生产方法，尤其是S、Al合金钢的冶炼浇铸方法。

背景技术

根据高温钢水浇铸形式的不同，可分为模铸和连铸二种。模铸是将高温钢水浇成钢锭，经初轧机(或锻压机)开成钢坯，金属收得率较低(约84％左右)；连铸是将高温钢水直接浇成钢坯，金属收得率较高(约98％左右)。因此，采用连铸技术生产合金钢不仅可大大提高金属收得率，降低生产成本，也是当代冶金技术的发展方向。

众所周知：钢中的S元素，易产生硫化物夹杂，影响钢的机械性能(使用性能)，但是在合金钢成品中含有适量S(含S合金钢S含量达0.020～0.040％，S易切削钢S含量高达0.100％)，对钢的机械性能影响并不大(有时候不影响钢的机械性能)，却可以大大改善钢的切削性能(机械加工性能)；Al合金是炼钢中常用的脱氧剂，合金钢成品中含有适量的Al元素(Al含量0.020～0.040％)，可细化钢的晶粒，改善钢的使用性能。随着我国汽车工业及工程机械工业的蓬勃发展，S、Al合金钢的市场需求日趋旺盛。

S、Al合金钢的生产方法，国内外早在90年代就出现，但是，至今未见有关连铸方面的生产工艺技术资料报道，故国内炼钢厂家对国外制造商生产此类钢的工艺方法了解空白。近几年，国内特钢企业也开始研究含S、Al合金钢的冶炼与连铸技术，下列炼钢工艺难点困扰着炼钢制造商：(1)低氧(如果冶炼气氛是高氧条件，那么加入钢中的Al合金只能起脱氧剂作用，而无法进入钢水中起微合金化--细化晶粒作用，同时钢中非金属夹杂难以去除。)条件下，S元素收得率的稳定性(S元素收得率不稳定，易造成硫化物夹杂控制困难，影响钢的使用性能)；(2)硫化物夹杂物等非金属夹杂物级别的控制；(3)钢水连铸可浇性差(钢中氧化铝和硫化钙夹杂易吸附在中间包浸入式水口内壁，造成水口堵塞)，严重时酿成生产事故，另外，中间包水口结瘤也易造成结晶器液面波动，威协钢的质量。

发明内容

本发明开发一种含S、Al合金钢的生产方法，通过电炉初炼、钢包炉精炼、真空炉脱气及连铸机浇注，生产出连铸可浇性优、S收得率稳定、非金属夹杂物级别低、晶粒度细的S、Al连铸合金钢，满足机械制造商的高质量要求。

本发明提供的含S、Al连铸合金钢的生产方法，其特征在于：采用四步法冶炼工艺流程，50吨以上的直流电炉初炼(EBT出钢、硅铝脱氧剂，各种必需的铁合金、增碳剂和添加精炼渣料)—→相应吨位的钢包炉精炼(底吹氩)—→相应吨位的真空炉脱气—→钢包浇注—中间包连铸合金钢方坯。

第一步，在50吨以上的直流电炉中进行钢液的初炼(如果其容量小于50吨，电炉出钢时，电炉中的氧化渣不易被挡住而进入钢液中，加重LF脱氧、脱硫的任务)，EBT常规出钢，出钢温度控制在1640～1660℃(如出钢温度大于1660℃，增加电耗，同时出钢时加入的碳粉容易烧损，导致碳的收得率降低，出钢温度小于1640℃，使LF炉工位钢液温度过低，LF精炼升温任务加重。)。

在直流电炉出钢的过程中，加入适量的脱氧剂、碳粉、合金及石灰、淌道砖等渣料。

在直流电炉出钢的过程中，出钢量在20％～35％时开始加入2.5～3.0公斤/吨钢的SiAlFe脱氧剂(SiAlFe比重大于纯Al合金，便于钢水充分预脱氧，提高Al的收得率，同时减少钢包精炼炉精炼时Al氧化成Al₂O₃的含量)，随后加入碳粉、合金，出钢量在80％～95％时才加入6.5-7.5kg/t石灰(含Cao≥90％)、1.0-1.2kg/t淌道砖(含SiO2为32％，Al₂O₃为48％)等渣料。

第二步，在交流式钢包精炼炉(容量与直流电炉相匹配)上，进行钢液的精炼：

(1)出钢毕至LF炉(交流式钢包精炼炉)工位控制在≤15min。如控制时间太长，在氩气高搅拌能下，钢液散热快，导致进LF炉工位钢液温度太低，加重LF精炼升温任务。

(2)通电升温，分两批加入石灰(含CaO≥90％)1.2～2.0公斤/吨钢，并采用SiFe粉0.25～0.45公斤/吨钢、C粉0.15～0.35公斤/吨钢的渣面脱氧，造白渣。同时钢包底部吹入氩气，底吹氩强度分别控制在0.4～0.6MPa。(底吹氩强度过大，导致钢渣反应、钢液对钢包耐火材料的冲刷严重，使渣中或耐火材料中的氧化物、硫化物进入钢液而使钢中氧化物、硫化物增加。底吹氩强度过小，钢液温度和成分以及钢渣反应都不均匀和充分，导致钢液的脱氧及其夹杂物不能充分上浮，合金化元素在钢中分布不均匀。)通电20～25分钟后(化渣均匀，化学成份比较稳定)，取样分析，通过喂Al线(易于Al合金化)调整Al至适量(目标值+烧损)，其他元素按目标控制。

(3)含有B元素成份要求的S、Al连铸合金钢，实施喂Ti固N保B技术。继续通电升温，温度达≥1680℃后，通过喂Ti线调整Ti到适量，同时加入硅石(含SiO₂≥95％)0.85～1.2公斤/吨钢，继续加热化渣。

(4)顶渣碱度(％CaO/SiO₂)控制在2.5～3，渣中Al₂O₃含量控制在22％～30％之间(如顶渣碱度过高，则炉渣脱硫能力强，炉渣硫容量大，导致硫的收得率不稳定；如顶渣碱度过低，炉渣对钢包渣系侵蚀加重，导致钢包使用寿命缩短，同时剥落的耐火材料进入钢液，成为外来夹杂物)，当温度达1680～1690℃后，取样分析后调整Al至适量(略高于目标值)，调整S至技术标准上限，渣面均匀加入0.40～0.60公斤/吨钢SiFe粉(保证真空过程良好的还原气氛)。

第三步，在真空炉(容量与直流电炉相匹配)上，对精炼钢液进行真空处理，减少钢中的气体(氧、氢、氮)含量，降低A(硫化物)、B(氧化物)、C(硅酸盐)、D(点状)非金属夹杂物级别。(氧含量降低，有利于氧化物夹杂减少、合金化Al合金收得率的提高；氢含量降低，有利于白点缺陷的减少；氮含量降低，有利于钢脆化现象的减少、B收得率的提高；钢中气体总量降低，有利于钢裂纹现象、皮下气泡等缺陷的减少)。

(1)通过140Pa以下的高真空度(如果真空度达不到140Pa，钢液和炉渣在15～20分钟时间内不能充分均匀化和反应，钢中的脱氧产物不能充分上浮，钢中的氧、氢、氮含量不能降至理想目标值)、真空时间为15～20分钟对含S、Al连铸合金钢进行真空处理(如果真空时间小于15分钟，导致：各种反应动力学条件不足，钢中的氧、氢、氮含量不能分别降至理想目标值，硫化物夹杂级别将不能满足机械制造商的要求；真空时间大于20分钟，容易造成真空后温度落标，影响连铸浇铸)。

(2)真空时，钢包底吹氩压力控制在0.20～0.40Mpa，钢包底部吹入氩气使钢液和炉渣充分均匀化和反应，钢中的脱氧产物充分上浮，降低钢中的氧、氢、氮含量。

(3)破真空后，取样，分析，根据分析情况，采用喂线技术，按目标值、顺序喂入Al(Al元素合金化)、Ti(B元素成份要求的合金钢，实施喂Ti固N保B技术)、SiCa(喂入SiCa线0.10～0.25公斤/吨钢，进行钢水中夹杂物变性处理，使Al₂O₃夹杂物从高熔点物质变成低熔点物质，提高连铸可浇性)；弱搅拌4～8分钟后补喂S线。(如SiCa线喂入过多，容易造成钢水点状夹杂物，同时还会造成过多的SiCa和S结合生产CaS影响连铸开浇性)。

(4)合金钢成份含有B元素要求的，应将B调整到规格中上限，保证钢的淬透性。

(5)弱搅拌压力控制在0.05～0.10Mpa、(如弱搅拌压力过强，造成钢水重新裸露在空气中，二次氧化，污染钢水)时间控制在≥10min。(保证钢中夹杂物有充分的上浮时间，上浮动力。)

(6)弱搅拌后，加入碳化稻壳(防止辐射散热，控制过热度的稳定)。

第四步，连铸浇注：

(1)通过保护套管将钢包内的钢液浇进盛钢量大于10吨的T型中间包，T型中间包中使用前完全清理、内表面为耐火涂层且不得有裂缝。(盛钢量过小，钢水在中间包滞留时间短，钢中大颗粒夹杂上浮时间不够，易产生卷渣。)

(2)连铸中间包采用整体水口，防止浸入式水口上水口与下水口接合处因吸气发生二次氧化，堵塞水口。

(3)二次冷却强度采用0.4～0.6L/kg的比水量(二冷强度过大：热交换连铸坯温度梯度大，在矫直时由于应力作用表面和中心之间易出现裂纹和皮下裂纹；二冷强度过小：易造成连铸坯表面温度过高，凝固壳容易发生蠕变而产生鼓肚缺陷。)。

(4)首端电磁搅拌控制在250～320A/5.0Hz，末端电磁搅拌控制在70～150A/11.0Hz，同时控制末端电磁搅拌正反5～10秒旋转。(电磁搅拌过强，白亮带增加，影响钢的使用性能)

(5)中间包过热度控制在25～45℃。(过热度过高：钢坯易产生裂纹，中心偏析、缩孔缺陷严重，连铸坯壳厚薄不一，易造成拉漏；过热度过低：不利于钢中夹杂物上浮，易引起水口冻结，迫使浇注中断。)。

(6)浇铸速度为270～380公斤/min。(拉速过快：连铸坯液芯穴增长，连铸坯壳太薄，易产生拉漏事故，同时带液芯矫直容易产生应力裂纹。拉速过慢：影响连铸机生产能力。)

和现有技术相比，本发明具有下列优点：

1、钢液纯洁度高，气体(氧、氢、氮)含量低。

2、硫化物、氧化物、硅酸盐、点状非金属夹杂物级别低。

3、工艺适用性强，适合于高要求S、Al合金钢的生产。

4、生产成本低，与模铸钢工艺相比，钢的成坯率提高13％以上。

具体实施方案

某钢铁公司实施本发明专利，生产1炉含S、Al连铸合金钢(美国Caterpillar公司1E1813牌号的履带用钢)，该履带用钢还含有B元素成份要求，其标准和检测数据见表一。上艺流程是100吨直流电炉初炼(EBT出钢、硅铝脱氧剂，增碳剂，各种必需的铁合金、和添加精炼渣料)--100吨钢包炉精炼(底吹氩)--100吨真空炉脱气--连铸：第一步，在100T直流电炉中，通入直流电流和输入氧气，使装入的炉料熔化变成1640～1660℃温度范围内的钢液，EBT常规出钢，出钢到30t时开始加入280kg的SiAlFe脱氧剂，随后加入所需合金，出钢量在90t以上才加入石灰750kg(含CaO90％)、淌道砖120k(含SiO₂为32％，Al₂O₃为48％)120k渣料。第二步，(1)出钢毕至LF炉工位控制在≤15min，(2)LF炉通电，分两批加入150kg石灰(含CaO≥90％)，同时采用30SiFe粉和20kgC渣面脱氧，造白渣。氩气压力控制在0.4～0.6Mpa，通电25分钟后，取样分析，调整Al至0.040％，其他元素按目标控制。(3)继续通电升温，温度达≥1680℃后，调整Ti到0.10％，同时加入硅石100kg(含SiO₂≥95％)，继续加热化渣。(4)顶渣碱度(％CaO/SiO₂)控制在2.5～3，渣中Al2O3含量控制在22％～30％之间，当温度达1680～1690℃后，取样分析后调整Al至0.045％，调整S至0.035％，渣面均匀加入50kgSiFe粉，进VD真空脱气。第三步，(1)通过66.7Pa真空度以下、真空时间为≥15min分钟真空处理；(2)真空时，钢包底吹氩压力控制在0.20～0.40Mpa；(3)破真空后，取样，分析，根据分析情况，按目标、顺序喂入Al、Ti、SiCa、弱搅拌5分钟后补喂S线；(4)将B调整到规格中上限；(5)真空后，弱搅拌压力控制0.05～0.10Mpa，时间控制在≥10min，使钢中夹杂物有充分的上浮时间；(6)弱搅拌后，加入碳化稻壳20包。第四步，通过保护套管将钢包内的钢液浇进使用前完全清理、内表面为耐火涂层且不得有裂缝的盛钢量在10吨的T型中间包中。第五步，5机5流连铸，通过结晶器内的引锭杆头使中间包内的钢液分5流分别进入5个结晶器内，同时由每个结晶器的有规则的振动使钢液在逐步下移的过程中，在结晶器电磁搅拌器的搅拌、二冷段的冷却水的冷却、二冷段末端的电磁搅拌器的搅拌下，逐渐凝固成180×180mm²连铸坯。连铸中间包采用整体水口，防止浸入式水口上水口与下水口接合处因吸气发生二次氧化；二次冷却强度采用0.5L/kg的比水量；首端电磁搅拌控制在300A/5.0Hz，末端电磁搅拌控制在100A/11.0Hz，同时控制末端电磁搅拌正反10秒旋转；中间包过热度控制在25～45℃。

实施本发明专利方法生产的1E1813牌号履带用钢180×180mm²连铸坯(含S、Al、B连铸合金钢)。具有S收得率稳定、晶粒度细、工艺适用性强的优点，钢中氧、氢、氮等气体含量低，硫化物(A类)、氧化物(B类)、硅酸盐(C类)、点状(D类)等非金属夹杂物级别低，各项技术数据均满足标准的要求；同时解决含S、Al合金钢连铸可浇性差的技术难题，连铸连浇炉数从开始1炉上升至4炉。与模铸钢工艺相比，钢的成坯率大大提高，降低了生产成本。满足机械制造商的要求。

表一

	检测内容	标准	检测数据
	检测内容	标准	检测数据	化学成份	C	0.23～0.28％	0.26％
Si	0.15～0.35％	0.25％			C	0.23～0.28％	0.26％
Si	0.15～0.35％	0.25％	Mn		1.0～1.3％	1.2％
S	0.015～0.030％	0.025％	Mn		1.0～1.3％	1.2％
S	0.015～0.030％	0.025％	Al		0.020～0.040％	0.025％
B	0.0005～0.003％	0.0023％	Al		0.020～0.040％	0.025％
B	0.0005～0.003％	0.0023％	非金属夹杂物级别		A细	≤3级	2级
A粗	≤2级	1级			A细	≤3级	2级
A粗	≤2级	1级		B细	≤2.5级	1.5级
B粗	≤1.5级	1级		B细	≤2.5级	1.5级
B粗	≤1.5级	1级		C细	≤1级	0级
C粗	≤1级	0级		C细	≤1级	0级
C粗	≤1级	0级		D细	≤1.5级	1级
D粗	≤1.0级	0.5级		D细	≤1.5级	1级
D粗	≤1.0级	0.5级			晶粒度	≥5级	7级
淬透性	J1.5	45-52HRC	50HRC		晶粒度	≥5级	7级
	J1.5	45-52HRC	50HRC	J9	≥34HRC	45HRC
	J15	≤34HRC	30HRC	J9	≥34HRC	45HRC

Claims

1、含S、Al连铸合金钢的生产方法，其特征是50吨以上的直流电炉初炼(EBT出钢、硅铝脱氧剂，各种必需的铁合金、增碳剂和添加精炼渣料)—→相应吨位的钢包炉精炼(底吹氩)—→相应吨位的真空炉脱气—→钢包浇注—中间包连铸合金钢方坯的四步法冶炼工艺流程：

第一步，在50吨以上的直流电炉中进行钢液的初炼，EBT常规出钢，出钢温度控制在1640～1660℃，直流电炉的出钢过程中，加入适量的脱氧剂、碳粉、合金及石灰、淌道砖等渣料；

第二步，在交流式钢包精炼炉(容量与直流电炉相匹配)上，进行钢液的精炼：(1)出钢毕至LF炉(交流式钢包精炼炉)工位控制在≤15min；(2)通电升温，分两批加入石灰(含CaO≥90％)1.2～2.0公斤/吨钢，并采用SiFe粉0.25～0.45公斤/吨钢、C粉0.15～0.35公斤/吨钢的渣面脱氧，同时钢包底部吹入氩气，底吹氩强度分别控制在0.4～0.6Mpa；通电20～25分钟后取样分析，通过喂Al线调整Al至适量(目标值+烧损)，其他元素按目标控制；(3)含有B元素成份要求的S、Al连铸合金钢，实施喂Ti固N保B技术：继续通电升温，温度达≥1680℃后，喂Ti线调整Ti到适量，并加入硅石(含SiO₂≥95％)0.85～1.2公斤/吨钢；(4)顶渣碱度(％Cao/SiO₂)控制在2.5～3，渣中Al₂O₃含量控制在22％～30％之间，当温度达1680～1690℃后，取样分析后调整Al至适量(略高于目标值)，调整S至技术标准上限，渣面均匀加入0.40～0.60公斤/吨钢SiFe粉；

第三步，在真空炉(容量与直流电炉相匹配)上，对精炼钢液进行真空处理，减少钢中的气体含量，降低非金属夹杂物级别：(1)通过140Pa以下的高真空度、真空时间为15～20分钟；(2)真空时，钢包底吹氩压力控制在0.20～0.40Mpa；(3)破真空后，取样，分析，根据分析情况，采用喂线技术，按目标值、顺序喂入Al、Ti(B元素成份要求的合金钢，实施喂Ti固N保B技术)、SiCa(喂入SiCa线0.10～0.25公斤/吨钢，)；弱搅拌4～8分钟后补喂S线；(4)合金钢成份含有B元素要求的，应将B调整到规格中上限；(5)弱搅拌压力控制在0.05～0.10Mpa、时间控制在≥10min；(6)弱搅拌后，加入适量碳化稻壳；

第四步，连铸浇注：(1)通过保护套管将钢包内的钢液浇进盛钢量大于10吨的T型中间包，T型中间包中使用前完全清理、内表面为耐火涂层且不得有裂缝；(2)连铸中间包采用整体水口；(3)二次冷却强度采用0.4～0.6L/kg的比水量；(4)首端电磁搅拌控制在250～320A/5.0Hz，末端电磁搅拌控制在70～150A/11.0Hz，同时控制末端电磁搅拌正反5～10秒旋转；

(5)中间包过热度控制在25～45℃；(6)钢液浇铸速度为270～380公斤/min。

2、根据权利要求1所述的小方坯连铸轴承钢的生产方法，其特征是直流电炉中进行钢液初炼时，在直流电炉出钢的过程中，出钢量在20％～35％时开始加入2.5～3.0公斤/吨钢的SiAlFe脱氧剂，随后加入碳粉、合金，出钢量在80％～95％时才加入6.57.5kg/t石灰(含CaO≥90％)、1.0-1.2kg/t淌道砖(含SiO2为32％，Al₂O₃为48％)等渣料。