阅读说明：本技术 一种防结瘤高硫非调质钢冶炼工艺 (Anti-nodulation high-sulfur non-quenched and tempered steel smelting process ) 是由 徐必靖 任振海 陈占领 朱富强 赵阳 李亚 刘泽 于 2020-06-19 设计创作，主要内容包括：本发明属于非调质钢冶炼技术领域,具体涉及一种防结瘤高硫非调质钢冶炼工艺。为了解决本发明特定钢成分的在冶炼过程中,钢中的夹杂物最终是以高熔点的镁铝尖晶石类夹杂物裹合硫化钙形成的复合夹杂的问题,明确了关键操作工艺精炼渣的控制,如精炼中控制炉渣二元碱度(CaO/SiO<Sub>2</Sub>)2.5-3.5,是增加炉渣对该类夹杂物的吸附性能；通过控制三元碱度来调节炉渣的流动性,两者相互协同后才能保证控制连铸浇注过程结瘤的关键因子,本发明还明确VD真空处理后喂线顺序及时间要求,有效控制氧化物夹杂向低熔点夹杂物转变,同时防止高熔点硫化物夹杂的大量生成,最终使钢水在连铸浇注过程中,浇注曲线平稳,液面无波动。(The invention belongs to the technical field of non-quenched and tempered steel smelting, and particularly relates to an anti-nodulation high-sulfur non-quenched and tempered steel smelting process. In order to solve the problem that the inclusion in the steel is finally a composite inclusion formed by wrapping calcium sulfide with high-melting-point magnesium aluminate spinel type inclusion in the smelting process of specific steel components, the invention defines the control of the refining slag of key operation process, such as the control of the binary basicity (CaO/SiO) of the slag in the refining process 2 )2.5-3.5, which is to increase the adsorption performance of slag on the impurities; the invention also defines the wire feeding sequence and time requirements after VD vacuum treatment, effectively controls the transformation of oxide inclusions to low-melting-point inclusions, and simultaneously prevents a large amount of high-melting-point sulfide inclusions from being generated, thereby finally ensuring that the pouring curve of the molten steel is stable and the liquid level has no fluctuation in the continuous casting pouring process.)

一种防结瘤高硫非调质钢冶炼工艺

技术领域

本发明属于非调质钢冶炼技术领域，具体涉及一种防结瘤高硫非调质钢冶炼工艺。

背景技术

非调质钢是20世纪70年代伴随着国际上的能源短缺发展起来的一种绿色节能钢种，非调质钢省去了淬火、高温回火工序，使生产工艺得到简化，能耗减少，被广泛应用在汽车零部件上。其中高硫非调质钢属于含S含Al易切削非调质钢的重要品种，由于非调质钢含有较高的硫和铝，所以在浇铸过程中容易生成高熔点的复合夹杂，即在水口内壁聚集的夹杂物，该类夹杂物具有高熔点、不变形等特性，容易在水口内壁聚集长大造成结瘤堵塞，从而造成结晶器液面波动，浇注曲线稳定性差，导致大量废品产生，同时极易造成后续轧材皮下夹渣等缺陷。对于具体的不同的钢种工艺，钢中的夹杂物类型不同，控制手段自然也是不同的。对于本发明限定范围成分的钢种，其形成的夹杂物最终是以高熔点的镁铝尖晶石类夹杂物裹合硫化钙形成的复合夹杂(CaO-Al₂O₃-MgO-CaS)，且由于在VD真空处理中涉及多种丝线的喂线处理，很容易就会使钢中夹杂物数量增加或夹杂物变性不彻底导致在连铸浇注过程中水口结瘤，其复杂程度远远高于常规的含铝含硫钢，所以，如何去除该特定类型的高熔点复合夹杂，避免在连铸浇注过程中产生结瘤现象，是本发明所要解决的技术问题。

本发明技术在于提出一种行之有效的冶炼操作工艺，可以有效防止高硫非调质钢在连铸浇注过程中产生结瘤现象，从而稳定浇注曲线，减少产品质量缺陷，提升产品合格率，提升产品质量。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种防结瘤高硫非调质钢冶炼工艺，在该工艺中，本发明通过控制炉渣二元碱度(CaO/SiO₂)、三元碱度、以及控制软吹中喂线顺序等条件，最终使钢水在连铸浇注过程中，浇注曲线平稳，液面无波动，大大减少产品报废，提升了产品质量。

为了达到上述技术目的，本发明采用的技术方案为：

一种防结瘤高硫非调质钢，按重量百分比：碳0.40％-0.45％、硅0.30％-0.50％、锰1.20％-1.50％、磷≤0.030％、硫0.035％-0.075％、铬≤0.25％、镍≤0.25％、铜≤0.20％、铝0.010％-0.040％、钒0.06％-0.10％、钼≤0.25％、铌0.02％-0.04％、氮0.0100％-0.0150％，其余为铁。

冶炼工艺流程：电炉吹炼→钢包精炼→VD真空精炼→连铸保护浇注；

(1)电炉冶炼控制出钢碳含量，碳控制在0.08％～0.25％，目的是为了降低电炉冶炼终点钢水氧活度，降低后道工序脱氧难度，同时出钢温度要求大于1600℃以上。电炉冶炼终点磷要求≤0.018％，出钢过程严禁下渣，保证成品磷≤0.020％。

(2)电炉出钢过程脱氧加铝块120kg/炉，铝块分两次加入，第一次在放钢30吨时加入30kg，第二次90kg随出钢过程合金及石灰和化渣剂辅料共同加入。出钢过程钢包渣料配比500kg石灰+550kg化渣剂/炉，确保钢水到精炼后钢包渣化渣情况良好，没有渣料堆积。

(3)精炼炉根据冶炼过程炉渣情况少量补充调整渣料，使用铝粒提升钢包渣面扩散脱氧效率，控制炉渣碱度和流动性。控制炉渣二元碱度(CaO/SiO₂)2.5-3.5，确保炉渣对夹杂物具有良好吸附性能；控制炉渣三元碱度(CaO/(SiO₂+Al₂O₃))1.05-1.25，确保炉渣具有良好流动性能。

进一步，精炼炉控制冶炼过程钢中铝含量，控制氩气调节。氩气控制为精炼前期15分钟，流量控制200-400ml//min，中后期流量控制50-150ml//min，避免长时间大氩气搅拌，出钢铝控制在0.030％-0.040％，出钢前严禁大档位升温，避免对炉渣产生影响。

在精炼中随着冶炼过程的进行，钢中夹杂物也是在不断发生变化的，在该发明工艺中，钢中的夹杂物最终是以高熔点的镁铝尖晶石类夹杂物裹合硫化钙形成的复合夹杂(CaO-Al₂O₃-MgO-CaS)。本发明工艺中控制炉渣二元碱度(CaO/SiO₂)2.5-3.5，增加炉渣对该类夹杂物的吸附性能协同控制三元碱度来调节炉渣的流动性，相互协同后才能对夹杂物去除的预期效果。

(4)VD真空处理高真空(<67Pa)保压时间≥10分钟，高真空保压过程调整氩气流量，保持高真空处理过程钢水微微翻出渣面，避免钢渣大流量搅拌。真空处理结束前，调整氩气流量为30-80ml//min(优选50ml//min)，确保破空后渣面微微蠕动，钢水不翻出渣面。

(5)VD真空处理破空后，取样后根据结果调整喂线量，喂线顺序为铝线→氮锰线→硅钙线→硫线，铝线、氮锰线和硅钙线喂线时间为真空破空后根据钢水成分按照喂线顺序进行喂线处理，硅钙线喂线后钢水必须氩气软吹>10分钟(优选15分钟)再喂入硫铁线，喂入硫线后必须保证软吹时间>15分钟(优选软吹15-25分钟)才能吊包上连铸进行浇注。

进一步，VD破空后，喂入硅钙线并控制好喂线速度为150-180米/分钟，并加入覆盖剂进行钢水弱搅拌10分钟以上，再喂入纯硫线。其目的是：硅钙线喂线速度控制主要是为了防止喂入过慢导致钙不能有效进入钢水，喂入速度过快，易造成钢水中局部钙浓度过高，生产大量硫化钙夹杂。

本发明中VD真空处理后涉及4种丝线的喂线处理，其处理相比常规的真空处理较为复杂，在该步骤中必须严格按照喂线顺序铝线→氮锰线→硅钙线→硫线，否则将会造成钢中夹杂物数量增加或夹杂物变性不彻底导致在连铸浇注过程中水口结瘤。按丝线喂入顺序进行处理后，钢水软吹时间控制在15-20分钟即可，不必长时间进行软吹(优选30-60分钟的软吹)，造成生产成本上的浪费。

连铸采用全保护浇注，长水口、中间包均使用氩封，中间包使用碱性覆盖剂。

本发明创造具有以下优点：

1、本发明明确了关键操作工艺精炼渣的控制：炉渣二元碱度(CaO/SiO₂)＝2.5-3.5，炉渣三元碱度(CaO/(SiO₂+Al₂O₃))＝1.05-1.20，同时确保炉渣对夹杂物具有良好吸附性能以及炉渣具有良好流动性能。炉渣碱度对氧化物、硫化物夹杂物的吸附去除极为关键，是控制连铸浇注过程结瘤的关键因子。

2、本发明明确了VD真空处理后喂线顺序及时间要求，有效控制氧化物夹杂向低熔点夹杂物转变，同时防止高熔点硫化物夹杂的大量生成，同样是控制连铸浇注过程结瘤的关键因子。

3、按此方法冶炼的钢水在连铸浇注过程中，浇注曲线平稳，液面无波动，大大减少产品报废，提升了产品质量。

方案简单、有效、易实行，可节省能耗、降低生产成本，同时为生产类似钢种提供了解决技术性难题的方法。

附图说明

图1为实施例1的连铸浇注过程曲线情况。

从图1可知，按本发明的工艺冶炼的钢水在连铸浇注过程中，浇注曲线平稳，液面无波动。

图2实施例1的使用过后下线的中间包浸入式水口内壁情况。

从图2可知，按本发明的工艺冶炼的钢水，中间包浸入式水口使用前水口内径为40mm，使用过后的内壁无絮瘤物堵塞，内径无变化。

图3为对比例1的连铸浇注过程曲线情况。

从图3可知，对比例1钢水在连铸浇注过程中，浇注曲线不稳波动明显，液面波动，塞棒上涨，结瘤严重。

具体实施方式

实施例1

一种防结瘤高硫非调质钢，冶炼的钢成分为碳0.40％-0.45％、硅0.30％-0.50％、锰1.20％-1.50％、磷≤0.030％、硫0.035％-0.075％、铬≤0.25％、镍≤0.25％、铜≤0.20％、铝0.010％-0.040％、钒0.06％-0.10％、钼≤0.25％、铌0.02％-0.04％、氮0.0100％-0.0150％，其余为铁；

冶炼工艺为；

(1)电炉冶炼控制出钢碳含量，碳控制在0.08％～0.25％，同时出钢温度要求大于1600℃以上(实施例1的出钢温度为1610-1622℃之间)。电炉冶炼终点磷要求≤0.018％，出钢过程严禁下渣，保证成品磷≤0.020％。

电炉出钢过程脱氧加铝块120kg/炉，铝块分两次加入，第一次在放钢30吨时加入30kg，第二次在出钢60吨时，90kg铝块随出钢过程合金及石灰和化渣剂辅料共同加入。出钢过程钢包渣料配比500kg石灰+550kg化渣剂/炉，确保钢水到精炼后钢包渣化渣情况良好，没有渣料堆积。

(2)精炼炉根据冶炼过程炉渣情况少量补充调整渣料，使用铝粒提升钢包渣面扩散脱氧效率，控制炉渣碱度和流动性，即为：控制炉渣二元碱度(CaO/SiO₂)2.5-3.5，控制炉渣三元碱度(CaO/(SiO₂+Al₂O₃))1.05-1.20。

精炼炉控制冶炼过程钢中铝含量，控制氩气调节，氩气控制为精炼前期15分钟，流量控制200-400ml//min，中后期流量控制50-150ml//min，避免长时间大氩气搅拌，出钢铝控制在0.030％-0.040％，出钢前严禁大档位升温，避免对炉渣产生影响。

(3)VD真空处理高真空(<67Pa)保压时间≥10分钟(实施例1保压时间15分钟)，高真空保压过程调整氩气流量为50-80ml//min，保持高真空处理过程钢水微微翻出渣面，避免钢渣大流量搅拌。

(4)VD真空处理破空后，根据取样结果调整喂线量，喂线顺序为铝线→氮锰线→硅钙线→硫线，铝线、氮锰线和硅钙线喂线时间为真空破空后根据钢水成分按照喂线顺序进行喂线处理，控制硅钙线的喂线速度为150-180米/分钟，硅钙线喂线后钢水必须氩气软吹>10分钟(实施例1为软吹15分钟)再喂入硫铁线，喂入硫线后必须保证软吹时间>15分钟(实施例1为软吹15-25分钟)才能吊包上连铸进行浇注。

(5)连铸采用全保护浇注，长水口、中间包均使用氩封，中间包使用碱性覆盖剂，其中连铸拉速0.85-0.95m/min，结晶器电搅参数200A/2.5Hz，使用中碳含硫钢保护渣。

按实施例1方法生产了6炉(600吨)高硫非调质钢(实施例仅验证了6炉效果，但并非代表最多仅连续能生成6炉，6炉后如果继续以该工艺生产浇筑，仍能达到平稳的浇注曲线)。

6炉的高硫非调质钢主要信息如表1、表2所示。该6炉连铸浇注过程曲线平稳无波动(如图1)，使用过后下线的中间包浸入式水口内壁情况(如图2)。

表1：电炉温度及出钢加料，精炼炉渣碱度

表2：冶炼的钢成品成分

对比例1

对比例1与实施例1相比，区别在于：控制精炼工艺中的炉渣二元碱度为3.86-4.28之间，不限定在2.5-3.5范围内，其余操作与实施例1相同。

按对比例1条件生产了5炉高硫非调质钢(图3)。如图3所示，连铸浇注过程曲线波动明显，塞棒位置上涨，结瘤现象严重。

表3：精炼炉渣碱度

且如果精炼工艺中的炉渣三元碱度不限定在1.05-1.20范围内，大于或小于该范围，或VD真空处理喂线操作不合理，其它操作与实施1相同，得到的钢水连铸浇注过程曲线均会波动明显，塞棒位置上涨，发生明显结瘤。