CN101580912B

CN101580912B - 低碳高硫易切削钢的生产工艺方法

Info

Publication number: CN101580912B
Application number: CN2009100627483A
Authority: CN
Inventors: 张贤忠; 陈庆丰; 熊玉彰; 邱文涛; 韦泽宏; 王国秋; 郭元奎; 李献忠; ***; 杨帆; 邵兰
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Priority date: 2009-06-19
Filing date: 2009-06-19
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2029-06-19
Also published as: CN101580912A

Abstract

本发明提供一种低碳高硫易切削钢的生产工艺方法，其步骤是：1)采用电炉在不供电情况下吹氧冶炼，电炉热装铁水与废钢比例达到7.0∶1.0～3.0，炉门碳氧枪和炉壁煤氧副枪交替向炉内吹氧富碳熔炼；2)偏心炉底留钢留渣出钢，炉后进行预脱氧，然后造渣；3)精炼炉造低碱度渣，精炼渣的组成重量比例为：CaO：40～50％，SiO₂：15～30％，Al₂O₃：20～35％，MgO：5～15％；钢中各元素的化学成分达到所需要求，温度达到1580～1600℃后，向精炼炉中喂Ca线或Ca-Si线，软吹时间8～15min起坑调包上连铸平台；4)连铸采用一机四流弧形连铸机，采用长水口氩缝密封保护和中间包吹氩保护浇铸；二冷采用弱冷工艺，结晶器采用电磁搅拌，电流为600～700A，频率为4～5Hz。

Description

低碳高硫易切削钢的生产工艺方法

技术领域

本发明涉及一种低碳高硫易切削钢的生产工艺方法，特别是Consteel电炉+精炼炉+连铸的低碳高硫易切削钢生产方法。属于冶金行业。

背景技术

易切削钢是以优秀切削加工性能为突出特征的钢种，由于该钢种在切削加工过程中具有较低的切削力及切削温度，切屑处理好、表面光洁度好和提高刀具的使用寿命等优点，而被广泛应用于切削加工量大，加工自动化程度高的汽车、拖拉机、机床、仪器仪表及IT等行业中。由此带来了切削成本成倍降低，产品质量大幅度提高和生产效率成倍提高。国外易切削钢主要采用电弧炉熔炼+二次精炼+连铸工艺或转炉冶炼+二次精炼+连铸工艺进行生产，该工艺成熟、产品质量可靠，已逐渐取代了电弧炉熔炼+模铸的生产方式。国外易切削钢典型生产工艺流程主要有：日本大同知多厂：70t EAF-LF-RH-CC(弧形2流，370mm×480mm/立式4流圆坯Φ170-350)-初轧开坯；日本爱知知多厂：80tEAF-LF-RH-CC(370mm×480mm或185mm×185mm)-初轧开坯或连轧；日本住友小仓：KR-70BOF-70tVAD/RH-CC(410mm×560mm)。国内生产易切削钢的厂家主要是部分特钢厂，象北满特钢、宝钢特钢、首钢特钢、贵阳特钢、重庆特钢和兴澄钢厂等能少量生产，且大多采用电炉+模注工艺，只有少数钢厂摸索了部分易切削钢的连铸工艺，且产品质量不稳定，造成大量的易切削钢须依赖国外进口。国内部分生产易切削钢钢厂的工艺流程为：北满特钢：30EAF-EBT-40tLF-3.15t钢锭浇注；贵阳特钢：60tEAF-LF-CC；莱芜钢铁：15tEAF-钢包底吹氩精炼-685kg钢锭。

硫系易切削钢中硫的控制是易切削钢生产的难点，其钢中硫的收得率严重影响了钢中硫含量。目前主要采用硫磺粉直接加入、硫铁矿粉直接加入、工业纯硫亚铁加入、硫磺或硫化亚铁合金芯线加入等方法。但考虑到对环境和钢液的污染、硫的收得率和成本问题，现在比较普遍和成熟的工艺是向钢包中喂硫线或硫铁矿。影响钢中硫收得率的主要有以下几个方面：

一是渣系的选择，对于非易切削钢电炉冶炼的白渣CaO-SiO2-Al2O3渣系，由于炉渣的脱硫率高(40％～70％)，对保证和稳定钢中硫含量不利。而江阴兴澄钢铁公司开发的镁砂渣工艺，其还原炉内硫至出钢后的脱硫率只有5～10％，从而稳定了成品硫的含量。镁砂渣工艺主要是在CaO-SiO2-Al2O3渣系的基础上加入一定的MgO和火砖块，形成以MgO、SiO2为主成分的渣系，根据硫容量理论计算，MgO脱硫能力最弱，从而保证渣系低的脱硫率。

二是炉渣的碱度：熔渣的碱度越高，其脱S能力越强，有关理论认为这是由于钢中S易被渣中自由O2-的电荷置换，由于碱性渣有较多的自由O2-，因而具有较大的脱硫能力。但为保证S的分配比，熔渣又必须有一定的碱度，故采用了接近于中性渣的碱度(1.5～2.5)，可保证钢中渣子不吸收硫或少吸收硫。

易切削钢是世界三大难以连铸的钢种之一，其连铸工艺开发的难点主要在于：易切削钢的高氧含量、高硫含量大大降低了钢水的表面张力，使钢渣分离困难，从而造成钢渣混卷，形成大量表面及皮下缺陷，甚至造成漏钢，使连铸生产难以进行；易切削钢中锰、氧含量高，在高温下会与耐火材料中的某些成分发生理化反应，使耐火材料浸蚀，在连铸生产中造成溢钢或中间包漏钢等现象；易切削钢钢液粘度大，流动性差，为保证其可浇性必须提高浇注温度，但同时易切削钢又是裂纹敏感钢种，必须采用弱冷制度，这些相互矛盾的要求使易切削钢由模铸工艺转变为连铸工艺非常困难，一度成为连铸工作者的禁区。因此，目前在易切削钢生产过程中，连铸工艺控制显得极其重要。

由以上文献可以看出，有关易切削钢生产的国内研究有不少，尤其是在不同牌号的易切削钢方面根据自身的条件做了不同的研究，而且多是从增加易切削元素或改进工艺着手。而国外的报道中对易切削钢做的研究也较多，尤其是日本在这方面做的研究更多，并取得了一系列的专利。在国内外，现阶段易切削钢根据添加不同的易切削元素分为好几个系列，如Pb系、Ca系、S系等，但其生产工艺基本相同，多是初炼-二次精炼-连铸。

在所查阅的文献中，未查阅到与该课题完全相同的文献与专利报道。由以上文献可以看出，有关易切削钢生产的国内研究有不少，尤其是在不同牌号的易切削钢方面根据自身的条件做了不同的研究，而且多是从增加易切削元素或改进工艺着手。而国外的报道中对易切削钢做的研究也较多，尤其是日本在这方面做的研究更多，并取得了一系列的专利。在国内外，现阶段易切削钢根据添加不同的易切削元素分为好几个系列，如Pb系、Ca系、S系等，但其生产工艺基本相同，多是初炼-二次精炼-连铸。

发明内容

本发明的目的在于克服以上易切削钢的生产工艺难点，提出一种低碳高硫易切削钢的生产工艺方法，通过精炼炉中S控制工艺，提高钢中S收得率，稳定钢中的S含量；通过连铸液面控制、电磁搅拌、正弦振动、连铸专用保护渣、二冷控制等工艺过程控制来保证易切削钢铸坯的表面和内部质量，从而解决了易切削钢的生产问题。

本发明的技术方案：本发明的提供了一种低碳高硫易切削钢的生产工艺方法，其步骤是：

1)采用Consteel电炉在不供电情况下吹氧冶炼，电炉热装铁水与废钢比例达到7.0∶1.0～3.0，炉门碳氧枪和炉壁煤氧副枪交替向炉内吹氧富碳熔炼，以钢水反应的化学能代替电能，保证了冶炼期钢水脱碳量、冶炼终点碳和温度；

2)偏心炉底留钢留渣出钢，炉后进行预脱氧，向钢包中加钢芯铝、Ba-Ca-Si或复合精炼脱氧剂的一种或几种合金化；然后造渣，造渣采用活性石灰，用量：6～8kg/t，降低了进入精炼炉钢水的氧含量和炉渣的氧化性；

3)精炼炉造低碱度渣，精炼渣的组成和重量比例为：CaO：40～50％，SiO₂：15～30％，Al₂O₃：20～35％，MgO：5～15％；

精炼后期钢中除S以外的元素化学成分进入规格后，向精炼炉内喂S线，并保持钢包底吹氩的强度，S的回收率为75～85％；钢中各元素的化学成分达到所需要求，温度达到1580～1600℃后，向精炼炉中喂Ca线或Ca-Si线，软吹时间8～15min方可起坑调包上连铸平台；

4)连铸采用一机四流弧形连铸机，连铸包括浇铸、一冷、二冷、矫直、火焰切割几部分；采用长水口氩缝密封保护和中间包吹氩保护浇铸，浸入式水口***深度为100～130mm，避免钢水冲击，造成液面波动过大；二冷部分采用弱冷工艺，结晶器采用电磁搅拌，其电流为600～700A，频率为4～5Hz。

其步骤4)连铸过热度控制在15～30℃。

其结晶器保护渣采用碱度为4的高碱度保护渣。

所述的低碳高硫易切削钢的生产工艺方法，其二冷为弱冷工艺，包括四段：足辊段、活动段、固定段I、固定段II，全部采用气雾冷却，比水量为0.30～0.35L/Kg，拉速为1.80～2.10m/min。

所述的低碳高硫易切削钢的生产工艺方法，其矫直段温度为950～1050℃。

本发明的优点：本发明提供的低碳高硫易切削钢的生产方法与现有的含硫易切削钢工艺技术相比，主要有以下有益效果：

1、本发明生产成本低，节约能源；

2、本发明提供的工艺线路简单，可操作性强，易于控制；

3、S成分易于控制，S的收得率高；

4、连铸无漏钢，减少了生产事故；

5、采用电磁搅拌和弱冷冷却，铸坯无表面质量问题，减少了铸坯C、Mn、S的偏析。

易切削钢的高氧含量、高硫含量大大降低了钢水的表面张力，使钢渣分离困难，从而造成钢渣混卷，形成大量表面及皮下缺陷，甚至造成漏钢，使连铸生产难以进行；同时，易切削钢中锰、氧含量高，在高温下会与耐火材料中的某些成分发生理化反应，使耐火材料浸蚀，在连铸生产中造成溢钢或中间包漏钢等现象；另外，易切削钢钢液粘度大，流动性差，为保证其可浇性必须提高浇注温度，但同时易切削钢又是裂纹敏感钢种，必须采用弱冷制度，因此，本发明的工艺技术方案中，将易切削钢的连铸过热度控制在15～30℃，结晶器保护渣采用专用高碱度4保护渣，二冷水采用弱冷工艺，其二冷四段(足辊段、活动段、固定段I、固定段II)全部采用气雾冷却，比水量为0.30～0.35L/Kg，拉速为1.80～2.10m/min，矫直段温度为950～1050℃。

具体实施方式

采用本发明提供的低碳高硫易切削钢生产方法，生产含硫易切削钢，其化学成分主要包括(重量百分比)：C：0.14～0.20％，Si：0.17～0.37％，Mn：1.30～1.60％，P：＜0.040％，S：0.080～0.130％，其余为铁和不可避免的夹杂。其工艺技术路线为：Consteel电炉熔炼-EBT偏底心炉留钢留渣出钢-LF钢包炉精炼-CC弧形连铸机连铸。本发明的提供了一种低碳高硫易切削钢的生产工艺方法，其步骤是：

所述的低碳高硫易切削钢的生产工艺方法，其步骤4)连铸过热度控制在15～30℃。

所述的低碳高硫易切削钢的生产工艺方法，其结晶器保护渣采用碱度为4的高碱度保护渣。

实施方案1：

(1)采用Consteel电炉吹氧不供电冶炼技术，电炉热装铁水与废钢比例为1.0，炉门碳氧枪和炉壁媒氧副枪交替向炉内吹氧富碳熔炼，以钢水反应的化学能代替电能，冶炼期钢水脱碳量为0.30％，冶炼终点C含量为0.08％，终点温度1630℃。

(2)偏心炉底留钢留渣出钢(EBT)，炉后进行预脱氧，当出钢量达到1/3时，向钢包中加钢芯铝和复合精炼脱氧剂0.5kg/t、硅铁、锰铁或硅锰合金进行合金化；当出钢量达到2/3时，向钢包中加入造渣材料：活性石灰用量：6kg/t。

(3)精炼炉(LF)造低碱度渣，精炼渣的组成和比例为：CaO：40％，SiO₂：25％，Al₂O₃：25％，MgO：10％。精炼后期钢中除S以外的元素化学成分进入规格后向精炼炉内喂S线，S线喂入量安要求成分的中上限控制，并保持钢包底吹氩的强度，S的回收率为85％。钢中各元素的化学成分和温度达到所需要求后，向精炼炉中喂Ca线或Ca-Si线，软吹时间为10min，然后起坑调包上连铸平台。

(4)连铸采用长水口氩缝密封保护和中间包吹氩保护浇铸，浸入式水口***深度为100mm，结晶器液面控制在800mm(结晶器长度为1000mm)，手动开浇后即转入自动控制浇钢***(杜绝开浇后的手动浇钢)。结晶器采用电磁搅拌，其电流为600A，频率为4Hz。连铸过热度为15℃，，并且结晶器保护渣采用专用高碱度保护渣(碱度为4)。二冷水采用弱冷工艺，其二冷四段(足辊段、活动段、固定段I、固定段II)全部采用气雾冷却，比水量为0.30L/Kg，拉速为1.80m/min，矫直段温度为1050℃。

实施方案2：

(1)采用Consteel电炉吹氧不供电冶炼技术，电炉热装铁水与废钢比例为2.0，炉门碳氧枪和炉壁媒氧副枪交替向炉内吹氧富碳熔炼，以钢水反应的化学能代替电能，冶炼期钢水脱碳量为0.45％，冶炼终点C含量为0.10％，终点温度1640℃。

(2)偏心炉底留钢留渣出钢(EBT)，炉后进行预脱氧，当出钢量达到1/3时，向钢包中加钢芯铝和复合精炼脱氧剂0.5kg/t、硅铁、锰铁或硅锰合金进行合金化；当出钢量达到2/3时，向钢包中加入造渣材料：活性石灰用量：7kg/t。

(3)精炼炉(LF)造低碱度渣，精炼渣的组成和比例为：CaO：45％，SiO2：20％，Al2O3：20％，MgO：15％。精炼后期钢中除S以外的元素化学成分进入规格后向精炼炉内喂S线，S线喂入量安要求成分的中上限控制，并保持钢包底吹氩的强度，S的回收率为80％。钢中各元素的化学成分和温度达到所需要求后，向精炼炉中喂Ca线或Ca-Si线，软吹时间为10min，然后起坑调包上连铸平台。

(4)连铸采用长水口氩缝密封保护和中间包吹氩保护浇铸，浸入式水口***深度为110mm，结晶器液面控制在800mm(结晶器长度为1000mm)，手动开浇后即转入自动控制浇钢***(杜绝开浇后的手动浇钢)。结晶器采用电磁搅拌，其电流为650A，频率为4Hz。连铸过热度为20℃，并且结晶器保护渣采用专用高碱度保护渣(碱度为4)。二冷水采用弱冷工艺，其二冷四段(足辊段、活动段、固定段I、固定段II)全部采用气雾冷却，比水量为0.32L/Kg，拉速为1.95m/min，矫直段温度为1000℃。

实施方案3：

(1)采用Consteel电炉吹氧不供电冶炼技术，电炉热装铁水与废钢比例为3.0，炉门碳氧枪和炉壁媒氧副枪交替向炉内吹氧富碳熔炼，以钢水反应的化学能代替电能，冶炼期钢水脱碳量为0.60％，冶炼终点C含量为0.12％，终点温度1650℃。

(2)偏心炉底留钢留渣出钢(EBT)，炉后进行预脱氧，当出钢量达到1/3时，向钢包中加钢芯铝和复合精炼脱氧剂0.5kg/t、硅铁、锰铁或硅锰合金进行合金化；当出钢量达到2/3时，向钢包中加入造渣材料：活性石灰用量：8kg/t。

(3)精炼炉(LF)造低碱度渣，精炼渣的组成和比例为：CaO：50％，SiO2：20％，Al2O3：20％，MgO：10％。精炼后期钢中除S以外的元素化学成分进入规格后向精炼炉内喂S线，S线喂入量安要求成分的中上限控制，并保持钢包底吹氩的强度，S的回收率为75％。钢中各元素的化学成分和温度达到所需要求后，向精炼炉中喂Ca线或Ca-Si线，软吹时间为13min，然后起坑调包上连铸平台。

(4)连铸采用长水口氩缝密封保护和中间包吹氩保护浇铸，浸入式水口***深度为120mm，结晶器液面控制在800mm(结晶器长度为1000mm)，手动开浇后即转入自动控制浇钢***(杜绝开浇后的手动浇钢)。结晶器采用电磁搅拌，其电流为700A，频率为5Hz。连铸过热度为35℃，并且结晶器保护渣采用专用高碱度保护渣(碱度为4)。二冷水采用弱冷工艺，其二冷四段(足辊段、活动段、固定段I、固定段II)全部采用气雾冷却，比水量为0.35L/Kg，拉速为2.10m/min，矫直段温度为950℃。

采用上述3种实施方案，其生产的低碳高硫易切削钢低倍组织为：

采用上述3种实施方案，其生产的低碳高硫易切削钢铸坯中S、Mn元素的偏析为：

Claims

1.一种低碳高硫易切削钢的生产工艺方法，所述的低碳高硫易切削钢其化学成分重量百分比包括：C：0.14～0.20％，Si：0.17～0.37％，Mn：1.30～1.60％，P：＜0.040％，S：0.080～0.130％，其余为铁和不可避免的夹杂，其生产工艺步骤是：

1)采用Consteel电炉在不供电情况下吹氧冶炼，电炉热装铁水与废钢比例达到7.0：1.0～3.0，炉门碳氧枪和炉壁煤氧副枪交替向炉内吹氧富碳熔炼，以钢水反应的化学能代替电能，保证冶炼期钢水脱碳量、冶炼终点碳和温度；

2)偏心炉底留钢留渣出钢，炉后进行预脱氧，向钢包中加钢芯铝、Ba-Ca-Si或复合精炼脱氧剂的一种或几种合金化；然后造渣，造渣采用活性石灰，用量：6～8kg/t，降低进入精炼炉钢水的氧含量和炉渣的氧化性；

3)精炼炉造低碱度渣，精炼渣的组成和重量比例为：CaO：40～50％，SiO₂：15～30％，Al₂O₃：20～35％，MgO：5～15％；精炼后期钢中除S以外的元素化学成分进入规格后，向精炼炉内喂S线，并保持钢包底吹氩的强度，S的回收率为75～85％；钢中各元素的化学成分达到所需要求，温度达到1580～1600℃后，向精炼炉中喂Ca线或Ca-Si线，软吹时间8～15min，方起坑调包上连铸平台；

4)连铸采用一机四流弧形连铸机，连铸包括浇铸、一冷、二冷、矫直、火焰切割几部分；采用长水口氩缝密封保护和中间包吹氩保护浇铸，浸入式水口***深度为100～130mm，避免钢水冲击，造成液面波动过大；二冷部分采用弱冷工艺，结晶器保护渣采用碱度为4的高碱度保护渣；结晶器采用电磁搅拌，其电流为600～700A，频率为4～5Hz。

2.根据权利要求1所述的低碳高硫易切削钢的生产工艺方法，其特征在于：其二冷为弱冷工艺，包括四段：足辊段、活动段、固定段I、固定段II，全部采用气雾冷却，比水量为0.30～0.35L/kg，拉速为1.80～2.10m/min。

3.根据权利要求1或2所述的低碳高硫易切削钢的生产工艺方法，其特征在于：连铸矫直段温度为950～1050℃。