CN111455138A - 一种中高碳硫铅复合系易切削结构钢的冶炼方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种中高碳硫铅复合系易切削结构钢的冶炼方法，包括初炼工艺+LF及真空脱气精炼工艺，所述的初炼工艺包括电炉或转炉，出钢时根据钢中原始S含量、钢种成分要求、以及特殊出钢初始渣系的脱硫率来使用硫磺或硫铁块增硫；以石灰、高纯石英砂配置主渣系成分，以含C、Si、Al、Mn的脱氧剂及合金作为脱氧合金化材料，并很好的控制有害夹杂物。本方法能保证兼顾良好去除气体和铅的良好控制，避免真空后的加铅操作造成气体含量大幅回升，不同的真空方式与加铅方式结合可有效的利用工序除尘***收集铅蒸气，防止环境受到影响，取得了很好的效果。

Description

一种中高碳硫铅复合系易切削结构钢的冶炼方法
技术领域
本发明涉及一种易切削钢的冶炼方法，尤其涉及一种中高碳硫铅复合系易切削结构钢的冶炼方法，属于冶金技术领域。
背景技术
目前，国内钢铁行业的“硫系易切钢”的冶炼生产工艺很多，但“硫铅复合系易切钢”的冶炼生产工艺极少，且均不能进行高品质中高碳含铅易切削结构钢的生产。其存在的问题是：（1）不能兼顾真空脱气处理与硫含量的有效控制。（2）不能兼顾铅的均匀性和钢中气体含量的控制。（3）不能（甚至缺少这项技术）对因钢中含铅、硫而造成的铸坯表面不良进行控制，导致铸坯需进行表面修磨才能轧制，成本增加。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种中高碳硫铅复合系易切削结构钢的冶炼方法，该方法具备可控、优质、高效、低成本使用于相应碳含量的硫铅复合系易切削结构钢的工业化生产，有效的解决了上述存在的技术问题。
本发明的技术方案为：一种中高碳硫铅复合系易切削结构钢的冶炼方法，包括初炼工艺+LF及真空脱气精炼工艺，所述的初炼工艺包括电炉、模铸或转炉，出钢时根据钢中原始S含量、钢种成分要求、出钢初始渣系的脱硫率来使用硫磺或硫铁块增硫，以石灰、高纯石英砂配置主渣系成分，以含C、Si、Al、Mn的脱氧剂及合金作为脱氧合金化材料，控制初始渣系的单一碱度CaO/SiO2=1.5～3.0，其中CaO：40～50%、SiO2：10～30% 、Al2O3≤15%，其余为MnO、MgO、铁的氧化物、其它氧化物及杂质。
所述方法中的LF及真空脱气精炼工艺为：以复合精炼渣+SiC+高纯石英砂联合渣面脱氧及调渣；以含碳硫铁块或含碳硫铁线调硫、调碳。
调渣过程中控制精炼渣单一碱度CaO/SiO2=1.5～2.0，其中CaO：45～50%、SiO2：25～30%、Al2O3≤10%，其余为CaF2、MnO、MgO、铁的氧化物、其它氧化物、少量CaS及杂质。
所述Mn与S在满足标准关系的同时满足Mn3/S≥3。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明具有的优点是：
（1）初始渣系的硫容量偏低，有利于减少出钢过程硫的消耗，且可防止大量脱硫产物CaS的产生，避免了因渣中含有大量CaS而导致渣系流动性变坏，从而保证了出钢后的去气、去夹杂效果。
（2）初始渣系具有一定的碱度和良好的流动性与泡沫性，有利于捕捉并去除夹杂物，有利于防止精炼初期送电后电极弧光区增氮。
（3）脱氧合金化为：C-Si-Al-Mn联合脱氧，有利于形成易于去除的复合夹杂物，相较于别的易切钢生产冶炼工艺使用了Al作为初始脱氧剂，并利用形成复合夹杂物的技术予以去除了Al脱氧产生的有害Al2O3夹杂。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将参照本实施例对本发明作进一步的详细描述。
实施例1：一种中高碳硫铅复合系易切削结构钢的冶炼方法，包括初炼工艺+LF及真空脱气精炼工艺，所述的初炼工艺包括电炉、模铸或转炉，出钢时根据钢中原始S含量、钢种成分要求、以及特殊出钢初始渣系的脱硫率来使用硫磺或硫铁块增硫，以石灰、高纯石英砂配置主渣系成分，以含C、Si、Al、Mn的脱氧剂及合金作为脱氧合金化材料，控制初始渣系的单一碱度CaO/SiO2=1.5～3.0，其中CaO：40～50%、SiO2：10～30% 、Al2O3≤15%，其余为MnO、MgO、铁的氧化物、其它氧化物及杂质。
本发明提供的含铅易切钢冶炼工艺的初始冶炼工艺过程不限，关键是：出钢时根据钢中原始S含量、钢种成分要求，以及特殊出钢初始渣系的脱硫率来使用硫磺或硫铁块适量增硫。以石灰、高纯石英砂配置主渣系成分，以含C、Si、Al、Mn的脱氧剂及合金作为脱氧合金化材料，并很好的控制有害夹杂物，控制初始渣系的单一碱度CaO/SiO2=1.5～3.0，其中CaO：40～50%、SiO2：10～30% 、Al2O3≤15%其余为MnO、MgO、铁的氧化物、其它氧化物及杂质。
本发明提供的LF及真空脱气精炼工艺中，LF精炼过程不使用Al脱氧，而以适量复合精炼渣+SiC+高纯石英砂联合渣面脱氧及调渣，控制精炼渣单一碱度CaO/SiO2=1.5～2.0，其中CaO：45～50%、SiO2：25～30% 、Al2O3≤10%，其余为CaF2、MnO、MgO、铁的氧化物、其它氧化物、少量CaS及杂质；以含碳硫铁块或含碳硫铁线适当调硫、调碳；Mn与S在满足标准关系的同时满足Mn3/S≥3；其余成分按标准要求任意控制。
采用本方法的优点是：
（1）对于中高碳钢而言钢中氧的溶解度较低，在此情况下CaO、Al、S三者始终会发生反应生产Al2O3和CaS。不使用Al深脱氧，有利于保证在钢中氧活度受控制的情况下，不会产生大量的Al2O3和CaS，对硫含量的稳定控制、渣系成分及性能控制、钢中有害夹杂物控制均有利，且可避免连铸浇铸结瘤的现象发生。
（2）以复合精炼渣+SiC+高纯石英砂联合渣面脱氧及调渣，复合精炼渣的成分为CaO：40%、SiO2：15%、Al2O3：10%，其余为CaCO3、MgCO3等高温分解发泡成分。复合精炼渣可有效利用发泡效果防止钢水因电极弧光增氮，同时可与SiC、高纯石英砂一起对精炼渣组分进行有效控制。
（3）控制精炼渣单一碱度CaO/SiO2=1.5～2.0，其中CaO：45～50%、SiO2：25～30% 、Al2O3≤10%，有利于保证钢中硫含量的稳定控制和避免脱硫产物CaS对渣流动性的破坏，同时对控制B、C、D等各类有害夹杂物有利。本渣系具有良好的流动性及合适的表面张力，比高碱度渣或有大量CaS的精炼渣更有利于后续的真空处理的顺畅与效果。
（4）以含碳材料与硫铁混合积压而成的块及加入碳粉的硫铁线，即可适当补硫稳定有效的控制钢中S含量，也可补碳，避免多重复杂喂线工艺造成的精炼时间延长，同时还可避免因直接使用碳粉而需大氩气搅拌造成的钢中气体含量上升。
（5）Mn与S在满足不同钢种标准关系的同时满足Mn3/S≥3，促进MnS的生成以提高切削性能，同时可避免FeS生成，降低钢的热裂纹敏感性。
高品质中高碳硫铅复合系易切削结构钢主要用于仪器仪表轴承、汽车重要零部件等，即要求好的机械性能又要求好的切削性能，因此除对钢中成分、夹杂物和铅含量有较高要求外，还对钢中的氧、氢、氮气体含量有很高的要求，因此应采用真空处理。而铅在钢中溶解度极低，高温下极易气化，如像其余合金一样加入后再进行真空处理将会气化从而不会收得，所以应在真空处理后加入，而真空处理后加入控制不当将又会导致气体含量的大幅回升。本发明提供适合高品质中高碳硫铅复合系易切削结构钢的真空处理与加铅工序结合的工艺方式，根据工装设备的不同可分为：VD/RH真空后回精炼炉采用顶吹氩形成正压保护气氛，在此情况下益于使用铅包芯线的方式加入，避免用铅粒需用加大的氩气搅拌；VOD真空后以氩气破除真空，在盒盖的惰性气氛下利用加料***加入铅粒铅块，并可采用抽气***形成微负压收集铅蒸气。
采用本方法的优点：（1）能保证兼顾良好去除气体和铅的良好控制。（2）避免真空后的加铅操作造成气体含量大幅回升。（3）不同的真空方式与加铅方式结合可有效的利用工序除尘***收集铅蒸气，防止环境受到影响。
本发明提供的硫铅复合系易切钢冶炼工艺，可适用于：电炉+LF精炼+VD/VOD/RH+连铸、电炉+LF精炼+VD/VOD/RH+模铸、转炉+ LF精炼+VD/VOD/RH+连铸、转炉+ LF精炼+VD/VOD/RH+模铸等生产方式。适用于目前C含量在0.35～1.05%、低气体含量的高品质中高碳硫铅复合系易切钢的冶炼连铸生产。
本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种中高碳硫铅复合系易切削结构钢的冶炼方法，包括初炼工艺+LF及真空脱气精炼工艺，其特征在于：所述的初炼工艺包括电炉、模铸或转炉，出钢时根据钢中原始S含量、钢种成分要求、出钢初始渣系的脱硫率使用硫磺或硫铁块增硫；以石灰、高纯石英砂配置主渣系成分，以含C、Si、Al、Mn的脱氧剂及合金作为脱氧合金化材料，控制初始渣系的单一碱度CaO/SiO2=1.5～3.0，其中CaO：40～50%、SiO2：10～30% 、Al2O3≤15%，其余为MnO、MgO、铁的氧化物及杂质。
2.根据权利要求1所述的中高碳硫铅复合系易切削结构钢的冶炼方法，其特征在于：所述方法中的LF及真空脱气精炼工艺为：以复合精炼渣+SiC+高纯石英砂联合渣面脱氧及调渣；以含碳硫铁块或含碳硫铁线调硫、调碳。
3.根据权利要求1或2所述的中高碳硫铅复合系易切削结构钢的冶炼方法，其特征在于：调渣过程中控制精炼渣单一碱度CaO/SiO2=1.5～2.0，其中CaO：45～50%、SiO2：25～30%、Al2O3≤10%，其余为CaF2、MnO、MgO、铁的氧化物、其它氧化物、少量CaS及杂质。
4.根据权利要求2所述的中高碳硫铅复合系易切削结构钢的冶炼方法，其特征在于：所述Mn与S在满足标准关系的同时满足Mn3/S≥3。
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