CN115612912B - 一种含铝轴用结构钢控硫的精炼方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于炼钢技术领域，具体公开了一种含铝轴用结构钢控硫的精炼方法，转炉出钢时采用Si、Mn进行脱氧，并加入石灰和化渣剂进行造渣，精炼过程中炉渣碱度控制在1.5～3.5之间，精炼过程中渣面采用电石、碳化硅进行脱氧，根据炉渣流动情况加入萤石、石灰进行造渣，精炼结束前采用喂Al线调整成分中的Al含量。本发明转炉出钢采用Si、Mn脱氧，精炼过程渣面不采用含铝脱氧剂，从而控制炉渣为低碱度渣，能保证精炼过程中钢水中的S含量不被脱除，精炼结束前采用喂Al线调整Al含量，同时控制精炼过程中低熔点钙铝酸盐夹杂物产生，防止了Ds夹杂物超标问题，达到冶炼含铝含硫钢的目的，降低了生产成本，提高产品质量。
Description
技术领域
本发明属于炼钢技术领域，涉及一种轴用结构钢的生产方法，具体涉及一种含铝轴用结构钢控硫的精炼方法。
背景技术
轴类零件为结构钢加工中要求较高的一类产品，主要用来传递扭矩和承受载荷，由于零件对表面粗糙度、几何形状、尺寸精度等要求高，从而对原材料的加工性能及加工工艺要求越来越苛刻。同时，随着汽车工业的不断发展，汽车减震器轴、转向轴等零部件的用量逐步增加，轴用结构钢在市场中用量也逐渐增大。
优质碳素结构钢为加工轴类零件常用的钢种，在冶炼过程中通常采用铝块进行强脱氧，保证钢中总氧控制在较低水平，同时钢中的Al元素可细化晶粒，改善钢材的性能。为改善轴类零件的车削加工性能，通常会在钢中加入一定量的S，采用钢中形成的MnS夹杂物在切削过程中成为应力集中点，以获得更好的切削性。但在铝镇静钢生产过程中，炉后通常采用铝块进行脱氧，同时精炼过程中渣面采用铝粒进行脱氧，精炼过程中炉渣碱度通常大于5，随着精炼温度的升高，精炼渣中FeO逐渐降低，钢中的S含量也逐渐被脱除，精炼结束后往往需要重新补喂FeS线进行增S。
在含铝轴用结构钢中为确保产品的使用寿命，往往对Ds夹杂物提出了较高要求，一般要求Ds夹杂物小于2.0级，而采用Ds夹杂物为铝脱氧钢中常见的非金属夹杂物，主要成分为低熔点钙铝酸盐，常规工艺生产中往往发现Ds夹杂物超标的问题。中国专利201610778355.2“一种钢包精炼控硫工艺”提出采用上一炉钢水浇铸的余渣加入下一炉钢包冶炼过程的渣面，利用渣面硫回入钢水以控制硫的生产工艺，由于精炼过程中继续采用铝粒、碳化硅等脱氧剂造白渣，精炼结束后大部分硫易被脱除，针对于成品Al在0.010％以上的铝镇静钢，S硫含量难以保证在0.015％以上。中国专利201811139368.0“一种全塑性夹杂物的轴承钢造渣工艺控制方法”通过转炉出钢和精炼过程控制采用含铝材料的使用，同时精炼过程通过变渣操作，从而控制夹杂物为塑性较好的低熔点CaO-Al2O3-SiO2夹杂，该发明从转炉到精炼全程控制Al含量，从而钢中成分Al含量在0.0015％以下，已成为了典型的硅脱氧钢的生产工艺，而非铝脱氧钢的生产工艺，另外，钢中的S含量为残余元素，通过精炼前期高碱度渣一定程度上也脱除S含量。故针对于S含量在0.015％～0.035％的含铝轴用结构钢，采用常规生产工艺先进行渣面强脱氧，精炼过程中易生成大量的低熔点钙铝酸盐，导致Ds夹杂物超标，同时也进行脱硫，精炼结束前在通过补喂FeS线增S，造成了生产效率低和成本增加。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含铝轴用结构钢控硫的精炼工艺，该工艺在转炉出钢时不采用铝块进行脱氧，而采用合金中的Si、Mn进行脱氧，LF精炼过程中渣面不采用含铝脱氧剂进行脱氧，控制LF精炼过程中炉渣的碱度，形成低碱度炉渣，钢水中S不被大量脱除，LF精炼结束前采用喂Al线调整钢中的Al含量，确保精炼钙处理前非金属夹杂物为Al2O3，从而防止低熔点钙铝酸盐的产生，达到LF精炼过程中控制S含量，避免重新补喂FeS线增S的问题，以降低生产成本。
含铝轴用结构钢控硫的精炼工艺，包括以下步骤：
1)转炉使用铁水和废钢作为原料，采用顶底复吹转炉进行冶炼，转炉出钢终点温度1580℃～1640℃，终点S含量在0.015％～0.035％；
2)转炉出钢过程中先加入硅铁、硅锰、锰铁和增碳剂等进行脱氧合金化，即采用合金中的Si、Mn元素进行脱氧，再加入石灰和化渣剂进行造渣；
其中，石灰中CaO含量大于90％，活性度大于300ml，粒度5～60mm，化渣剂中CaO和Al2O3含量为40％～50％、MgO和SiO2含量小于5％，粒度5～50mm。
3)LF炉冶炼过程中采用电石和碳化硅进行渣面脱氧，根据炉渣流动性加入石灰、萤石进行造渣，LF精炼过程中炉渣碱度控制在1.5～3.5之间，精炼过程中渣面禁止采用含铝脱氧剂进行脱氧；
其中，电石、碳化硅、萤石粒度在3～20mm之间，其中，萤石中CaF2含量大于80％，SiO2含量小于20％。
4)LF精炼结束前采用喂Al线将成分中的Al含量调整到位，再喂入50～100米钙线进行变性处理，软吹10～20分钟，钢水转运至连铸进行浇铸。
精炼结束前即冶炼的钢水除Al元素以外，其它元素的成分调整到位，同时钢水的温度也调整到位。
本发明中关键技术方案包括以下几点：
(1)本发明取消炉后采用Al块脱氧，利用合金中Si、Mn进行脱氧，LF精炼为低碱度渣，不利于脱S反应。
(2)本发明中精炼过程中不采用含铝脱氧剂进行渣面脱氧，而采用电石和碳化硅进行渣面脱氧，不存在炉渣中SiO2被还原的问题，确保精炼过程中为低碱度渣，不利于脱S反应。
(3)LF精炼结束前，即钢水的温度和除Al元素以外的其它合金元素调整到位，通过喂Al线调整钢水中Al含量到目标值，由于钢中氧含量已控制在较低水平，可提高Al元素的收得率约20％，降低生产成本，同时达到冶炼含铝含硫结构钢的目的。
(4)转炉炉后及精炼过程不采用含铝脱氧剂强脱氧，避免钢中Al由于渣面反应还原CaO，为钢中提供Ca来源，导致精炼过程中对夹杂物进行钙处理，产生低熔点的钙铝酸盐，而在精炼结束前，其它成分调整到位后通过喂Al线调整Al含量，避免了采用渣面补加Al粒增Al产生的渣面反应问题，确保钙处理前钢中的非金属夹杂物控制为Al2O3，防止Ds夹杂物超标问题。
本发明轴用结构钢化学成分按照质量百分比计，成分配比为C：0.10～0.55，Si：0.10～0.40，Mn：0.50～1.00，P≤0.035，S:0.015～0.035，Al：0.010～0.050，其余为铁及不可避免杂质。
本发明炉后采用合金中的Si、Mn元素进行脱氧，炉后加入适当的石灰和化渣剂利于精炼过程造渣，同时精炼渣面脱氧采用电石和碳化硅进行脱氧，从精炼进站到精炼结束确保了炉渣始终为低碱度渣，而在炉渣流动性较好的前提下，脱S的三要素为：高温、低氧、高碱度，即使随着精炼的进行，钢水温度不断升高，同时炉渣中氧逐渐降低，但炉渣为低碱度渣，不利于脱S反应，从而保证钢水中的S含量，最后在精炼结束前通过喂Al线调整钢水中Al含量，控制精炼过程中低熔点钙铝酸盐夹杂物产生，以达到冶炼含铝含硫结构钢的目的。
采用上述技术方案所达到的有益效果在于：
精炼过程中保证钢水中S含量不脱除，同时精炼结束前由于钢水中已控制在较低水平，通过喂Al线调整钢中Al含量，提高其收得率，防止精炼过程中低熔点钙铝酸盐的产生而导致的Ds夹杂物超标问题，同时避免了传统工艺中先脱O、脱S，精炼结束前在通过补喂FeS线增S的问题，从而提高生产效率，降低生产成本。
附图说明：
图1为实施例1中精炼进站钢中夹杂物示意图。
图2为实施例1中精炼喂钙线前钢中夹杂物示意图。
图3为实施例1中精炼软吹结束钢中夹杂物示意图。
图4为对比实施例1中精炼进站钢中夹杂物示意图。
图5为对比实施例1中精炼喂钙线前钢中夹杂物示意图。
图6为对比实施例1中精炼软吹结束钢中夹杂物示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面以采用130吨精炼炉生产的结构钢S15C、S35C、S45C为例，对本发明的生产方法进行举例说明。
实施例1
钢种S15C，转炉出钢温度1595℃，出钢C为0.08％，出钢量125吨，转炉出钢时先加入270kg硅铁、460kg硅锰进行脱氧合金化，同时加入50kg增碳剂，最后加入500kg石灰和200kg化渣剂进行造渣；
钢水转运至精炼后，取炉渣样和钢水样，钢中夹杂物成分如图1，取样后进行钢水升温，并在渣面加入80kg电石进行脱氧，同时加入50kg萤石进行化渣，升温10min，加入硅铁和硅锰调整钢中Si、Mn元素含量，并进行温度调整，钢水温度1592℃，取样并进行喂300米Al线调整Al含量，喂完Al线后，同时取炉渣样及钢水样，即精炼结束样品，钢中夹杂物成分如图2，喂80米钙线，钢水软吹15min后转运至连铸浇铸，软吹结束钢中夹杂物成分如图3，钢坯轧制后取样检验非金属夹杂物。
实施例2
钢种S35C，转炉出钢温度1615℃，出钢C为0.09％，出钢量128吨，转炉出钢时先加入600kg硅锰、620kg高碳锰铁进行脱氧合金化，同时加入250kg增碳剂，最后加入500kg石灰和200kg化渣剂进行造渣；
钢水转运至精炼后，取炉渣样和钢水样，取样后进行钢水升温，并在渣面加入100kg电石和30kg碳化硅进行脱氧，同时加入30kg萤石进行化渣，升温12min，加入硅铁和硅锰调整钢中Si、Mn元素含量，并进行温度调整，钢水温度1589℃，取样并进行喂350米Al线调整Al含量，喂完Al线后，同时取炉渣样及钢水样，即精炼结束样品，喂80米钙线，钢水软吹13min后转运至连铸浇铸，钢坯轧制后取样检验非金属夹杂物。
实施例3
钢种S45C，转炉出钢温度1625℃，出钢C为0.10％，出钢量125吨，转炉出钢时先加入1150kg硅锰进行脱氧合金化，同时加入360kg增碳剂，最后加入500kg石灰和200kg化渣剂进行造渣；
钢水转运至精炼后，取炉渣样和钢水样，取样后进行钢水升温，并在渣面加入50kg电石和50kg碳化硅进行脱氧，升温15min，加入硅铁和硅锰调整钢中Si、Mn元素含量，并进行温度调整，钢水温度1575℃，取样并进行喂350米Al线调整Al含量，喂完Al线后，同时取炉渣样及钢水样，即精炼结束样品，喂60米钙线，钢水软吹15min后转运至连铸浇铸，钢坯轧制后取样检验非金属夹杂物。
对比例1
钢种S15C，转炉出钢温度1595℃，出钢C为0.08％，出钢量125吨，转炉出钢时先加入250kgAl块进行脱氧，在加入260kg硅铁、470kg硅锰进行合金化，同时加入50kg增碳剂，最后加入500kg石灰和200kg化渣剂进行造渣；
钢水转运至精炼后，取炉渣样和钢水样，钢中夹杂物成分如图4，取样后进行钢水升温，并在共计加入50kg铝粒和30kg电石进行渣面脱氧，升温8min，加入硅铁和硅锰调整钢中Si、Mn元素含量，并进行温度调整，钢水温度1600℃，取样并进行喂FeS线调整S含量，喂完FeS线后，同时取炉渣样及钢水样，即精炼结束样品，钢中夹杂物成分如图5，喂80米钙线，钢水软吹15min后转运至连铸浇铸，软吹结束钢中夹杂物成分如图6，钢坯轧制后取样检验非金属夹杂物。
对比例2
钢种S45C，转炉出钢温度1625℃，出钢C为0.12％，出钢量125吨，转炉出钢时先加入1150kg硅锰进行脱氧合金化，同时加入360kg增碳剂，最后加入500kg石灰和200kg化渣剂进行造渣；
钢水转运至精炼后，取炉渣样和钢水样，取样后进行钢水升温，并在渣面加入50kg电石和50kg碳化硅进行脱氧，升温15min，在加入400kg石灰和200kg萤石进行造渣，加入硅铁和硅锰调整钢中Si、Mn元素含量，并进行温度调整，钢水温度1580℃，取样并进行喂300米Al线调整Al含量，喂完Al线后，取炉渣样及钢水样，5min后进行喂FeS线调整S含量，喂完FeS线后，同时取炉渣样及钢水样，即精炼结束样品，再喂65米钙线，钢水软吹18min后转运至连铸浇铸，钢坯轧制后取样检验非金属夹杂物。
本发明实施例1～3和对比例1～2精炼进站和精炼结束炉渣主要组分及二元碱度如表1，精炼进站、实施例中喂Al线前、对比例中喂FeS线前和精炼结束成分如表2，钢坯轧制后每炉各抽检5个样品进行Ds评级，每个样品检验200mm2的面积，结果如表3。
表1
表2
表3
从上述表格数据可知，实施例1～3夹杂物评级中Ds＜2.0级，而对比例中出现Ds≥2.0级，从实施1中的夹杂物也可看出，精炼进站非金属夹杂物主要为MnO-SiO2(如图1)，钙处理前非金属夹杂物为Al2O3(如图2)，软吹结束非金属夹杂物为Al2O3-CaS(如图3)；而对比例1中精炼进站非金属夹杂物主要为Al2O3(如图4)，钙处理前非金属夹杂物为CaO-Al2O3-MgO，部分夹杂物进入低熔点区(如图5)，软吹结束非金属夹杂物为CaO-Al2O3-CaS，主要以低熔点钙铝酸盐为主(如图6)。
实施例1～3精炼过程炉渣二元碱度在1.5～3.5之间，精炼过程中钢中S含量降低0.001％～0.003％，不需要补喂FeS线能满足钢种目标成分要求。而对比例1炉后采用Al块进行强脱氧，同时精炼采用Al粒脱氧，精炼过程中钢中S含量降低0.012％；对比例2炉后及精炼过程不采用含铝脱氧剂，但通过调整精炼过程碱度，精炼过程中钢中S含量降低0.010％，需要补喂FeS线才能满足钢种目标成分要求。
本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。以上所述仅为本发明的较好实施方式，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例作的修改，均包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种含铝轴用结构钢，其特征在于，所述轴用结构钢化学成分按照质量百分比计，成分配比为C：0.10～0.55，Si：0.10～0.40，Mn：0.50～1.00，P≤0.035，S:0.015～0.035，Al：0.010～0.050，其余为铁及不可避免杂质；
轴用结构钢的制备方法为转炉出钢后的钢水经过LF炉进行精炼，具体制备方法步骤如下：
（1）转炉使用铁水和废钢作为原料，采用顶底复吹转炉进行冶炼，转炉出钢终点温度1580℃～1640℃，终点S含量在0.015％～0.035％；
（2）转炉出钢过程中先加入硅铁、硅锰、锰铁和增碳剂进行脱氧合金化，再加入石灰和化渣剂进行造渣；
石灰中CaO含量大于90％，活性度大于300ml，粒度5～60mm，化渣剂中CaO和Al2O3含量为40％～50％、MgO和SiO2含量小于5％，粒度5～50mm；
（3）LF炉冶炼过程中采用电石和碳化硅进行渣面脱氧，根据炉渣流动性加入石灰、萤石进行造渣，LF精炼过程中炉渣碱度控制在1.5～3.5之间；
电石、碳化硅、萤石粒度在3～20mm之间，萤石中CaF2含量大于80％，SiO2含量小于20％；
（4）LF精炼结束前采用喂Al线将成分中的Al含量调整到位，再喂入50～100米钙线进行变性处理，软吹10～20分钟，钢水转运至连铸进行浇铸。
2.根据权利要求1所述的含铝轴用结构钢，其特征在于，所述步骤步骤（4）中，精炼结束前即冶炼的钢水除Al元素以外，其它元素的成分调整到位，同时钢水的温度也调整到位。
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