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        控制高硫中碳易切削鋼的連鑄水口結(jié)瘤的生產(chǎn)實(shí)踐

        2021-05-11 06:21:00丁克振
        工業(yè)加熱 2021年4期
        關(guān)鍵詞:工藝

        丁克振,劉 珅,唐 亮,柳 軍

        (撫順特殊鋼股份有限公司第一煉鋼廠,遼寧 撫順 113001)

        高硫中碳易切削鋼SAE1141(Y40Mn)具有較好的切削性能,加工效率高,且具有較高的強(qiáng)度和硬度,適用于加工要求剛性高的零件,如杠、桿、齒和軸等。撫鋼生產(chǎn)此類品種雖然可以滿足用戶使用,但是在鋼水的可澆性上仍然存在一定問題,其連鑄工藝的難點(diǎn)在于[1-2]鋼的高氧及高硫成分條件降低了鋼水的表面張力,易造成卷渣,影響鋼水的純凈度;如果采用鋁脫氧工藝,易切削鋼在冶煉過程中會形成大量鎂鋁尖晶石與硫化鈣復(fù)合夾雜物,引起水口結(jié)瘤,造成斷澆。

        1 SAE1141鋼工藝流程及相關(guān)技術(shù)要求

        撫順特鋼公司的生產(chǎn)工藝流程為:60 tEAF→60 tLF→60 tVD→4機(jī)4流大方坯弧形連鑄機(jī)→24架連軋機(jī)。主要生產(chǎn)裝備見表1。SAE1141鋼化學(xué)成分、非金屬夾雜物、晶粒度要求見表2和表3。

        表1 主要生產(chǎn)裝備

        2 水口結(jié)瘤的分析

        2.1 結(jié)瘤物存在位置的分析

        連鑄生產(chǎn)過程中中間罐水口因?yàn)榻Y(jié)瘤而堵塞導(dǎo)致過鋼量下降,拉坯速度迅速下降,此時(shí)使用塞棒往復(fù)的搗打、沖擊水口碗部,發(fā)現(xiàn)搗打后拉速下降的更快,直至降為零,最終水口結(jié)瘤絮死,連鑄斷澆。此過程越是頻繁的搗打塞棒,拉速下降越快,這說明結(jié)瘤物不僅僅在水口內(nèi)壁存在,更為嚴(yán)重的是在水口碗部即水口的最上端位置也存在結(jié)瘤現(xiàn)象,如圖1所示。

        圖1 水口碗部結(jié)瘤絮死的實(shí)物照片

        2.2 水口結(jié)瘤氧化物分析

        針對鋁鎮(zhèn)靜、調(diào)硫品種,分析鋼中鑄態(tài)夾雜物成分為傳統(tǒng)結(jié)瘤物成分,即Al2O3、CaS(形貌及成分如圖2和表4所示)。鑄態(tài)結(jié)構(gòu)為以Al2O3、MgO為核,周圍附有大量的CaS(如圖3所示),該類物質(zhì)與鋼中B類夾雜物成分一致,是導(dǎo)致水口結(jié)瘤的常見夾雜物。

        圖2 鋼中鑄態(tài)夾雜物

        表4 鑄態(tài)夾雜物成分 %

        圖3 鋼中鑄態(tài)夾雜物形貌

        3 SAE1141鋼冶煉工藝改進(jìn)后的生產(chǎn)實(shí)踐

        3.1 電 爐

        電爐采用優(yōu)質(zhì)廢鋼90%+生鐵10%的料型結(jié)構(gòu),即減少生鐵的配入量,優(yōu)化配料成本;為保證電爐中的碳氧反應(yīng),冶煉供氧采用“降氧工藝”,配合“爐門、爐后噴焦工藝”,確保冶煉過程的碳氧反應(yīng)效果;出鋼前3 min持續(xù)噴焦,保證出鋼氧含量≤300×10-6;為實(shí)現(xiàn)早成渣提供足夠熱量,保證出鋼過程鋼渣混沖的效果,電爐出鋼溫度≥1 650 ℃;控制包中脫氧劑的加入配比,采用鋁錠1 kg/t,電石1 kg/t的加入量;包中預(yù)合金化采用純碳粉增碳,使精煉到位碳含量≥0.35%,硅含量≥0.10%,錳含量≥1.35%;電爐采用留鋼留渣的出鋼方式,保證偏心底無渣出鋼。

        3.2 精 煉

        3.2.1 渣系的選擇

        為提高爐渣對夾雜物的吸附能力,對LF爐精煉過程的渣料配比進(jìn)行優(yōu)化,頂渣采用400 kg石灰+200~400 kg預(yù)熔渣,過程根據(jù)實(shí)際渣況適當(dāng)調(diào)整。理想渣系成分見表5。

        表5 理想渣系成分 %

        3.2.2 LF爐精煉過程氧含量控制

        通過電爐供氧的“降氧工藝”,配合“爐門、爐后噴焦工藝”,以及包中預(yù)合金化脫氧,實(shí)現(xiàn)LF爐到位氧含量≤20×10-6。LF爐過程采用碳粉、碳化硅進(jìn)行擴(kuò)散脫氧,用量3~4 kg/t,保證脫氧劑勻加、勤加,勤蘸渣、調(diào)渣,保持白渣狀態(tài)。LF爐全程不用鋁粒擴(kuò)散脫氧,同時(shí)取消鋁線的沉淀脫氧,采用0.5 kg/t電石的加入工藝進(jìn)行脫氧,實(shí)現(xiàn)出鋼鋼水中氧含量≤12×10-6。

        3.2.3 LF爐終點(diǎn)鋁成分的控制

        采用上述電爐及LF爐降氧、脫氧措施,完全可以實(shí)現(xiàn)LF爐精煉低氧出鋼,此時(shí)鋁在鋼中的脫氧作用極其微弱,而大量的鋁添加到鋼中只會增加Al2O3的生成機(jī)率,進(jìn)而造成水口結(jié)瘤。為減少Al2O3作為水口結(jié)瘤的形核質(zhì)點(diǎn),工藝優(yōu)化后低控終點(diǎn)鋁含量,保證鋼中鋁含量≤0.01%,工藝改進(jìn)前后終點(diǎn)鋁含量如圖4所示。

        圖4 工藝改進(jìn)前后的終點(diǎn)鋁的單值控制圖

        3.2.4 提高硫的收得率,減少硫化物的生成

        工藝改進(jìn)前,LF爐出鋼后向渣面加入硅石造低堿度渣,通過加入硫化亞鐵的方式進(jìn)行調(diào)硫,該操作對渣量的掌握不穩(wěn)定,易造成堿度異常波動,嚴(yán)重影響硫的收得率,并且低堿度渣不利于后期軟吹操作爐渣吸附夾雜物。工藝改進(jìn)后,在原本渣系不變的基礎(chǔ)上,真空處理結(jié)束后,喂入硫包芯線進(jìn)行調(diào)硫,硫的收得率可以達(dá)到95%以上。

        3.2.5 鈣處理改變夾雜物形態(tài)

        由于此類鋼種的硫含量較高,容易影響鈣處理對鋼中鋁系夾雜物的變形效果[3]。真空處理前噸鋼喂入1.0~1.5 m硅鈣包芯線,避免調(diào)硫后大量Al2O3與CaS復(fù)合成結(jié)瘤物。為確保夾雜物的上浮,保證軟吹時(shí)間30~40 min,確保夾雜物充分去除。

        3.2.6 晶粒度控制

        該類鋼種要求晶粒度5級以上,鋼中的鋁可以起到細(xì)化晶粒的作用。考慮鋼中高鋁條件下連鑄浸入水口結(jié)瘤的風(fēng)險(xiǎn)較高,生產(chǎn)過程中低控鋁含量,放棄利用鋁細(xì)化晶粒。鈮是非常重要的微合金化元素之一,是控制軋制鋼材晶粒度以及細(xì)化晶粒最有效的合金化元素,強(qiáng)化效果顯著,LF爐精煉過程加入適量鈮來替代鋁,晶粒度可以達(dá)到7級以上。

        4 效 果

        工藝改進(jìn)后,連澆過程的水口結(jié)瘤問題得到解決,鑄坯及鋼材質(zhì)量均有較大幅度的提高。

        (1)改進(jìn)后,連鑄結(jié)瘤現(xiàn)象消失,連鑄液位穩(wěn)定,對比連鑄曲線照片如圖5所示。

        圖5 改進(jìn)前后連鑄塞棒位置曲線

        (2)結(jié)瘤問題解決后,實(shí)現(xiàn)拉坯速度的恒定、結(jié)晶器液位的穩(wěn)定,鑄坯的皮下裂紋問題得到有效控制,對比連鑄坯低倍照片如圖6所示。

        圖6 改進(jìn)前后連鑄坯低倍照片

        (3)氧含量、非金屬夾雜物及晶粒度檢驗(yàn)結(jié)果滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,見表6和圖7。

        表6 檢驗(yàn)結(jié)果

        5 結(jié) 論

        (1)通過控制電爐原始氧含量、優(yōu)化包中預(yù)合金化、選擇合適渣系成分、低控終點(diǎn)鋁含量、鈮合金細(xì)化晶粒、改進(jìn)調(diào)硫方式等手段,提高了SAE1141鋼種鋼液的可澆性并有效控制了該鋼連鑄坯皮下裂紋缺陷;

        (2)通過冶煉工藝的優(yōu)化,氧含量、夾雜物級別及晶粒度級別均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

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