转炉-连铸工艺流程生产高合金钢Mn13技术开发及应用.pdf

鞍钢技术2023 年第 3 期ANGANG TECHNOLOGY生产实践转炉-连铸工艺流程生产高合金钢Mn13技术开发及应用（湖南华菱涟源钢铁有限公司，湖南娄底41 7 0 0 0)摘要：通过优化转炉-连铸工艺路线，精准控制钢水冶炼成分，进行了高合金钢Mn13的生产探索。结果表明，铁水预脱硫利用KR控制出站wS0.002%；转炉出钢wP0.012%,合金总量的1/3在转炉出钢时加入，其余在精炼LF完成,RH控制出站钢水wH0.0002%,wN12%时，会使晶粒粗大,热塑性变差而引发裂纹。为保证产品性能，目前国内多数钢厂仍使用模铸方式来保证Mn13质量。如果采用连铸，尤其是立弯式连铸机生产Mn13,因弧形段和矫直段变形应力加大，使本就热裂纹敏感的Mn13更容易产生横、纵、角裂等缺陷，甚至漏钢。也有采用EAF一LFCC工艺路线9 ,EAF具有强大的电弧加热能力熔化合金，但转炉工艺路线需考虑热量平衡的问题。湖南华菱涟源钢铁有限公司在国内Table 1 Requirements for Compositions in Mn13 Molten Steel(Mass Fraction)项目C平均值0.98范围值0.941.111装备情况湖南华菱涟源钢铁有限公司拥有3座处理能力50 0 万t/a的KR脱硫站，可将铁水硫含量深脱到0.001%以下。两座2 1 0 t顶底复吹转炉，采取副枪动态控制，挡渣标+滑动挡板双控挡渣技术。6 座LF精炼炉,2 座RH。2 台宽厚为2 1 0 0 mmx230mm的立弯式双流板坏连铸机，主要生产钢种有碳素结构钢、超低碳钢、电工钢、汽车及家电用钢、桥梁及工程用钢、压力容器及锅炉用钢、船板、管线等。2Mn13钢水成分要求Mn13钢水成分要求如表1 所示。表1 Mn13钢水成分要求（质量分数）SiMn0.4012.600.380.4212.5013.00%PS0.011 00.001 00.013 00.002 0Ti0.00220.001 50.003 6N0.0110.0100.013由于P、S是极易偏析的有害元素，因此必须尽可能控制其含量达到最低。C含量接近1.0%,C一方面促进单相奥氏体的形成，另一方面可以起到固溶强化的作用,提高钢的强度和耐磨性。Mn是形成并稳定奥氏体的主要元素，随着Mn的增加，钢的强度、塑性及冲击韧度均会得到不同程度的提高。在获得单一奥氏体组织过程中，需要密切配合控制C、M n 含量，才能实现理想的韧性和耐磨性。3冶炼控制技术3.1转炉控制尽可能采取高温、低磷、低硫铁水入炉，出脱硫站铁水条件见表2 所示。表2 出脱硫站铁水条件Table 2 Requirements for Hot Metal after Desulfurization出站温度wC/%wSi/%wMn/%wP/%wS/%1 35013804.04.4(0.40.6 0.150.200.09-50-高温铁水更有利于脱硫，所以铁水温度要尽可能高，要求出站温度1 350。转炉脱P除了需考虑合金的因素外，还要考虑顶渣的回磷量,因此，至少要控制出钢wP0.012%，为减轻转炉负担,需控制铁水wP0.09%,若铁水wP超过这个范围，只能通过提高碱度，增大渣量来确保终点wP达到要求。转炉装人制度及过程参数见表3。考虑炉后总体合金量巨大，转炉装人制度控制为平均铁水装人1 55t，废钢50 t，总装人量2 0 5t。总耗氧量约9000m,折算吨钢消耗约47 m,热量基本平衡。表3转炉装入制度及过程参数Table 3Charging System andProcess Parameters for Converter铁水装人量/废钢/总装人量/耗氧量/tt15016045550.002吹炼过程与终点钢水控制情况见表4所示。石灰/轻烧/t(m.tl)(kgtl)(kgtl)200210454840501015鞍钢技术2023 年第 3 期ANGANG TECHNOLOGY表4吹炼过程与终点钢水控制情况脱P,直到终点P含量0.0 1 2%,确保成品P合格。Table 4 Converter Blowing Process and因脱P需要，只能采取低碳出钢+炉后补碳模End Point Control of Molten Steel式，出钢前向钢包内加入8 0 0 9 0 0 kg增碳剂，出钢项目wC/%wP/%wS/%钢水温度/w0%TSC 0.100.18 0.0180.026 0.0070.009 1 6101 630TS00.040.06 0.0080.012_0.0070.0091 6401 660 0.030.04吹炼过程副枪TSC测试温度1 6 1 0 1 6 30，此时C含量已大部分低于0.1 8%，但P含量普遍高于目标值,因此只能继续吹氧、加料、后搅，在出钢C含量0.0 5%时,P才降到目标值范围（0.0 1 5%）。如果TSO后P含量仍高出目标范围,则进一步补吹Table 5 Compositions in Molten Steel in Argon Station after Converter Blowing and Temperature of Molten SteelwC/%0.500.553.2精炼控制（1）M n 1 3对PS含量要求非常低，对C、M n含量要求却很高，必须先脱P,再炉后补C,采取高碳锰铁和增碳剂联合增C的方法，钢水进LF温度为1 47 5 1 49 0。Mn13的成品成分决定精炼时除了金属锰，还需要加人高碳锰铁、硅铁、铝块共约2 0 t合金，为了增碳还要加入约1.5t的碳粉及发泡、脱硫必备的适量石灰和预熔渣，为将这些合金及造渣料熔化，需送电（2 0 2 5)1 0 3kWh。LF过程最高温度1 550，出站温度控制目标为1470左右。因LF精炼时间过长，若增碳剂C的品位9 5%，高碳锰铁含C为6.4%，则增碳剂和高碳锰铁总的C的收得率达9 5%以上，Mn的综合收得率达到9 9%以上。(2）钢水出LF进RH。R H 处理时间为2 2 28min，真空度控制如图1 所示。120100806040200-2012:50:0013:00:00图1 RH真空度控制Fig.1 Controlling Degree of Vacuum during RH Process总第441 期过程加人适量硅铁、铝块和金属锰。炉后氩站钢水成分与温度见表5。由于出钢时间短（4min/炉），合金无法一次加完，而且一次性加入合金量过多不仅造成温降，还易成“坨”,反而不利于合金有序熔化。一般钢种炉后加人合金3 5t，使用金属Mn合金化理论耗量约为2 6 t。为减轻精炼负担，需缩短精炼合金化时间，转炉后需加入合金总量的1/3左右，因此，应尽可能高温出钢，目标温度1 6 50 以上。表5炉后氩站钢水成分与温度wSi/%wMn/%0.080.105.05.513:10:0013:20:00时刻wP/%0.0080.012wS%0.0070.009抽真空8 min左右真空度即可降到1 50 Pa以下，根据钢种要求一般保持1 5 2 0 min。R H 进站定氢含量为0.0 0 0 6%0.0 0 1 0%，出站wH0.0002%，脱氢率达8 0%以上。LF出站wN为0.018 0%0.024 0%,RH 出站wN为 0.0 0 6 0%0.0080%，脱氮率达6 5%以上。因洗槽后马上注入钢水，全程温降较小，平均2 0 min温降9。RH进站1 0 min加硅铁7 0 0 8 0 0 kg，硅铁收得率9 9%以上。（3）需要注意的是LF需要在调碳、脱硫后再加人锰合金，若合金加人过早，造成加锰后液相线和实际温度下降，如在1 51 0 以下加碳粉难以熔化,增碳困难，且低温脱硫难度增加，处理时间会延长。3.3连铸控制连铸工序是Mn13生产的难点，主要存在的问题有：表面纵裂、中心偏析、黏结渗钢等。发生纵裂时的主要表象为结晶器内摩擦力上升，热流监控曲线紊乱。普遍作法是降低拉速、减弱一冷水，但仍无法彻底解决纵裂，且Mn13热塑性差、导热差、凝固收缩大，极易产生粘结漏钢。另外，因Mn13的碳含量高达1.0%左右，凝固过程是快速的非平衡过程，碳化物沿晶界析出，导致铸坏中心存在碳偏析,严重时会诱发热轧分层。所以,Mn13对过热度、水口插人深度和冷却制度的要求明显苟刻于其他钢种。为了解决上述问题，本研究将连一 51 一wAl/%0.050.06wN%0.0080.011温度/1 4801.500鞍钢技术2 0 2 3年第3期吴平辉：转炉一连铸工艺流程生产高合金钢Mn13技术开发及应用总第441 期铸拉速控制在0.8 1.0 m/min，实现了液面的稳定均在精炼LF完成,RH主要实现脱气目标，控制出控制。由于拉速和插人深度变化时热流变化明显，站wH0.000 2%,出站wN0.008 0%;因此，实际生产过程中尽量避免拉速和插人深度（3）连铸工序应控制拉速为0.8 1.0 m/min，变化。为了保持合理传热，控制结晶器宽边水量为结晶器宽边水量为39 0 0 41 0 0 L/min，窄边水量39004100L/min，窄边水量为56 0 59 0 L/min。为56 0 59 0 L/min，由于Mn13导热差、收缩大，所因Mn13导热系数低，停浇渣后，尾部传热以连铸结束后需要多加冷却用的铁屑、弹簧封顶，慢,并不能像其他钢种那样迅速形成初生坏壳。随必要时可以打水加速冷却；（4）采取上述措施后，实现了高合金钢Mn13着板坏拉动，弯月面附近的钢液向板坏中心流动，的稳定连浇，成坏合格率从原来的50%以下提升边缘最终形成圆弧形状。冷却速度慢导致尾部液芯到9 5%以上。未形成凹槽，结晶器内的板坏收缩（Mn13中部厚度为1 50 1 6 0 mm，未收缩的正常板坏为2 2 2 mm）,坏壳将钢水挤出。所以，连铸结束后，若不衔接其他钢种，需要多加冷却用的铁屑、弹簧封顶，必要时可以打水加速冷却。采取上述技术措施后，又对生产准备、设备维护、原料管理及操作等进行了优化，实现了高合金钢Mn13的稳定连浇，成坏合格率从原来的50%以下提升到9 5%以上。4结论湖南华菱涟源钢铁有限公司优化转炉-连铸工艺路线，精准控制冶炼各工序钢水成分，利用立弯式连铸机成功生产了高合金钢Mn13,得出如下结论：（1）精准控制钢水成分是成功生产Mn13的前提,铁水预脱硫需将wS控制在0.0 0 2%以下，转炉出钢wP应控制在0.0 1 2%以下；(2）转炉出钢后加入约1/3的合金总量，其余参考文献1刘东.有关铸造高锰钢的一些问题J.东北大学学报（自然科学版）,1 9 6 3(3)：1-1 0.2邱朋涛，谢敬佩，王全贺，等硬质合金-超高锰钢复合材料的组织及结合情况研究J.铸造技术，2 0 1 1,32(6)：8 1 2-8 1 4.3元鹏飞，李忠利.Mn13钢种的凝固特性研究及连铸工艺实践J.山西冶金，2 0 2 1,44(6)：7 2-7 4.4吕仁杰，裴伟.高锰钢研究进展和展望J.冶金设备，2 0 1 9(4)：57-61.5孙利军，陈德利，韩涛.合金化高锰钢Mn13MoVTi的研制J.钢铁研究，2 0 1 7,45(2）：49-51.6张宇斌.耐磨钢Mn13热轧薄板的组织与性能J.金属热处理,2 0 1 7,44(7):1 6 1-1 6 2.7庄伟.高锰钢连铸坏纵向开裂原因分析J.上海金属,2 0 2 0,42(4):40-43.8李殿明.连铸结晶器保护渣应用技术M.北京：冶金工业出版社,2 0 0 8:8 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