中南股份高洁净H13钢生产实践.pdf

总第 期 年 月 南 方 金 属 .收稿日期:基金项目:广东省重点领域研发计划项目:高品质热作模具钢研发与产业化()作者简介:余大华()男 年毕业于昆明理工大学冶金工程专业工程师 文章编号:()中南股份高洁净 钢生产实践余大华 曾令宇(宝武集团中南钢铁广东中南钢铁股份有限公司 广东 韶关)摘 要:通过跟踪 钢不同冶炼过程夹杂物演变规律结合热力学计算确认了中南股份 钢洁净度差的主要原因 通过采取提高转炉出钢碳含量、优化炉后铝合金加入量、改善 炉底吹氩气控制、延迟 真空处理时间、取消钙处理等工艺措施实现了高洁净度 钢的连续生产满足了韶钢 钢高纯净度的质量控制要求关键词:钢 夹杂物演变规律 出钢脱氧 精炼工艺优化中图分类号:.文献标志码:(.):.:热作模具钢 主要应用于热锻压模、热挤压模等领域 因其在使用过程长期处于高温交变应力作用钢中高熔点、高硬度脆性夹杂物极易导致模具疲劳破坏大大降低了使用寿命 因此 钢相对于常规钢种对微观夹杂物控制要求更为严格 宝武集团中南钢铁广东中南钢铁股份有限公司(以下简称“中南股份”)采用“转炉 炉外精炼 真空处理大方坯连铸”工艺流程生产 钢 因合金加入量大合金杂质带入的有害元素较多夹杂物控制难度大中南股份现有工艺尚无法满足该钢种微观夹杂物控制要求为改善 钢洁净度对 钢冶炼工艺进行了全流程系统取样结合热力学计算确认了钢水洁净度差原因对生产工艺进行了优化实现了高洁净 钢质量的稳定控制 高端 钢成分及洁净度要求表 所示为高端 钢化学成分要求从表中可知 为高合金钢种其中、含量均较高 精炼过程需要大量补加合金表 高端 钢化学成分控制要求%元素范围.目标.表 所示为高洁净 钢微观夹杂物控制要求和中南股份的控制实绩按照/钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法要求高洁净 对钢中 类、类、类夹杂物要求都十分严格中南股份目前夹杂物控制水平较差无法满足钢种高洁净度标准表 高洁净 钢夹杂物和氧含量控制要求(级别)项目 粗 细 粗 细 粗 细 粗 细要求.控制实绩.钢生产装备及工艺.炼钢系统中南股份目前有 座 顶底复吹转炉配有副枪系统、滑板挡渣和红外下渣检测装置 座 炉真空脱气装置 炉、炉各 座均双工位.连铸系统具有 台 机 流大方坯连铸机包含 共个断面中间包吨位为 配有中间包连续测温装置、结晶器液面自动控制装置具备结晶器电磁搅拌()、末端电磁搅拌()、二冷自动配水、轻压下等技术.现有 钢炼钢工艺 钢经转炉吹炼在出钢过程加入铝铁脱氧并加入少部分硅铁、低碳铬铁过 处理 钢水到达 炉进行加热升温处理期间加入石灰和铝渣球对钢水进行脱氧、脱硫 钢水加热过程不断加入低碳铬铁、钼铁等合金 在钢水加热升温至 以上后通过专用料斗吊加钒铁、钼铁、低碳铬铁等合金待钢水成分均匀后取样 并根据样 分析结果逐步调整钢水成分至钢种成分控制范围成分调整完成钢水出站过 处理 钢水到达 炉后进行真空脱气复压后进行钙处理软吹适当时间后上连铸机浇注 钢冶炼过程夹杂物变化分析对 钢转炉出钢结束至 过程进行全流程系统取样利用直读光谱检验样品成分采用场发射扫描电镜()分析试样中夹杂物尺寸及组成变化结果如下.出钢过程夹杂物跟踪分析通过跟踪现有工艺 钢转炉终点碳控制范围%结合转炉终点碳氧平衡曲线(图)钢中自由氧含量控制在 出钢过程加入 铝铁对钢水进行脱氧氩站 含量在%左右图 转炉终点碳与钢中自由氧关系 通过热力学软件(.)计算 钢出钢初始脱氧产物组成与脱氧剂种类及加入量关系结果见图 按现有 钢终点控制与出钢脱氧工艺因钢中自由氧含量较高且出钢结束铝含量较低初始脱氧产物以铝锰硅酸盐、铝硅酸盐为主 此类脱氧产物熔点低钢液温度下为液态难从钢液中上浮去除 通过出钢结束后氩站取样夹杂物检测结果以铝硅酸盐、铝硅锰酸盐类夹杂物为主(图)与上述分析结果较为吻合图 钢中不同 含量下夹杂物组成南 方 金 属 年第 期 图 氩站的铝硅锰酸盐类夹杂物.炉过程夹杂物跟踪分析 初期向炉渣中加入脱氧剂与炉渣发生脱氧反应炉渣氧活度迅速降低炉渣向钢液传氧得到有效控制 在底吹氩搅拌作用下钢液中初始脱氧产物逐步从钢液中上浮去除大尺寸夹杂物有效去除随着 进行炉渣及耐材侵蚀的 逐渐向钢中传递导致钢液中 含量增加 钢液中 与细小 夹杂物发生反应()促使钢中细小 逐步向镁铝尖晶石夹杂物转变、此反应在 过程一直进行导致钢液中镁铝尖晶石类夹杂物增加 (夹杂物)()随着 进行炉渣脱氧改善当炉渣中、等弱脱氧产物被还原至较低含量后因高碱度渣系炉渣中 含量高钢中 与炉渣中 发生反应()致使钢液中 含量增加 查阅文献资料 当钢中 含量大于 即可导致钢液中 与细小、夹杂物发生反应()、()致使夹杂物逐步向低熔点钙铝酸盐、钙铝镁酸盐类夹杂物转变 ()()()(夹杂物)(夹杂物)()(夹杂物)()此外 处理前期因钢水温度低加入渣料熔化效果差未熔渣料卷入钢液中进入钢液中的 与钢液中 等夹杂物发生反应()形成低熔点钙铝酸盐夹杂物增加了钢液中钙铝酸盐类夹杂物含量 同时精炼过程底吹搅拌不合理长时间大氩气搅拌特别是冶炼中后期底吹氩强搅拌导致钢渣间界面作用增强炉渣卷入钢液致使钢中钙铝酸盐类夹杂物增加(卷渣)(夹杂物)()对 过程夹杂物跟踪夹杂物组成逐渐由初始脱氧产物、镁铝尖晶石夹杂物向低熔点的钙铝酸盐类夹杂物转变如图 所示图 精炼结束后的钙铝酸盐类夹杂物.炉过程夹杂物跟踪分析在 处理过程高熔点、夹杂物与钢水接触角大于 与钢液表面张力大从钢液中去除不是限制环节动力学条件是此类夹杂物从钢中去除的关键 在 高真空处理条件下一方面环流气体对钢水的强搅拌作用促进了此类夹杂物从钢液中去除另一方面向钢液中吹入氩气氩气在高温下膨胀形成氩气泡粘附钢中夹杂总第 期 余大华等:中南股份高洁净 钢生产实践 物随着氩气泡一起上浮去除 上述作用有效改善了夹杂物去除动力学条件 真空处理明显改善了此类夹杂物去除效果 钢液中低熔点钙铝酸盐类夹杂物因与钢液接触角小于 夹杂物与钢液间表面张力小此类夹杂物从钢液中去除是限制环节 致使此类夹杂物在 真空处理过程去除效果差于、等夹杂物 经过 真空处理钢液中夹杂物以低熔点钙铝酸盐类夹杂物为主但夹杂物数量和尺寸得到有效降低.钢洁净度差原因分析结合表 及冶炼过程夹杂物演变分析 钢夹杂物控制不理想原因如下)出钢过程初期脱氧产物以铝硅酸盐类夹杂物为主夹杂物熔点低与钢液界面张力小 处理过程夹杂物不易从钢液中去除)本钢种 初期大量加入合金合金带入杂质多且加入周期长导致钢液中因合金加入产生夹杂物持续进行 炉纯精炼时间不足夹杂物上浮去除效果差)随着 进行钢中夹杂物逐渐向低熔点钙铝酸盐类夹杂物转变导致钢中夹杂物以钙铝酸盐夹杂物为主 在 真空处理阶段钙铝酸盐类夹杂物去除效果差于高熔点 类夹杂物钢水洁净度差最终导致 类、类夹杂物超标 钢洁净度改善措施.转炉终点控制及出钢脱氧优化为进一步降低钢中自由氧含量对终点控制要求进行优化 要求终点碳控制在%控制钢中自由氧含量在 以内 同时增加出钢铝铁加入量控制出钢结束 含量%促进初始脱氧产物向纯 夹杂物转变利用此类夹杂物与钢液润湿性差易于从钢液中去除的特点促使初始脱氧产物在出钢及 前期快速去除.控制优化本钢种合金加入量大 处理初期长时间大量加入合金需持续大氩气搅拌冶炼为避免前期加入的石灰等渣料被卷入钢液中、生成钙铝酸盐类夹杂物石灰加入时机由到站加入调整为合金加入完成后再分批加入本钢种 处理前期合金加入量大合金带入杂质多对钢水污染大 为进一步促使合金带入杂质从钢液中去除向钢液中喂入 丝进行深脱氧促使合金带入杂质转变为更容易从钢液中去除的夹杂物并伴随底吹氩气强搅拌促进钢中夹杂物上浮去除为进一步减少加入合金带入杂质对钢水纯净度要求影响要求合金加入在 前中期进行 出站前 不允许合金加入 这保证了 炉足够的纯精炼时间促进夹杂物上浮去除 同时对 炉中后期底吹氩气控制进行优化避免底吹强搅拌减少因钢渣界面作用增强导致的钢液中夹杂物增加.控制优化为进一步提升 炉夹杂物去除效果将 钢真空处理时间由 调整至 通过延长真空处理时间进一步改善夹杂物去除效果 同时取消真空处理结束钙处理避免向钢液中添加钙元素导致低熔点的钙铝酸盐夹杂物增加通过上述工艺优化方案的实施连续跟踪 炉 钢夹杂物及氧含量控制实绩见表 所示 钢氧含量及夹杂物控制实绩均得到明显改善总氧含量在 类、类、类夹杂物均满足高标准要求实现了高质量 钢连续稳定生产满足了客户控制要求表 工艺优化前后 钢洁净度跟踪分析控制项目控制目标优化前工艺优化后工艺.含量.夹杂物 类.级 类.级.类.级 类.级 类.级 类.级.类.级 类.级.类.级 类.级.结论通过跟踪 不同工序夹杂物演变规律结合热力学分析对中南股份 精炼工艺进行了优化得到了较为满意的改进结果 可以得出如下结论)高洁净 钢冶炼转炉终点碳控制与出钢脱氧工艺对初始脱氧产物组成及从钢液中去除影响显著防止终点钢水过氧化、增加出钢脱氧铝用量可以有效控制初始脱氧产物组成并改善初始脱氧产物从钢液中去除效果南 方 金 属 年第 期 )通过不同过程夹杂物演变规律跟踪确认了不同冶炼过程钢中夹杂物变化规律 通过 炉渣料加入、底吹氩气控制、脱氧工艺、合金加入优化 真空处理时间延长、取消钙处理等工艺优化实施改善了钢中夹杂物去除效果工艺优化实施前后 钢洁净度跟踪比较钢中氧含量、夹杂物控制实绩均得到明显改善满足了高质量 钢控制要求钢水洁净度提升效果显著参考文献孙晓林 王飞 陈希春等.高温时 钢中初生碳氮化物的分解研究.工程科学学报():.黄 宇 谢有 成国光等.钢中 系夹杂物的形成机理及控制.钢铁 ():.():.孙飞龙 耿 克 俞 峰等.超洁净轴承钢中夹杂物与滚动接触疲劳寿命的关系.金属学报 ():.():.田钱仁 马 骞 尚德礼等.轴承钢中 复合夹杂物形成机理.辽宁科技大学学报 ():./.():.孟耀青 郭晓培 赵垒等.硅脱氧弹簧钢 旋转弯曲疲劳断口中外来夹杂物的研究.钢铁研究学报 ():.肖 微 包燕平 王敏 等.非铝脱氧 轴承钢的夹杂物演变和控制.钢铁 ():.龙 鹄 成国光 丘文生等.轴承钢中大尺寸夹杂物的特征来源及改进工艺.中国冶金 ():.邓志银 周业连 朱苗勇.铝镇静钢中夹杂物形态对其去除的影响.钢铁 ():.():.():.王昆鹏 王 郢 徐建飞等.轴承钢二次精炼过程夹杂物演变规律.钢铁 ():.刘珍童 杨 文 任 英等.铝脱氧钢钙处理效果影响因素分析.钢铁 ():.林 平 刘 浏 王福利 等.含硫齿轮钢 钙处理热力学和控制技术的研究.特殊钢():.薛正良 王义芳 王立涛 等.用小气泡从钢液中去除夹杂物颗粒.金属学报 ():.唐海燕 李京社 王剑斌 等.钢包炉精炼不同吹氩工艺对夹杂物去除效果的研究.钢铁 ():.(上接第 页)信息并通过机理及经验模型进行验证最终成为冶炼生产过程稳定控制的技术支撑参考文献 李东波陈学刚王忠实.现代有色金属侧吹冶金技术.北京:冶金工业出版社:.王举良.富氧侧吹熔池熔炼工艺的冶金计算与生产实践.中国有色冶金():.李海涛.双侧吹富氧冶炼工艺自控系统的设计与应用.铜业工程():.总第 期 余大华等:中南股份高洁净 钢生产实践