BOF-LF-CC生产特殊钢连铸坯的质量控制蔡开科  秦哲  孙彦辉 北京科技大学冶金与生态工程学院2009年12月 目   录 前言 1.转炉冶炼终点拉碳：是低拉碳还是高拉碳？  2.脱氧：用铝还是不用铝？  3.钢中夹杂物成分控制：是塑性状态还是脆性状态？  4.精炼渣成分控制：是控制高碱度还是低碱度？  5.中高碳硅镇静钢还会堵水口吗？  6.连铸工艺优化是解决铸坯中心缺陷的基础  7. M-EMS+F-EMS是解决中高碳钢小方坯中心缺陷的有效手段  8. M-EMS+凝固末端轻压下是解决中高碳钢大方坯中心缺陷的有效手段  结语   前    言 特殊钢的特点： l?特殊用途。轴承、齿轮、弹簧、硬线、结构件、重轨等 l?中高碳的碳锰钢  l?大部分为棒线材的长材产品（小方坯、大方坯） l?生产流程 ： BOF(EAF)—精炼（吹Ar、LF、LF+VD）—CC。  我国采用BOF(EAF)—LF（VD）—CC流程。下面仅就生产中几个问题进行讨论。  1.转炉冶炼终点拉碳：是低拉碳还是高拉碳？  （1）低拉碳增碳法特点 ：  渣中 （FeO）高，有利于脱P，一吹到底，生产低P钢，控制方便。  钢中a[o]高，脱氧剂消耗增加，夹杂物增加。  增[C]剂消耗大，成分控制不稳定。  （2）高拉碳补吹法特点 ：  吹炼时间短，O2耗少。  吹损少，金属收得率高。  钢中a[o]低，铁合金加入少，夹杂物少。  增C量少，C粉加入少。  钢中H、N含量低。    此法的难点是：  高拉碳条件下（C=0.4~0.6%），钢水[P]要控制在                  0.01%左右。  转炉冶炼前期脱磷。  终点温度和成分控制较难。  日本、韩国的钢厂早就采用高拉碳法。目前国内不少厂家也开始由低拉碳走向高拉碳。如某厂冶炼45钢生产统计表明终点拉碳大于0.2%比低拉碳生产成本降低20.45元/吨钢。冶炼82B，拉碳[C]=0.4%左右，吨钢成本节约13元。 终点钢水中a[o]降低（图1） ，铁合金回收率高了，生成夹杂物少了。  表1 低拉碳增碳法和高拉碳补吹法的过程工艺参数比较  2. 脱氧：用铝还是不用铝？ 用Al脱氧的好处： 细化晶粒，生产细晶粒钢。 把钢中溶解氧降到很低，有利于降低T[O]含量。 用铝脱氧坏处： 生成的Al2O3夹杂物使钢水可浇性变差，易堵水口 Al2O3脆性夹杂物产生拉拔脆断，降低疲劳寿命等。     对于中高碳钢一般不用铝脱氧，目的是避免钢中生成有害的Al2O3夹杂。    根据钢种和产品用途，脱氧方式可分为： 仅用 Si+Mn脱氧（Als→0）。 Si+Mn+少量Al脱氧（Als＜0.006％） Si+Mn+ Al脱氧（细晶粒钢）（Als=0.01～0.02%）。  3.钢中夹杂物成分控制：是塑性状态还是脆性状态？ 3.1硅镇静钢     用Si+Mn脱氧，如图5所示，形成的脱氧产物有： 纯SiO2（固体）； MnO·SiO2(液体)； MnO·FeO(固溶体)。      对于硅镇静钢，与Si、Mn相平衡的[O] 溶较高，为40～60 ppm（图6所示），在结晶器内钢水凝固时易生成皮下针孔或气泡（图7）。       由图可知： [O] 10ppm     SiO2析出水口堵塞  [O] 20ppm     铸坯气孔增加 [O]=10~20ppm  最佳范围     硅镇静钢，不加铝脱氧，钢中酸溶铝[Al]s几乎为零（ 0.002%）。水口堵塞不是Al2O3而是SiO2夹杂所致。为此应生成MnO·SiO2液态夹杂（图5），应控制Mn/Si： Mn/Si低时形成SiO2夹杂，增加了水口堵塞可能性 Mn/Si高时生成典型的液态MnO. SiO2(MnO 54.1%，SiO2 45.9%)，夹杂物容易上浮                      因此操作者应调整钢成分，保持Mn/Si 2.5生成液态的MnO·SiO2，有利于夹杂物上浮。但在一定温度下与Si、Mn相平衡的[O]溶较高（图6），当钢水浇入结晶器会产生C-O反应使坯壳生成皮下针孔，同时生成MnO·SiO2浮渣也污染了钢水。为此在LF炉精炼采用白渣操作+Ar搅拌，钢渣精炼扩散脱氧既能把钢水中[O]溶降到 20ppm，也能有效的脱硫，把[S]降到 0.01％。       用Si+Mn+少量铝脱氧，如图8所示，形成的脱氧产物可能有： 蔷薇辉石（2MnO·2Al2O3·5SiO2）； 锰铝榴石（3MnO·Al2O3·3SiO2）； 纯Al2O3(Al2O3 25%)。          要把夹杂物成分控制在相图中锰铝榴石的阴影区，这样就可达到： 夹杂物熔点低（1400℃），球形易上浮； 热轧时夹杂物可塑性好（800～1300℃）； 锰铝榴石夹杂物中Al2O3接近20％左右，变形性最好； 无单独Al2O3的析出，钢水可浇性好，不堵水口； 脱氧良好，不生成气孔       理论计算指出，钢中     Si=0. 2％，Mn=0.4％，温度为1550℃条件下若钢中[Al]s≤0.006％，则钢中[O] 20ppm，生成锰铝榴石而无Al2O3析出（图9），钢水可浇性好，铸坯又不产生皮下气孔。  3.3 铝镇静钢      对于中高碳细晶粒钢，要求 [Al]s≥0.01％；对于低碳铝镇静钢，为改善薄板深冲性能，要求     [Al]s =0.03-0.05%，为此要求用过剩铝脱氧。这样，需要解决两个问题：     (1)  加铝方法：          如何把铝加到钢水中达到目标值，且铝的回收率尽可能高。     (2)  如何避免Al2O3夹杂的有害作用。      钢水中与 [Al]s平衡的[O] 溶很低，为4~8ppm（图10所示），脱氧产物全部为Al2O3，其害处： Al2O3熔点高（2050℃），钢水中呈固态； 可浇性差，堵水口； Al2O3可塑性差，不变形，影响钢材性能，尤其是深冲薄板的表面质量。         为此，采用钙处理（喂Si-Ca线或Ca线），来改变Al2O3形态。对于中高碳钢，加铝较少、Als较低（0.01%左右），宜采用轻钙处理。 轻钙处理后生成钙长石CaO· Al2O3 ·2 SiO2 （CaO 20~25%， Al2O3 37％， SiO2 44％）或钙黄长石 2CaO· Al2O3 ·SiO2（CaO 40%， Al2O3 37％， SiO2 22％）。希望把夹杂物成分控制在CaO- SiO2 - Al2O3相图中的阴影区（图11）。 4.精炼渣成分控制：是控制高碱度还是低碱度？       众所周知，渣子碱度高（3~6）、FeO＜1%，脱硫效率高，对降低钢中总氧T[O]有利（图12），但是过高碱度不利于夹杂物可塑性化。  对于高碳钢应采用低碱度（1~2）低氧化性（FeO=1~2%）渣子来控制夹杂物可塑性。把夹杂物成分控制在相图锰铝榴石范围内（图8）。当渣碱度为0.9~1.1，钢中酸溶铝Als＜3ppm夹杂物组成为：                              =0.15~0.23                             ≥1.7 此时可冷拔到0.15~0.23mm，断面收缩率达99.9%，解决了拉拔断丝问题。如采用高碱度（R=3)精炼渣，虽然钢中总氧T[O]较低，但钢中Al2O3不

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