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来源:海鑫钢网责任编辑:时间:2021年01月14日 11:11手机海鑫钢网

摘要:本文针对33MnCrTiB钢生产中出现夹杂物评级不合格和铸坯出现凹陷、中心疏松等质量问题,系统性地对脱氧工艺、精炼渣系进行优化改进,同时针对铸坯缺陷,从铜管锥度、冷却及电搅参数进行优化,通过对比优化前后铸坯质量,发现夹杂物评级合格率从95.1%提高99.2%,特别是B类和C类细系夹杂评级显著提升。铸坯凹陷和中心疏松得到改善,工艺完全满足33MnCrTiB钢的要求,取得显著经济效益。

河北永洋特钢集团有限公司(以下简称永洋特钢)炼钢厂,目前有一座120t顶底复吹转炉,两座120tLF精炼炉,一座120tVD炉以及两台连铸机,其中一台六机六流、一台八机八流;现有产品主要有汽车用弹簧扁钢、货叉用扁钢、高强度汽车用热轧扁钢以及轻轨、重轨、工业钢轨、矿用工字钢、矿用U型钢等。

货叉扁钢系列钢是永洋特钢公司的主要产品之一,货叉扁钢作为叉车关键部件的原材料,用于加工叉车的货叉,要求疲劳寿命≥100万次、淬透性窄、力学性能稳定,同时对表面质量、外形尺寸要求较高。由于这些性能要求的特殊性,决定了其生产工艺的复杂性。例如,该钢种在生产时加入微合金化元素钛,用于细化晶粒,同时为防止形成TiN等夹杂,又加入微量硼进行固钛,这样就使得该钢种合金元素的相互关系变得比较复杂。

33MnCrTiB生产工艺及存在主要质量问题

货叉扁钢生产工艺:顶底复吹转炉→吹氩站→LF精炼炉→八机八流连铸机(150×150mm)/六机六流连铸机(160×225mm)。

主要存在的质量问题:一是夹杂物超标多(2018年合格率只有96.58%),主要是B类夹杂细系、C类夹杂超标;二是浇铸水口结瘤,连浇炉数低,生产过程不稳定;三是铸坯缺陷严重,铸坯凹陷时有超标,两侧凹陷>5mm,中心疏松面积大,铸坯表面有渣沟(坑)。

冶炼工艺优化

针对33MnCrTiB钢夹杂物超标的问题,需要从各类夹杂物的形成机理出发,结合生产工艺,分层解析,系统优化加以解决。其C类夹杂主要是硅酸盐夹杂,由于硅酸盐夹杂熔点低,和钢水的浸润性好,不容易上浮,在钢的加工过程中容易变形,影响钢的高温延展性,特别是对高强度钢会影响钢横向断面收缩率。C类夹杂超标的原因,主要是硅氧化生成SiO2后,再与其它氧化物生成的复合氧化物所致。而B类夹杂是以Al2O3为主的脆性夹杂物,主要影响钢的疲劳寿命,根据不同的服役条件,有着不同的要求。B类夹杂细系超标主要是初炼钢水脱氧不彻底,在LF精炼过程多次加铝,形成细小的Al2O3夹杂,且上浮困难,造成B类夹杂细系超标。为此,笔者有针对性地进行了工艺优化。

转炉工艺优化

针对B、C类夹杂超标,重点对转炉终点进行控制,对出钢脱氧和炉后合金化工艺进行改进。

转炉终点碳、活度氧控制

强化出钢碳控制,控制碳在0.08%以上,防止过氧化出钢,合理控制出钢温度,出钢温度控制在1600℃~1615℃。转炉终点留碳有效控制了转炉终点活度氧,活度氧水平控制在150ppm~350ppm之间,为转炉出钢脱氧,防止Si的氧化,减少SiO2生成提供了保证。

转炉下渣控制

减少转炉下渣,出钢采用挡渣塞加滑板挡渣的双挡出钢模式,保证转炉下渣控制在2千克/吨以下,有效控制造白渣回磷,回磷多数炉次控制在0.002%以下;采用双档渣后,出钢磷和到LF精炼结束磷的变化做比较,双挡渣回磷量明显降低。

出钢脱氧优化工艺

利用出钢前定氧,确定活度氧和加铝量之间的关系,控制钢水到吹氩站Als的含量;实行炉后一次脱氧工艺,保证高氧位下加足量的铝,促进脱氧生成Al2O3夹杂充分上浮;同时减少合金化过程Si的氧化和LF过程铝的消耗量。

通过现场炉次跟踪,回归出加铝量计算公式(出钢量按照135吨考虑),目标Als按照0.02%控制加铝量。

在优化出钢加铝的基础上,为了进一步减少SiO2生成,对出钢合金化次序进行优化,出钢30吨时加入增碳剂,出钢50吨按照计算量加铝块脱氧,80吨开始按照顺序加入900千克高锰、800千克高铬、1200千克硅锰,然后依次加入石灰500千克和高铝精炼渣400千克。

精炼渣系优化

研究表明,钢坯内部夹杂物主要来自脱氧产物和精炼渣,为了最大限度去除夹杂,精炼渣合理的理化性能控制是减少夹杂关键。控制精炼渣性能,主要从以下四个方面入手:

(1)精炼渣要有合适的熔点,一般要求精炼渣熔点控制在比浇铸钢种液相线温度低10℃以上。

(2)精炼渣要能与Al2O3充分反应,形成低熔点复合氧化物,使Al2O3夹杂尽可能被吸收,这要求渣的粘度和渣中Al2O3活度不能太大。

(3)精炼渣不能与钢水产生化学反应,例如渣中SiO2与Al的反应,并且渣的硫容量尽可能大。

(4)精炼渣要对耐火材料不能有过强的侵蚀,渣中要有适当的MgO含量。

根据热力学计算,参照CaO-SiO2-Al2O3-6%MgO四元相图,得到了精炼渣渣系组分的控制范围,得出CaO含量控制在44%~57%,Al2O3含量控制在19.5%~40%,SiO2含量控制在7.5%~20%。为了充分吸收Al2O3夹杂,就要考虑精炼渣的粘度、熔点等因素,研究指出当渣中55%≤CaO%≤57%,渣粘度在CaO-SiO2-Al2O3-MgO四元渣系最小(0.05~0.06Pa·s),渣对Al2O3吸收最强。同时保持精炼渣中较高CaO/Al2O3比例,一般控制在1.85~1.92的范围,可以充分降低渣中Al2O3活性,提高对高熔点Al2O3夹杂的吸附。

依据以上分析,为了充分捕获上浮的脱氧夹杂物,减少造白渣时SiO2被还原引起的增氧或SiO2在搅拌过程中重新被卷入钢液,增加钢中C类夹杂,将硅钙渣系调整为钙铝渣系;降低渣中SiO2含量,改为高Al2O3、高碱度渣系。由于高铝渣熔点低,形成液态的复合钙铝酸盐化合物,很容易俘获脱氧上浮的Al2O3夹杂,这将有效促进B类夹杂的改善。

连铸参数优化

为了解决铸坯凹陷和中心疏松问题,对铸机的设备参数和冷却工艺参数进行了优化。

铜管锥度曲线调整

由于该公司冶炼钢种含碳量及拉速跨度较大,铜管锥度曲线要适应不同钢种,既要防止低碳钢的脱方,又要兼顾高碳钢的拉坯阻力。为了避免铜管倒锥度差小时,常常发生铸坯脱方问题,以及锥度过大,造成铸坯表面渣沟现象。通过理论计算和试验研究,得出了兼顾不同钢种优化后的结晶器铜管锥度差为2.3毫米(弧面1.7毫米)时,可以获得理想效果,铸坯凹陷基本消除。

比水量、电搅和末搅优化

为了解决中心疏松,比水量由之前的0.3升/千克提高到0.5升/千克,提高比水量后,把电搅电流增加到400A,使形成的柱状晶迅速熔断,防止长大形成粗大晶粒,铸坯低倍的疏松面积明显减小;为解决中心部位的疏松颗粒粗大的问题,在适量降低末搅电流的情况下,把频率调至6HZ~8HZ,增加末搅的穿透力,使电磁力能够作用到中心区域,增加更多细小的等轴晶。

33MnCrTiB钢质量改善效果

工艺优化化后,夹杂物评级从优化前合格率95.1%提高到99.2%,评级小于等于1级合格率明显提升,特别是B细系和D类细系评级从优化前合格率70.23%、70.74%提高到优化后95.07%、90.13%,夹杂物评级明显改善,也说明钢水洁净度得到提高。在实际生产中钢水的连浇炉次也明显提高。

结论

通过对33MnCrTiB货叉扁钢生产工艺的优化和实践,得出以下初步结论:

(1)冶炼33MnCrTiB钢应严格控制过氧化炉次,控制终点活度氧,控制下渣量可有效提高钢水洁净度;

(2)出钢精确控制脱氧铝的加入量,提高初炼钢水Als的命中率,强化一次性脱除活度氧,可有效改善B和C类夹杂物;

(3)精炼渣系由硅钙渣系调整为钙铝渣系,可提高钢水洁净度,改善钢水可浇性;

(4)通过结晶器铜管锥度差合理性选择,增加比水量,提高电搅强度,减轻了铸坯凹陷和中心疏松缺陷。

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