专利名称：一种高碳钢的冶炼连铸方法
技术领域：
本发明属于钢铁冶炼的工艺技术领域，特别是涉及高碳钢中夹杂物的塑性化控制工艺方法。
背景技术：
高碳钢常作为制作机械设备的轴件、齿轮、轴承、弹簧等，在服役过程中经受周期性交变应力作用，疲劳破坏是导致上述工件失效的重要原因，钢中非金属夹杂物与钢基体在变形性、热膨胀性、硬度等方面与基体不同，如果夹杂物在热加工的过程中发生良好变形，其与基体能够保持良好的结合；反之，如果夹杂物不变形或变形很小，在钢基体与夹杂物界面上会形成微裂纹、空洞，在交变应力下易成为疲劳破坏源。为了提高疲劳寿命，一方面提高钢水洁净度以减少夹杂物含量，另一方面，应该将夹杂物控制为球形、小尺寸、可变形的夹杂物。精炼过程中常用两种渣系，第一种为低碱度、低氧化铝精炼渣，常被用来生产汽车发动机进排气阀门用弹簧钢丝与优质高碳帘线钢。采用该渣系，可将钢中的夹杂物控制在 Ca0-Si02-A1203系中的钙斜长石(Ca0_A1203. -2Si02)、磷石灰和假硅石灰相邻的低熔点区，如附图所示的区域A。另一种是采用碱度为5-7、A1203含量约为20%的渣系来生产低氧轴承钢、表面硬化钢，但是其中钢中夹杂物难以变形。目前专利及其他专业文献所公开的技术，大多涉及轴承钢等高碳钢中氧量的控制，并未涉及钢中夹杂物的塑性化控制。如CN1005198000公开了一种转炉连铸工艺生产低氧高碳铬轴承钢的方法，只是强调了其转炉工艺生产轴承钢能够将铸坯中的全氧含量降低到9ppm左右，并未涉及钢中夹杂物变性的控制方法。如ZL0132236. 5公开了一种采用“直流电炉初炼一钢包炉底部吹氢精炼-真空炉脱气-模铸”生产工艺，它可以生产出T
不大于7ppm的高碳铬轴承钢。它只强调了其钢的洁净度也未涉及非金属夹杂物的控制情况。
发明内容
本发明为了提高高碳钢疲劳寿命，提出一种高碳钢冶炼及连铸方法，既通过优化转炉冶炼、精炼和连铸的方法，控制精炼渣的成分使高碳钢中的非金属夹杂物尽可能的进入塑性区内，实现提高高碳钢疲劳寿命。本发明主要靠如下手段实现。主要包括冶炼前的脱硫处理、转炉冶炼、钢包精炼、 方坯连铸，其特征在于在进入转炉前对其进行喷镁法脱硫预处理，使硫含量< 0. 003% ；在转炉冶炼采用双渣法脱磷，出钢时[P] <0.010% ；在钢包精炼过程中造高碱度渣，渣中 (Ca0+Mg0)/(Si02+A1203)质量分数比大于6，吸附夹杂物并改变夹杂物成份，使其成份进入塑性化区内，钢包精炼结束时控制[Als]在0. 025%以上；在真空精炼过程中对钢液采用 50-80pa的真空处理10-20分钟，使钢液中的[Als]控制在0. 015%以上；在小方坯连铸机上进行浇铸，拉速1. 6-2. Om/min,比水量设定为0. 6-1. OL/kg。所述的冶炼连铸方法，其特征在于在转炉冶炼中，在熔池温度氺1450°C时，转炉倒一遍渣的时间控制在^0-320s左右，倒渣量不少于80%，碱度控制到R = 2. 5,FeO不小于 25%。在转炉出钢时采用钢心铝作为脱氧剂，在出钢1/10时加入，并一次性加足；出钢后期加CaO含量约为50%，A1203含量约为40%，Si02不大于5%的顶渣料。在钢包精炼中， 采用铝粒，碳化硅做还原剂扩散脱氧造白渣，控制精炼渣成份，使CaO = 50%-60%, Si02 < 10%, A1203 = 25% -30%，MgO = 5% -8%。在于在真空精炼中，真空处理后采用氩气弱搅，搅拌时间控制在15-25分钟，控制钢液中[Als] >0.015%。在连铸中，控制中间包钢水过热度不大于30°C，选用碱度为0. 8-0. 85的保护渣，结晶器电磁搅拌电流强度控制为 350A、频率为2HZ ；末端结晶器电磁搅拌电流强度控制为500A、频率为12HZ。采用本发明的转炉冶炼、精炼和连铸的方法，较好的控制精炼渣的成分，使高碳钢中的非金属夹杂物尽可能的进入塑性区内，使高碳钢疲劳寿命显著提高。
附图是Ca0-Si02-A1203系夹杂物低熔点区域示意图。在图中A区域是采用低碱度、低氧化铝精炼渣所形成的非金属夹杂物成分聚集区域，B区域是本发明采用高碱度渣系控制其非金属夹杂物成分聚集区域。
具体实施例方式主要包括冶炼前的脱硫处理、转炉冶炼、钢包精炼、方坯连铸。在进入转炉前对其进行喷镁法脱硫预处理，使硫含量< 0. 003% ；在转炉冶炼采用双渣法脱磷倒掉了含P205 高的炉渣，另造新渣以达到较好脱磷、脱硫效果。出钢时[P] <0.010%。在钢包精炼过程中造高碱度渣，渣中(Ca0+Mg0)/(Si02+A1203)质量分数之比大于6，吸附夹杂物并改变夹杂物成份，使其成份进入塑性化区内，钢包精炼结束时控制酸溶铝[Als]在0. 025%以上。在真空精炼过程中对钢液采用50-80pa的真空处理10-20分钟，使钢液中的酸溶铝 [Als]控制在0. 015%以上。在小方坯连铸机上进行浇铸，拉速1. 6-2. Om/min,比水量设定为 0. 6-1. OL/kg。 所述的冶炼连铸方法，在于在转炉冶炼中，在熔池温度氺1450°C时，转炉倒一遍渣的时间控制在^0-320s左右，倒渣量不少于80%，碱度控制到2. 5，FeO不小于25%。在转炉出钢时采用钢心铝作为脱氧剂，在出钢1/10时加入，并一次性加足；出钢后期加CaO含量约50%，A1203含量约40%，Si02不大于10%的顶渣料。在钢包精炼中，采用铝粒，碳化硅做还原剂扩散脱氧造白渣，控制精炼渣成份，使CaO = 50% -60%, Si02 < 10%, A1203 = 25% -30%，MgO = 5% -8%。在真空精炼中，真空处理后采用氩气弱搅，搅拌时间控制在 15-25分钟，控制钢液中Als > 0.015%。在连铸中，控制中间包钢水过热度不大于30°C， 选用碱度0. 8-0. 85之间的高碳钢用保护渣，结晶器电磁搅拌电流强度控制为350A、频率为 2HZ ；末端结晶器电磁搅拌电流强度控制为500A、频率为12HZ。 采用的技术方案包括以下步骤(1)在进入转炉前对其进行喷镁法预处理脱硫， 保证硫含量低于0. 003% ； (2)在转炉内冶炼钢水，采用双渣法脱磷，出钢时磷含量小于 0.010% ； (3)在钢包中进行精炼，夹杂物的主要变性阶段，钢包精炼过程中，吨钢加入约 3. 2kg的渣料，控制渣中的中(Ca0+Mg0)/(Si02+A1203)不低于6，钢包精炼结束时控制 [Als]在0. 025%以上；(4)对钢液进行真空处理，采用67pa的高真空处理15分钟左右，钢液中的[Als]控制在0.015%以上；( 在150mm2小方坯连铸机上进行浇铸，拉速1.8m/ min，比水量设定为0. 8L/kg。在步骤2所述的转炉冶炼时，倒第一遍脱磷渣时间控制在300秒左右，前期熔池温度氺1450°C。倒渣量不少于80%，碱度2. 5，FeO不小于25%。在步骤3所述的钢包精炼过程中，采用铝粒，碳化硅做还原剂扩散脱氧造白渣，控制钢液中[Als]在精炼结束时大于0.025%。控制精炼渣成份CaO = 50% -60%, Si02 < 10%，A1203 = 25%-30%，MgO = 5%-8%。纯精炼时间在；35分钟左右。如上图所示，通过高碱度渣系控制夹杂物中成分在区域B中，此区域为3Ca0-A1203、5Ca0-3A1203、 2Ca0-2Si02-A1203、CaO-Al203相邻的成分区域，其熔点低于1500°C，由于熔点不高，轧制过程中可以发生稍许变形，因而能够改善钢材的疲劳性能。本发明主要通过控制钢包精炼中的顶渣成份，CaO = 50_60%，Si02< 10%，A1203 = 25%-30%,Mg0 = 5%-8%,来是钢液中的夹杂物进入低熔点的塑性区内，保证足够的精炼时间，一般选取35分钟以上，通过促使炉渣/钢液、钢液/夹杂物之间的反应达到平衡， 使夹杂物成份逐渐接近顶渣成份，即使其进入区域B内。即Si02含量在0-20%，CaO含量在 40-70%，A1203 含量在 30% -50%
权利要求
1.一种高碳钢冶炼连铸方法，主要包括冶炼前的脱硫处理、转炉冶炼、钢包精炼、方坯连铸，其特征在于在进入转炉前对其进行喷镁法脱硫预处理，使硫含量< 0. 003% ；在转炉冶炼采用双渣法脱磷，出钢时[P] <0.010% ；在钢包精炼过程中造高碱度渣，渣中 (Ca0+Mg0)/(Si02+Al203)质量分数比大于6，吸附夹杂物并改变夹杂物成份，使其成份进入塑性化区内，钢包精炼结束时控制[A1J在0. 025%以上；在真空精炼过程中对钢液采用 50-80pa的真空处理10-20分钟，使钢液中的[Als]控制在0. 015%以上；在小方坯连铸机上进行浇铸，拉速1. 6-2. Om/min,比水量设定为0. 6-1. OL/kg。
2.如权利要求1所述的冶炼连铸方法，其特征在于在转炉冶炼中，在熔池温度 > 1450°C时，转炉倒一遍渣的时间控制在280-320S，倒渣量不少于80%，碱度控制到R = 2. 5，FeO 不小于 25%。
3.如权利要求1或2所述的冶炼连铸方法，其特征在于在转炉出钢时采用钢心铝作为脱氧剂，在出钢1/10时加入，并一次性加足；出钢后期加CaO含量约为50%，Al2O3含量约为40%，SiO2不大于5%的顶渣料。
4.如权利要求1所述的冶炼连铸方法，其特征在于在钢包精炼中，采用铝粒，碳化硅做还原剂扩散脱氧造白渣，控制精炼渣成份，使CaO = 50% -60%, SiO2 < 10%, Al2O3 = 25% -30%, MgO = 5% -8%。
5.如权利要求1所述的冶炼连铸方法，其特征在于在真空精炼中，真空处理后采用氩气弱搅，搅拌时间控制在15-25分钟，控制钢液中[Als] >0.015%。
6.如权利要求1所述的冶炼连铸方法，其特征在于在连铸中，控制中间包钢水过热度不大于30°C，选用碱度为0. 8-0. 85的保护渣，结晶器电磁搅拌电流强度控制为350A、频率为2HZ ；末端结晶器电磁搅拌电流强度控制为500A、频率为12HZ。
全文摘要
本发明属于钢铁冶炼的工艺技术领域。为了提高高碳钢疲劳寿命，目前大多采用改善钢水洁净度以减少夹杂物含量等方法，本发明提出了通过改变非金属夹杂物的形态，从而改善疲劳寿命的方法。包括铁水处理、转炉冶炼、钢包精炼、方坯连铸等工艺；对铁水采用喷镁法脱硫预处理，使硫含量＜0.003％；转炉采用双渣法脱磷；在钢包精炼过程中造高碱度渣，吸附夹杂物并改变夹杂物成份，钢包精炼控制[Als]在0.025％以上；采用50-80pa的真空处理10-20分钟，使钢液中的[Als]控制在0.015％以上；采用小方坯连铸，拉速1.6-2.0m/min，比水量为0.6-1.0L/kg。使钢中的非金属夹杂物尽可能的进入塑性区内，显著提高了疲劳寿命。
文档编号C21C7/10GK102517419SQ201110431388
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月21日 优先权日2011年12月21日
发明者张炯明, 李树庆, 王永然, 罗衍昭, 陈少东 申请人:天津钢铁集团有限公司