一種高鋁合金結(jié)構(gòu)圓鋼的高效生產(chǎn)工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鋼的生產(chǎn)方法，具體來說涉及一種高鋁合金結(jié)構(gòu)圓鋼的高效生產(chǎn) 工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 高鋁合金結(jié)構(gòu)鋼的鋁含量極高，高達0.70-1. 20%，通常屬于含鋁氮化鋼類別，經(jīng) 滲氮處理后，鋼的氮化層中形成氮化鋁層，依據(jù)氮化鋁的彌散硬化作用可以提高鋼材的表 面硬度和強度，從而獲得堅硬、耐磨、抗腐蝕的性能，廣泛應(yīng)用于航空工業(yè)、常規(guī)武器及機械 制造業(yè)上的管坯發(fā)動機氣鋼套，注塑機的螺桿和套筒等特殊要求的零部件。僅注塑機行業(yè) 的國內(nèi)外年需求量已高達20萬噸以上，隨著近年來國家對軍工行業(yè)的大力扶持，其需求量 還將進一步增加。
[0003] 現(xiàn)場多年的生產(chǎn)實踐表明，當常規(guī)鋼種的鋁含量達到0. 025%以上時，連續(xù)澆鑄過 程中容易堵塞水口，而高鋁合金結(jié)構(gòu)鋼的鋁含量為常規(guī)冷鐓鋼的40倍左右，是目前最難連 鑄的鋼種之一，由于鋁具有極易氧化、熔點低（660°C)、比重?。?.68g/cm3)等特點，造成高 鋁合金結(jié)構(gòu)鋼在冶煉時鋁不易加入、收得率很不穩(wěn)定；同時，高鋁合金鋼在生產(chǎn)過程中，渣 中氧化硅易于還原，鋼液中鋁易于氧化，硅、鋁成份波動較大，成份控制較為困難，并且鋼液 容易發(fā)生二次氧化，有一部分氧化物未能上浮而滯留在鋼水中，從而造成水口堵塞，造成絮 流，對連饒和鋼的質(zhì)量造成很大的危害。
[0004] 21世紀以來，國內(nèi)通常采用電爐一模鑄工藝生產(chǎn)高鋁合金結(jié)構(gòu)鋼，部分廠家甚至 采用電渣重熔的工藝技術(shù)，勞動生產(chǎn)率和成材率相對較低，產(chǎn)品質(zhì)量相對較差。近期，國內(nèi) 相關(guān)生產(chǎn)廠家開始逐步采用電爐一LF爐外精煉一RH真空精煉一連鑄工藝代替電爐一模鑄 工藝生產(chǎn)，但鋁的吸收率和連澆爐數(shù)均沒達到理想狀況，尚未達到高效批量生產(chǎn)階段，仍存 在一些難以突破的技術(shù)難題：①連澆過程容易出現(xiàn)結(jié)瘤現(xiàn)象，連澆爐數(shù)多為5爐左右；②鋁 的收得率不穩(wěn)定，通常鋁的收得率僅為75%左右；③盤條的純凈度不高，非金屬夾雜物的 含量和種類、氣體含量等出現(xiàn)超標現(xiàn)象；④硅、鋁成份波動較大，成份控制較為困難；⑤表 面質(zhì)量不理想，造成質(zhì)量極不穩(wěn)定，因此，這些技術(shù)難題大大困擾著高鋁合金結(jié)構(gòu)鋼生產(chǎn)廠 家。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于針對以上技術(shù)難題，通過合理選擇工藝路線、合理設(shè)計工藝參 數(shù)和合理選擇鋁的加入時機等手段，提供了一種高鋁合金結(jié)構(gòu)圓鋼的高效生產(chǎn)工藝，成本 低廉，操作簡單，并且能夠確保鋁的吸收率高，達到95%以上；鋼的純凈度極高；可澆性好， 不需要進行鈣處理，可連澆12~15爐，大大提高了生產(chǎn)效率，圓鋼的表面質(zhì)量良好，且質(zhì)量 穩(wěn)定，完全滿足國內(nèi)外高鋁合金結(jié)構(gòu)圓鋼客戶的需求。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種高鋁合金結(jié)構(gòu)圓鋼的高效生產(chǎn)工藝，包括 轉(zhuǎn)爐冶煉工序、LF精煉工序、VD真空精煉工序、大方坯連鑄工序和乳制工序步驟，具體操作 如下：
[0007] (1)轉(zhuǎn)爐冶煉采用優(yōu)質(zhì)鐵水，終點[C]控制在0. 20 %~0. 30 %，終點 [P]彡0. 010%，出鋼過程采用滑板擋渣操作，嚴禁下渣出鋼，出鋼時間為3~5min，
[0008] 由碳氧濃度積可知，出鋼碳較高，鋼水中的自由氧含量將大大降低，減輕了后續(xù)脫 氧壓力，大大減少了脫氧產(chǎn)物的生成，
[0009] 作為優(yōu)選，步驟（1)的采用優(yōu)質(zhì)鐵水作為煉鋼原料，要求[Si] :0· 30%~0· 70%、 [卩]彡0.10%、[3]彡 0.020%，溫度1'彡1310°(：，出鋼溫度為 1630 ~1670°(：;
[0010] 作為優(yōu)選，出鋼1/4時隨鋼液依次加入脫氧劑電石和鋁塊，其中加入量為：電石 90 ~120Kg/ 爐、鋁塊 160 ~200Kg/ 爐；
[0011] 加入電石和鋁塊進行預(yù)脫氧，可降低鋼液中的氧含量，先加入電石，減少了脫氧產(chǎn) 物氧化鋁的生成量，進而減輕了后續(xù)氧化產(chǎn)物上浮的壓力；
[0012] (2) LF精煉爐密封良好，確保爐內(nèi)還原性氣氛，精煉加入適量電石和鋁粒進行鋼渣 界面脫氧，前期、中期進行底吹大氬氣量攪拌，精煉后期、末期底吹適當調(diào)小氬氣量，喂鋁線 調(diào)鋁至0.09%-0. 11%，硅按中下限控制，防止真空高鋁渣回硅，精煉完成后迅速轉(zhuǎn)入VD爐 真空精煉工序，
[0013] 步驟⑵中所述電石的加入量為50~70kg/爐，鋁粒加入量為40~60kg/爐；所 述精煉前期、中期底吹大氬氣量攪拌壓力I. 1~I. 3MPa，流量350~450NL/min，精煉后期、 末期底吹大氬氣量攪拌壓力〇. 9~I. IMPa，流量250~350NL/min，所述喂鋁線量為350~ 400m/ 爐。
[0014] 步驟（2)中加入鋁粒的目的是為了對鋼水進行深脫氧，且脫氧產(chǎn)物在大氬氣量的 攪拌下，可有效促進脫氧產(chǎn)物上浮，
[0015] 加電石的目的是為了進行鋼渣界面脫氧，電石中的鈣與鋼液中的氧、氧化產(chǎn)物生 成復(fù)合脫氧產(chǎn)物經(jīng)氬氣攪拌進入渣面，
[0016] 精煉前期、中期為合金成分調(diào)整時期，采用大氬氣量攪拌可以吹開渣面，提高合金 收得率，加速合金熔化，均勻成分，同時能有效促進脫氧產(chǎn)物上??；精煉后期、末期由于還原 性渣的形成，爐渣會變得較稀，且沒有調(diào)整合金階段，適當調(diào)小氬氣流量是為了防止鋼液存 在裸露、鋼水被氧化的風險，同時還可以促進鋼液中夾雜物上浮，此時喂入鋁線是為了進一 步深脫氧；
[0017] (3) VD采用抽真空脫氣處理，真空狀態(tài)下全程大氬氣量攪拌，真空度在67Pa以下 保持10~15min后破真空，隨后加入鋁塊為770~830Kg/爐，繼續(xù)抽真空至67Pa以下，并 保持15~18min，隨后破真空加入碳化稻殼覆蓋劑進行軟吹氬操作，軟吹時間30~40min， 軟吹后進行測溫操作，軟吹后吊包溫度為，開澆爐次1570~1580°C、連澆爐次1560~ 1570 °C,
[0018] 碳化稻殼覆蓋劑為大包覆蓋劑，加入的目的是保溫且保護鋼水被二次氧化的風 險，
[0019] 真空狀態(tài)下，加入鋁塊，密封性好、因鋼水已完成深脫氧，鋼液中的氧含量極低，可 以大大提高鋁的收得率、且收得率穩(wěn)定，同時降低了脫氧產(chǎn)物的生成量，提高了鋼水的潔凈 度。
[0020] 步驟（3)中所述大氬氣量攪拌，攪拌壓力I. 0~I. 2MPa，流量300~400NL/min， 所述軟吹氬流量80~100NL/min，
[0021] 嚴格的軟吹氬工藝和確保適當軟吹時間，以實現(xiàn)有效促進夾雜物上浮，減少鋼中 夾雜物含量，達到凈化鋼水的目的，
[0022] (4)連鑄采用高過熱度、低拉速澆注，過熱度控制在30~45 °C，拉速0.70~ 0. 80m/min，二冷采用弱冷配水模式，比水量為0. 25L/Kg，
[0023] 連鑄采用整體式密封鎂質(zhì)干式料中間包，中間包與包蓋之間墊放耐火棉并在各接 縫處用涂抹料涂抹密封，結(jié)晶器選用高鋁鋼保護渣，保護渣自動加入，確保加入量均勻，
[0024] 步驟（4)中，所述結(jié)晶器保護渣使用西寶高鋁合金結(jié)構(gòu)鋼保護渣，其中堿度為R = 0· 50 ~0· 70,熔點 1080 ~1180°C，粘度為 0· 40 ~0· 45Pa. S/1300°C，H2O 彡 0· 30% ;每隔 2小時測量一次液渣層厚度，確保液渣層深度為8~IOmm ;結(jié)晶器一冷水流量為110±5m3/ h，確保一冷水溫差6~9°C ;中包水口直徑彡Φ40_，水口插入深度為90~110_，使用 5. 5~6h進行更換，結(jié)晶器電磁攪拌為150A/2HZ，末端電磁攪拌為80A/6HZ。
[0025] 采用高過熱度、低拉速澆注工藝，有利于促進夾雜物上浮，且連鑄過程基本實現(xiàn) "恒拉速"澆注，可有效防止因鋼水大翻引起的結(jié)晶器卷渣，同時，本發(fā)明通過選用合理的水 口材質(zhì)及嚴格控制換水口時間、嚴格控制生產(chǎn)節(jié)奏等措施來避免"高過熱度、較低一冷水流 量和低拉速"可能會造成的耐材侵蝕加重、結(jié)瘤，生產(chǎn)節(jié)奏不匹配、漏鋼等不利影響，
[0026] 連鑄坯采用"一"字型加蓋坑冷36h以上，溫度彡150°C轉(zhuǎn)運，中包選用鎂質(zhì)擋墻， 使用CaO-Al2O3系堿性覆蓋劑，勤加稻殼灰，保持中包黑渣操作，
[0027] 采用"一"字型加蓋坑冷，可以大大降低鋼中的[H]含量，避免乳材出現(xiàn)白點現(xiàn)象， 采用CaO-Al2O3系中包堿性覆蓋劑，可避免連鑄過程中因鋼渣反應(yīng)而引起鋼種夾雜物增加， 還起到避免鋼液中的鋁被氧化的風險；
[0028] (5)乳鋼加強控乳控冷工藝控制，均熱爐溫度1150~1200°C，開乳溫度1050~ 1130°C，總加熱時間2~3h，采用高壓水除磷，壓力20MPa~25MPa，確保連鑄坯表面氧化鐵 皮清除干凈；出鋼節(jié)奏1. 5~2min，乳制完成后圓鋼應(yīng)及時緩冷，確保圓鋼在多400°C入坑 緩冷，入坑時間不得小于48小時，
[0029] 采用高壓水除磷可以有效提高乳材的表面質(zhì)量，圓鋼坑冷可以大大降低鋼中的 [H]含量，避免出現(xiàn)白點現(xiàn)象；