專利名稱：低碳高硫(硫磷)易切削結(jié)構(gòu)鋼連鑄坯的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金行業(yè)易切削結(jié)構(gòu)鋼的冶煉生產(chǎn)方法，尤其是指硫(或硫磷復(fù)合)系易切削結(jié)構(gòu)鋼的冶煉生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
結(jié)構(gòu)鋼(主要是低合金結(jié)構(gòu)鋼、碳素結(jié)構(gòu)鋼)是常見的鋼鐵品種，其生產(chǎn)工藝是鎮(zhèn)靜鋼冶煉工藝，加澆鑄成形(高溫鋼水凝固成形)。通常情況下，冶煉過程中，為了提高鋼的純凈度(提高鋼的各項(xiàng)性能指標(biāo))，強(qiáng)脫氧措施(即向鋼中加入強(qiáng)脫氧元素，如加入鋁錠沉淀脫氧、白渣擴(kuò)散脫氧、真空碳脫氧等)是必不可少的技術(shù)手段。高溫鋼水凝固成形的方式有模鑄和連鑄兩種方式(盡可能實(shí)施連鑄方式，提高金屬收得率，降低生產(chǎn)成本)模鑄(將高溫鋼水澆成鋼錠，經(jīng)初軋機(jī)或鍛壓機(jī)加工成鋼坯)金屬收得率較低(約84％左右)；連鑄(將高溫鋼水直接澆成鋼坯)金屬收得率較高(約98％左右)。
近年來，隨著機(jī)械、設(shè)備制造工業(yè)的迅速發(fā)展，結(jié)構(gòu)鋼材料的易切削化(切削成本的成倍降低、產(chǎn)品質(zhì)量大幅度提高和生產(chǎn)效率成倍提高)成為鋼鐵使用商的追求(如在日本，零件在自動(dòng)化生產(chǎn)線上的切削加工時(shí)間，每縮短1秒，即可節(jié)省1日元。)，為滿足機(jī)械、設(shè)備制造工業(yè)的金屬材料易切削化要求，以結(jié)構(gòu)鋼為基礎(chǔ)的易切削鋼(易切削結(jié)構(gòu)鋼)品種也日趨增加。目前易切削結(jié)構(gòu)鋼主要有含硫(硫磷)易切削結(jié)構(gòu)鋼、含鉛易切削結(jié)構(gòu)鋼二類，由于鉛污染的因素，含鉛易切削鋼呈現(xiàn)逐步減少和被取代的趨勢(shì)；相反，隨著材料科學(xué)和工藝技術(shù)的進(jìn)步，環(huán)保型的、無鉛的、含硫(硫磷)易切削結(jié)構(gòu)鋼的切削性能逐步接近或達(dá)到含鉛易切削鋼的水平，因此，硫(硫磷)系易切削結(jié)構(gòu)鋼受到了鋼鐵制造商(鋼鐵廠)、機(jī)械、設(shè)備制造工業(yè)商(鋼鐵用戶單位)的歡迎，其使用量也不斷增加，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。
硫(硫磷)系易切削結(jié)構(gòu)鋼(在硫磷易切削結(jié)構(gòu)鋼中，人們把S含量≥0.04％、P含量≥0.04％的易切削結(jié)構(gòu)鋼，稱之為硫磷易切削結(jié)構(gòu)鋼；把S含量≥0.08％、P含量≥0.04％的易切削結(jié)構(gòu)鋼，稱之為高硫磷易切削結(jié)構(gòu)鋼；把S含量≥0.08％的易切削結(jié)構(gòu)鋼，稱之為高硫易切削結(jié)構(gòu)鋼；C含量≤0.20％的易切削結(jié)構(gòu)鋼，稱之為低碳易切削結(jié)構(gòu)鋼)，是一種特殊的結(jié)構(gòu)鋼品種(在切削加工過程中具有較低的切削力及切削溫度、易斷屑、表面光潔度高和提高刀具的使用壽命等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于切削加工量大，切削加工自動(dòng)化程度高的辦公自動(dòng)化裝備、家電、儀器儀表、IT等制造業(yè)及機(jī)床等機(jī)加工行業(yè)中)。其特點(diǎn)是在結(jié)構(gòu)鋼中添加適量S、P含量(一般來說，鋼中的S元素，使之產(chǎn)生硫化物夾雜，降低鋼的塑性和橫向性能；鋼中的P元素，提高固溶體強(qiáng)度，從而脆化鐵素體；但是，適量的S、P含量，通過控制硫化物形態(tài)、S、P的均勻分布，對(duì)鋼的機(jī)械性能影響并不大)，目的在于大幅度提高鋼材的機(jī)加工切削性能(為機(jī)械制造業(yè)朝著高速化、精密化及自動(dòng)化方向的發(fā)展提供了材料基礎(chǔ))。
低碳高硫(硫磷)易切削結(jié)構(gòu)鋼的生產(chǎn)過程中，一方面，需采用有別于常規(guī)工藝的冶煉和脫氧方法鋼中添加硫、磷等易切削元素(為了在鋼中獲得均勻分布、尺寸與形態(tài)適當(dāng)?shù)牧蚧?，用于改善切削性?時(shí)，需控制鋼中的氧含量(由于硫與氧在元素周期表中處于同一族，兩者具有相似的物理化學(xué)性質(zhì)，因此，要穩(wěn)定控制鋼中的硫化物，就要求鋼液中有合適的氧含量。氧含量低，不利于形成穩(wěn)定的硫化物；氧含量高，鋼液在凝固過程中容易產(chǎn)生沸騰，生成皮下氣泡。)；此外，需嚴(yán)格控制鋼中的硅、鋁含量(硅、鋁元素對(duì)切削性能有不利的影響，其含量越低越好。)。另一方面，高溫鋼水凝固成形時(shí)，由于低碳鋼的包晶反應(yīng)特性、高硫或高硫磷元素對(duì)鋼的高溫塑性的嚴(yán)重影響、易切削結(jié)構(gòu)鋼中的高氧含量等因素的影響，使低碳高硫(硫磷)易切削結(jié)構(gòu)鋼的連鑄生產(chǎn)遇到了一系列的技術(shù)難題，一直未得到妥善解決(盡管我國(guó)自60年代以來創(chuàng)立了易切削結(jié)構(gòu)鋼的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，連鑄工藝技術(shù)的應(yīng)用也已極大地得到了普及，但是，易切削結(jié)構(gòu)鋼的連鑄技術(shù)一直未得到解決。這是因?yàn)橐浊邢鹘Y(jié)構(gòu)鋼采用連鑄生產(chǎn)時(shí)，存在可澆性差、澆注中容易漏鋼、鑄坯出現(xiàn)嚴(yán)重的硫磷偏析及內(nèi)部裂紋等問題。尤其是低碳高硫易切削結(jié)構(gòu)鋼，在連鑄結(jié)晶器內(nèi)，由于凝固收縮應(yīng)力作用，凝固殼受力不均勻，容易造成鑄坯角部裂紋和對(duì)角線裂紋，該缺陷在軋制過程中會(huì)引起坯料頭部開裂，而導(dǎo)致軋制故障。)。因此，時(shí)至今日，國(guó)內(nèi)低碳高硫(硫磷)易切削結(jié)構(gòu)鋼普遍采用模鑄方式組織生產(chǎn)，使易切削結(jié)構(gòu)鋼的生產(chǎn)成本居高不下(模鑄成坯率比連鑄低14％以上)，無法與進(jìn)口材料進(jìn)行市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。目前，我國(guó)每年進(jìn)口易切削結(jié)構(gòu)鋼(含高硫、硫磷易切削結(jié)構(gòu)鋼)約100萬噸，國(guó)內(nèi)年生產(chǎn)能力只有2～3萬噸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明開發(fā)一種低碳高硫(硫磷)易切削結(jié)構(gòu)鋼連鑄坯的生產(chǎn)方法，通過電爐或轉(zhuǎn)爐初煉；鋼包爐精煉；連鑄機(jī)澆注的三步法工藝，生產(chǎn)出成分穩(wěn)定(鋁、硅含量低，硫、磷、氧等成分穩(wěn)定)、鋼水的連鑄可澆性好、鑄坯質(zhì)量穩(wěn)定(符合后續(xù)熱加工軋制的性能要求)的合格連鑄坯。
本發(fā)明提供的低碳高硫(硫磷)易切削結(jié)構(gòu)鋼連鑄坯的生產(chǎn)方法，其特征是采用三步法冶煉工藝流程在30噸以上的電爐或轉(zhuǎn)爐初煉；相應(yīng)噸位的鋼包爐精煉；連鑄澆注；生產(chǎn)出90×90mm2～360×360mm2斷面尺寸的合格連鑄坯。
第一步，在30～100噸(如低于30噸，不易達(dá)到高效率低成本)的電爐或轉(zhuǎn)爐中進(jìn)行鋼液的初煉出鋼溫度控制在1620～1660℃(如出鋼溫度大于1660℃，增加冶煉消耗并使終點(diǎn)氧過高；出鋼溫度小于1620C，使得到LF爐工位鋼液溫度過低，LF精煉升溫任務(wù)加重)；定氧，出鋼氧活度(終點(diǎn)氧含量)控制600～900ppm(如氧活度過高，會(huì)影響精煉鋼包的壽命；合適的氧含量有利于穩(wěn)定控制鋼中的硫化物)；在電爐或轉(zhuǎn)爐出鋼的過程中，出鋼量15～35％時(shí)，開始加脫氧劑脫氧，脫氧劑是Al(Al的加入量大大低于常規(guī)加入量)，Al的加入量＝(0.02～0.035)出鋼氧活度，Al的加入量單位Kg，出鋼氧活度單位ppm，如出鋼氧活度700ppm，Al的加入量14～24Kg；隨后按常規(guī)工藝加入碳粉和硅-錳合金；出鋼量80～95％時(shí)，加精煉渣料石灰7～9kg/t、高Al磚碎塊0.8～1.0kg/t，石灰含Cao≥90％，高Al磚碎塊含30～34％SiO2、45～50％Al2O3。
第二步，在容量與電爐或轉(zhuǎn)爐相匹配的交流式鋼包精煉爐(LF爐)上，通過渣系控制、氧含量控制、添加硫的控制，進(jìn)行鋼液的精煉(1)出鋼畢至LF爐工位控制在15min內(nèi)；通電升溫，分兩批加入1～2kg/t石灰(含CaO≥90％)，同時(shí)采用0.25～0.35kg/t的SiFe粉和0.07～0.20kg/t的碳粉或含碳合金，進(jìn)行渣面脫氧；同時(shí)從鋼包底部吹入氬氣，底吹氬強(qiáng)度分別控制在0.4～0.6Mpa(底吹氬強(qiáng)度過大，導(dǎo)致鋼渣反應(yīng)、鋼液對(duì)鋼包耐火材料的沖刷嚴(yán)重，降低鋼包壽命；底吹氬強(qiáng)度過小，鋼液溫度和成分以及鋼渣反應(yīng)都不均勻和充分，導(dǎo)致鋼液的鋁脫氧產(chǎn)物不能充分上浮，合金化元素在鋼中分布不均勻)；通電10分鐘后，依次取樣分析，調(diào)整除S外所有元素至目標(biāo)值；(2)精煉頂渣成份控制在CaO含量50～60％、Al2O3含量10～15％、SiO2含量8～12％、MgO含量6～10％(此頂渣成份有利于吸附鋁、硅脫氧產(chǎn)物，控制鋼液中氧活度在30～80ppm之間，合適的氧含量有利于穩(wěn)定控制鋼中的硫化物)；(3)當(dāng)鋼液溫度達(dá)到液相線溫度+80～95℃(也就是說，70℃固熱度+10～25℃的合金化溫降)，且除S外所有元素成份符合鋼材成份技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)后，關(guān)閉鋼包底攪拌(避免鋼流與頂渣面輪換接觸)，快速向穩(wěn)態(tài)鋼液喂入硫包芯線(快速加入目的，是達(dá)到硫包芯線快速通過頂渣層的目的，避免硫包芯線接觸頂渣而被頂渣吸收，影響硫的收得率)，硫的加入量＝(目標(biāo)含量-殘余量)/硫的收得率，硫的收得率＝0.85～0.90；
(4)喂硫處理結(jié)束，向鋼包加入0.9～1.1kg/t的碳化稻殼(保溫，減緩鋼液溫降)，立即(避免硫的收得率下降，及由此引起的成品鋼液中的硫含量出格)吊包進(jìn)行連鑄澆注。
第三步，連鑄澆注(鋼包澆注，中間包連鑄)(1)鋼包內(nèi)的高溫鋼液通過保護(hù)套管，澆進(jìn)T型中間包，中間包過熱度控制在10～35℃(過熱度過高鋼坯易產(chǎn)生裂紋，中心偏析、縮孔缺陷嚴(yán)重，連鑄坯殼厚薄不一，易造成拉漏；過熱度過低易引起水口凍結(jié)，迫使?jié)沧⒅袛唷?；T型中間包的盛鋼量為6～25噸(盛鋼量過小，鋼水在中間包滯留時(shí)間短，鋼中大顆粒夾雜上浮時(shí)間不夠，易產(chǎn)生卷渣。)；T型中間包中使用前完全清理、內(nèi)表面為耐火涂層且不得有裂縫；(2)中間包內(nèi)的鋼液經(jīng)連鑄結(jié)晶器，以合理的澆鑄速度，澆注出90×90mm2～360×360mm2斷面尺寸的合格連鑄坯；140×140mm2斷面尺寸時(shí)，澆鑄速度為1.80～2.10m/min；160×160mm2斷面尺寸時(shí)，澆鑄速度為1.60～1.9m/min；180×180mm2斷面尺寸時(shí)，澆鑄速度為1.0～1.3m/min；220×220mm2斷面尺寸時(shí)，澆鑄速度為0.7～0.9m/min(拉速過快連鑄坯液芯穴增長(zhǎng)，連鑄坯殼太薄，易產(chǎn)生拉漏事故，同時(shí)帶液芯矯直容易產(chǎn)生應(yīng)力裂紋；拉速過慢影響連鑄機(jī)生產(chǎn)能力。)；(3)連鑄機(jī)末端的連鑄坯轎直，采用連續(xù)轎直，各連續(xù)轎直輥的壓力變化是常規(guī)的逐漸增加，各轎直輥的壓力值是異于常規(guī)的9～12Bar(低碳高硫易切削結(jié)構(gòu)鋼鋼連鑄坯大于12Bar時(shí)，進(jìn)行轎直容易產(chǎn)生轎直裂紋。)，Bar是流量壓力單位，1Bar＝1kg/s·m3＝1公斤/秒·立方米；鑄坯轎直前表面溫度大于980℃(低于此溫度將落入低碳鋼連鑄坯低溫脆性敏感區(qū)，轎直時(shí)容易產(chǎn)生轎直裂紋。)。
(4)連鑄技術(shù)參數(shù)設(shè)置(A)連鑄結(jié)晶器設(shè)置選用弧形結(jié)晶器，結(jié)晶器長(zhǎng)度大于780mm，結(jié)晶器角部磨損量小于1.2mm，結(jié)晶器倒錐度適中，通鋼量控制在1500～5000噸之間(通鋼量小于1500噸，則結(jié)晶器倒錐度過大，鑄坯出結(jié)晶器阻力過大，容易引起鑄坯表面拉裂；通鋼量過大，則結(jié)晶器倒錐度過小，鑄坯出結(jié)晶器阻力過小，容易引起漏鋼。)；(B)結(jié)晶器保護(hù)渣選用高粘度保護(hù)渣堿度CaO/SiO2＝0.85～1.00，結(jié)晶析出溫度1130～1150℃，1300℃時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定粘度1.5～4.5泊(泊指粘度單位，泊松，Poise，1P＝0.1×Pa.s)，保護(hù)渣加入量0.40～0.50kg/t；(C)結(jié)晶器冷卻水流量設(shè)置，以保證進(jìn)出結(jié)晶器水溫差不大于9℃為原則，澆注140×140mm2斷面水流量為1580～1680l/min；澆注160×160mm2斷面水流量為1700～1800l/min；澆注180×180mm2斷面水流量為1900～2000l/min；澆注220×220mm2斷面水流量為2000～2100l/min；(水流量過低，則結(jié)晶器進(jìn)出水溫差變大，說明結(jié)晶器內(nèi)鋼水熱量來不及被冷卻水帶走，凝固坯殼生長(zhǎng)過薄，容易引起漏鋼；水流量過高，結(jié)晶器壁與坯殼之間氣隙增大，結(jié)晶器角部和邊沿區(qū)域熱流不均勻，導(dǎo)致鑄坯角部承受收縮應(yīng)力，而鑄坯邊沿承受張應(yīng)力，以致在鑄坯角部產(chǎn)生裂紋。)(D)二次冷卻強(qiáng)度采用0.32～0.38l/kg的比水量(二冷強(qiáng)度過大熱交換連鑄坯溫度梯度大，在矯直時(shí)由于應(yīng)力作用表面和中心之間易產(chǎn)生裂紋；二冷強(qiáng)度過小易造成連鑄坯表面溫度過高，凝固殼容易發(fā)生蠕變而產(chǎn)生鼓肚缺陷。)；二冷區(qū)各段比水量設(shè)置比例為足輥段∶移動(dòng)段∶固定段＝(20～30)∶(45～55)∶(20～30)；該比例有利于確保帶液芯的鑄坯通過二冷區(qū)各段時(shí)獲得均勻的冷卻，確保鑄坯冷卻速度控制小于200℃/m，鑄坯溫度回升不大于100℃/m；(E)首端電磁攪拌控制在330A/4～5.0Hz，末端電磁攪拌控制在200A/9～11.0Hz，同時(shí)控制末端電磁攪拌正反5～10秒旋轉(zhuǎn)。
和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)1、生產(chǎn)成本低；與模鑄相比，鋼的成坯率提高13％以上；2、鋼液中的硅、硫、磷含量穩(wěn)定，Si≤0.05％，Al≤0.003％，磷的收得率大于98％，硫的收得率大于85％；3、設(shè)備和工藝通用性強(qiáng)；不須另添加專用設(shè)備；其工藝適合于所有低碳高硫(硫磷)易切削結(jié)構(gòu)鋼的連鑄生產(chǎn)；4、連鑄坯質(zhì)量穩(wěn)定，等軸晶率大于55％(等軸晶長(zhǎng)度*100/斷面邊長(zhǎng))，鑄坯斷面上硫、磷分布均勻。
具體實(shí)施方案某鋼鐵公司煉鋼分廠實(shí)施本發(fā)明專利，生產(chǎn)斷面尺寸為90×90mm2～360×360mm2的低碳高硫(硫磷)易切削結(jié)構(gòu)鋼連鑄坯(結(jié)構(gòu)鋼品種美國(guó)牌號(hào)的1108、1109、1110、1116、1117、1118、1119、1211、1212、1213、1215，日本牌號(hào)的SUM11、SUM12、SUM21、SUM22、SUM23、SUM25、SUM31、SUM32，中國(guó)牌號(hào)的Y12、Y15、Y20；德國(guó)牌號(hào)9S20、9SMn28、9SMn36、10S20等；以斷面尺寸160×160mm2的1213、1215結(jié)構(gòu)鋼為例)數(shù)千噸，其工藝流程為60噸(30～100噸)電爐初煉；60噸(相應(yīng)噸位)底吹氬的鋼包爐精煉；3機(jī)3流160×160mm2連鑄機(jī)澆注。第一步，在60T電爐中，進(jìn)行鋼液的初煉通入電流和輸入氧氣，使裝入的爐料熔化變成1640～1660℃溫度范圍內(nèi)的鋼液；定氧，出鋼氧活度(終點(diǎn)氧含量)控制700ppm；EBT常規(guī)出鋼，出鋼量10t(15～35％)時(shí)，開始加鋁脫氧劑脫氧(Al的加入量大大低于常規(guī)加入量)，Al的加入量＝(0.02～0.035)×出鋼氧活度＝20kg；隨后按常規(guī)工藝加入增碳劑(碳粉)和硅-錳合金等所需合金；出鋼量在50t以上(80～95％)時(shí)，加精煉渣料石灰500kg(7～9kg/t)、高Al磚50kg(0.8～1.0kg/t)，石灰含Cao≥90％，高Al磚碎塊含32％SiO2、48％Al2O3。第二步，在容量與電爐或轉(zhuǎn)爐相匹配的交流式鋼包精煉爐(LF爐)上，通過渣系控制、氧含量控制、添加硫的控制，進(jìn)行鋼液的精煉(1)出鋼畢至LF爐工位控制在≤15min；LF爐通電升溫，分兩批加入含Cao≥90％的石灰100kg，同時(shí)采用20kg SiFe粉和6kg碳，進(jìn)行渣面脫氧，造白渣；同時(shí)從鋼包底部吹入氬氣，底吹氬強(qiáng)度控制在0.4～0.6Mpa；通電10分鐘后，依次取樣分析，調(diào)整元素，調(diào)整除S外所有元素至目標(biāo)值；精煉頂渣成份控制在CaO含量58％、Al2O3含量11％、SiO2含量9％、MgO含量8％，氧活度在43ppm；(3)當(dāng)鋼液溫度達(dá)到液相線溫度+80～95℃＝1615℃(1213、1215的液相線溫度分別是1515℃、1517℃)，關(guān)閉鋼包底攪拌，采用硫包芯線快速向穩(wěn)態(tài)鋼液加入硫，以0.85的硫收得率估算，硫的加入量0.28％，最終實(shí)現(xiàn)目標(biāo)0.27％；(4)喂硫處理結(jié)束，向鋼包加入1kg/t的碳化稻殼，立即吊包進(jìn)行連鑄澆注。第三步，連鑄澆注鋼包內(nèi)的高溫鋼液通過保護(hù)套管，澆進(jìn)盛鋼量12噸的T型中間包(中間包使用前完全清理、內(nèi)表面為耐火涂層且不得有裂縫；中間包過熱度控制在15～35℃)；3機(jī)3流連鑄，通過結(jié)晶器內(nèi)的引錠桿頭使中間包內(nèi)的鋼液分3流分別進(jìn)入3個(gè)結(jié)晶器(連鑄結(jié)晶器設(shè)置選用弧形結(jié)晶器，結(jié)晶器長(zhǎng)度大于780mm，結(jié)晶器角部磨損量小于1.2mm，結(jié)晶器倒錐度適中，通鋼量控制在1500～5000噸之間；結(jié)晶器保護(hù)渣選用高粘度保護(hù)渣堿度CaO/SiO2＝0.9，結(jié)晶析出溫度1130～1150℃，1300℃時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定粘度1.5～4.5泊，保護(hù)渣加入量0.45kg/t；結(jié)晶器冷卻水流量設(shè)置1700～1800l/min，以保證進(jìn)出結(jié)晶器水溫差不大于9℃為原則)內(nèi)，同時(shí)由每個(gè)結(jié)晶器的有規(guī)則的振動(dòng)使鋼液在逐步下移的過程中，在結(jié)晶器電磁攪拌器的攪拌、二冷段的冷卻水的冷卻、二冷段末端的電磁攪拌器的攪拌下，逐漸凝固成160×160mm2的合格連鑄坯。拉速(澆鑄速度)1.70～1.80m/min。二次冷卻強(qiáng)度采用0.36l/kg的比水量；二冷區(qū)各段比水量設(shè)置比例為足輥段∶移動(dòng)段∶固定段＝(20～30)∶(45～55)∶(20～30)＝25∶50∶25。首端電磁攪拌控制在330A/5.0Hz，末端電磁攪拌控制在200A/11.0Hz，同時(shí)控制末端電磁攪拌正反5～10秒旋轉(zhuǎn)。連鑄機(jī)末端的連鑄坯轎直，采用連續(xù)轎直，各連續(xù)轎直輥的壓力變化是常規(guī)的逐漸增加，各轎直輥的壓力值是異于常規(guī)的9～12Bar。
實(shí)施本發(fā)明專利生產(chǎn)出的1110、1117、1213、1215、Y12、Y15等牌號(hào)的低碳高硫(硫磷)易切削結(jié)構(gòu)鋼連鑄坯，鋼液中的硅、硫、磷含量成分穩(wěn)定，Si≤0.05％，Al≤0.003％，磷的收得率大于98％，硫的收得率大于85％；且連鑄坯質(zhì)量穩(wěn)定，鑄坯斷面等軸晶率大于55％，斷面上硫、磷分布均勻；且生產(chǎn)成本低廉(與常規(guī)的模鑄工藝相比，鋼的成坯率提高13％以上)；以本發(fā)明專利生產(chǎn)的低碳高硫(硫磷)易切削結(jié)構(gòu)鋼連鑄坯，在后續(xù)的熱加工軋制中沒有發(fā)生頭部開口、引發(fā)連軋堆鋼或纏輥、以及打滑的生產(chǎn)事故，杜絕了軋制時(shí)的熱停工(頭部開口以及纏輥、打滑造成)現(xiàn)象，生產(chǎn)效率高，且鋼坯成材率大于94％；熱加工軋制出的Φ5.5以上的線材和棒材產(chǎn)品，質(zhì)量穩(wěn)定，符合標(biāo)準(zhǔn)要求經(jīng)用戶使用，切削性能和機(jī)械性能優(yōu)良，滿足了機(jī)械制造商的要求。
權(quán)利要求
1.低碳高硫(硫磷)易切削結(jié)構(gòu)鋼連鑄坯的生產(chǎn)方法，其特征是采用三步法冶煉工藝流程在30噸以上的電爐或轉(zhuǎn)爐初煉；相應(yīng)噸位的鋼包爐精煉；連鑄澆注；生產(chǎn)出90×90mm2～360×360mm2斷面尺寸的合格連鑄坯；第一步，在30～100噸的電爐或轉(zhuǎn)爐中進(jìn)行鋼液的初煉出鋼溫度控制在1620～1660℃；定氧，出鋼氧活度控制600～900ppm，出鋼氧活度就是終點(diǎn)氧含量；在電爐或轉(zhuǎn)爐出鋼的過程中，出鋼量15～35％時(shí)，開始加脫氧劑脫氧，脫氧劑是Al，Al的加入量大大低于常規(guī)加入量，Al的加入量＝(0.02～0.035)×出鋼氧活度，Al的加入量單位Kg，出鋼氧活度單位ppm；隨后按常規(guī)工藝加入碳粉和硅-錳合金；出鋼量80～95％時(shí)，加精煉渣料石灰7～9kg/t、高Al磚碎塊0.8～1.0kg/t；第二步，在容量與電爐或轉(zhuǎn)爐相匹配的交流式LF鋼包精煉爐上，通過渣系控制、氧含量控制、添加硫的控制，進(jìn)行鋼液的精煉(1)出鋼畢至LF爐工位控制在15min內(nèi)；通電升溫，分兩批加入含CaO≥90％的石灰1～2kg/t，并采用0.25～0.35kg/t的SiFe粉和0.07～0.20kg/t的碳粉或含碳合金，進(jìn)行渣面脫氧；同時(shí)從鋼包底部吹入氬氣，底吹氬強(qiáng)度分別控制在0.4～0.6Mpa；通電10分鐘后，依次取樣分析，調(diào)整除S外所有元素至目標(biāo)值；(2)精煉頂渣成份控制在CaO含量50～60％、Al2O3含量10～15％、SiO2含量8～12％、MgO含量6～10％；控制鋼液中氧活度在30～80ppm之間；(3)當(dāng)鋼液溫度達(dá)到液相線溫度+80～95℃，且除S外所有元素成份符合鋼材成份技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)后，關(guān)閉鋼包底攪拌，快速向穩(wěn)態(tài)鋼液喂入硫包芯線，硫的加入量＝(目標(biāo)含量-殘余量)/硫的收得率，硫的收得率以0.85～0.90計(jì)算；(4)喂硫處理結(jié)束，向鋼包加入0.9～1.1kg/t的碳化稻殼，立即吊包進(jìn)行連鑄澆注；第三步，連鑄澆注(1)鋼包內(nèi)的高溫鋼液通過保護(hù)套管，澆進(jìn)T型中間包，中間包過熱度控制在10～35℃；T型中間包的盛鋼量為6～25噸；T型中間包中使用前完全清理、內(nèi)表面為耐火涂層且不得有裂縫；(2)中間包內(nèi)的鋼液經(jīng)連鑄結(jié)晶器，以合理的澆鑄速度，澆注出90×90mm2～360×360mm2斷面尺寸的合格連鑄坯；140×140mm2斷面尺寸時(shí)，澆鑄速度為1.80～2.10m/min；160×160mm2斷面尺寸時(shí)，澆鑄速度為1.60～1.9m/min；180×180mm2斷面尺寸時(shí)，澆鑄速度為1.0～1.3m/min；220×220mm2斷面尺寸時(shí)，澆鑄速度為0.7～0.9m/min；(3)連鑄機(jī)末端的連鑄坯轎直，采用連續(xù)轎直，各連續(xù)轎直輥的壓力變化是常規(guī)的逐漸增加，各轎直輥的壓力值是異于常規(guī)的9～12Bar，Bar是流量壓力單位，1Bar＝1kg/s·m3＝1公斤/秒·立方米；鑄坯轎直前表面溫度大于980℃；(4)連鑄技術(shù)參數(shù)設(shè)置(A)連鑄結(jié)晶器設(shè)置選用弧形結(jié)晶器，結(jié)晶器長(zhǎng)度大于780mm，結(jié)晶器角部磨損量小于1.2mm，結(jié)晶器倒錐度適中，通鋼量控制在1500～5000噸之間；(B)結(jié)晶器保護(hù)渣選用高粘度保護(hù)渣堿度CaO/SiO2＝0.85～1.00，結(jié)晶析出溫度1130～1150℃，1300℃時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定粘度1.5～4.5泊，泊指粘度單位，保護(hù)渣加入量0.40～0.50kg/t；(C)結(jié)晶器冷卻水流量設(shè)置，以保證進(jìn)出結(jié)晶器水溫差不大于9℃為原則，澆注140×140mm2斷面水流量為1580～1680l/min；澆注160×160mm2斷面水流量為1700～1800l/min；澆注180×180mm2斷面水流量為1900～2000l/min；澆注220×220mm2斷面水流量為2000～2100l/min；(D)二次冷卻強(qiáng)度采用0.32～0.38l/kg的比水量；二冷區(qū)各段比水量設(shè)置比例為足輥段∶移動(dòng)段∶固定段＝(20～30)∶(45～55)∶(20～30)；確保鑄坯冷卻速度控制小于200℃/m，鑄坯溫度回升不大于100℃/m；(E)首端電磁攪拌控制在330A/4～5.0Hz，末端電磁攪拌控制在200A/9～11.0Hz，同時(shí)控制末端電磁攪拌正反5～10秒旋轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低碳高硫(硫磷)易切削結(jié)構(gòu)鋼連鑄坯的生產(chǎn)方法，其特征在于在電爐或轉(zhuǎn)爐出鋼過程加入的精煉渣料中，石灰含CaO≥90％，高Al磚碎塊含30～34％SiO2、45～50％Al2O3。
全文摘要
低碳高硫(硫磷)易切削結(jié)構(gòu)鋼連鑄坯的生產(chǎn)方法，其特征是(1)鋼液初煉出鋼氧活度700ppm；出鋼量20％時(shí)加適量Al，出鋼量90％時(shí)加精煉渣料。(2)LF鋼包爐精煉鋼液(A)渣面脫氧，底吹氬攪拌，強(qiáng)度0.5MPa；通電10分鐘后取樣分析，調(diào)整成分；(B)精煉渣58％CaO、11％Al
文檔編號(hào)B22D11/00GK1664122SQ20051002420
公開日2005年9月7日 申請(qǐng)日期2005年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月4日
發(fā)明者胡俊輝, 林俊, 楊偉寧, 陳新建, 徐薌明 申請(qǐng)人:寶鋼集團(tuán)上海五鋼有限公司