1、 BOF; dephosphorus; LF; calcium disposal; continuous Casting1.前言八钢第二炼钢厂短流程生产线生产齿轮钢的工艺，由于钢中氮含量较高，粗炼钢水的硫含量较高等不利因素，造成冶炼的齿轮钢的质量异议较多。为此,第二炼钢厂充分利用转炉生产线的优势，采用转炉冶炼齿轮钢，钢水经过200吨钢水倒运车短途倒运，拉运到电炉生产线，经过精炼生产线的70吨LF炉进行精炼，然后钢水上方坯连铸机浇铸，工艺实施以后，质量取得了明显的进步。2.转炉冶炼控制2.1基本的工艺参数齿轮钢的20CrMnTi的成分如表1所示，转炉的基本参数如表2所示。转炉生产的工艺要点主要如
2、下：转炉按照低氮钢的工艺组织生产，铁水硫含量不高时（S操作。转炉控制出钢的终点磷成分，防止钢包带渣回磷。转炉出钢温度控制在16201660，出钢前合金经过烘烤，降低转炉的出钢温度。表1 齿轮钢20CrMnTi的成分Table 1 The content of 20CrMnTi gear steel牌号 C Mn Si Cr Ti S Ni 20CrMnTi 0.170.24 0.801.10 0.200.40 1.001.30 0.060.12 0.040.40表2 转炉的基本工艺参数Table 2 The basic technique parameters of BOF2.2转炉冶炼成分控
3、制工艺由于铁水的预脱硫，使得转炉的主要难点聚焦于脱磷和挡好渣两个方面。其中铁水在氧化性渣下的脱磷反应1可表述如下：2P+5（FeO）（P2O5）+5Fe （1）3（FeO）+（P2O5）（3FeOP2O5） （2）（1）式+（2）式：2P+8（FeO）（3FeOP2O5）+5Fe （3）由于在14001600时，（3FeOP2O5）不稳定，为了有效脱磷，则必须使渣中磷在高碱度下生成更稳定的化合物（4CaOP2O5），即发生置换反应：（3FeOP2O5）4（CaO）（4CaOP2O5）+3（FeO） （4）（3）式+（4）式：2P+5（FeO）+ 4（CaO）（4CaOP2O5）+5Fe （5）
4、式（5）平衡常数Kp与温度的关系为：lgKp51875/T-33.16 （6）由式子（5）知渣中高（CaO）、（FeO）有利于脱磷，一般经常采用的脱磷剂如铁矿石、烧结矿、氧化铁皮等，要求其（FeO）含量不低于20%；由式子（6）知低较低温度冶炼对脱磷有利。另外，要严格控制下渣，因为渣中（FeO）含量大于20%,若挡渣不成功，下渣以后，对于后续的工艺的还原控制带来难度，延长精炼炉精炼时间，容易导致连铸断钢水的事故。转炉冶炼成分控制要点如下：铁水原料磷含量较高时采用双渣操作，转炉在低温期间，增加化渣时间，脱碳反应开始以后，及时的补加烧结矿化渣，保证渣中氧化铁处于脱磷的有利条件范围，脱碳反应结束前，
5、取样倒渣，终点前测温根据钢水的温度，添加生白云石或者轻烧白云石调整温度的同时，调整炉渣中间氧化镁的含量，增加炉渣的粘度，减少下渣带渣的几率。工艺过程中的典型转炉渣样成分如表3。转炉出钢前倒渣根据渣况决定倒渣的量，如果渣况粘度较低，以倒出大部分氧化渣的操作为重点，减少挡渣的难度。转炉出钢温度保持在1650左右，保证钢包内钢水的温度，减少精炼炉送电升温的时间。转炉出钢前采用合成渣加铝脱氧的工艺，确保脱氧产物在出钢过程中大部分的聚集上浮，转炉出钢前的脱氧合金选择：硅铝钙钡、电石、硅铁、硅锰合金、低碳锰铁、铝铁进行脱氧合金化；转炉出钢采用电石、硅铝钙钡预脱氧，按1.02.5kg/t钢加入，合金化用硅锰
6、合金和硅铁。采用了以上工艺，钢液成分得到了有效控制，减轻后续的精炼的压力。表3 典型转炉渣样成分Table 3 The classic content of slag of BOFCaO SiO2 Fe MgO MnO CaO/ SiO2（R） 样1 45.3285 14.0003 11.7499 11.8332 1.9354 3.2377样2 37.1931 11.4262 16.6882 10.7016 2.7286 3.2551样3 40.0555 14.7613 15.3798 9.1925 2.593 2.7136样4 39.2978 12.1659 15.5003 11.5609
7、2.6821 3.2302样5 44.6184 14.9638 9.965 13.0652 2.2748 2.9818样6 42.006 12.7578 16.2889 8.9119 2.1201 3.2926样7 42.9072 13.4715 14.3254 11.0906 1.8569 3.185样8 34.1659 12.5527 21.7922 8.2681 3.1621 2.7218样9 45.3261 11.8054 15.4713 9.0793 2.1627 3.8395样10 33.7619 10.5352 27.1212 3.4061 2.497 3.2047样11 33.
8、3863 12.1723 21.9858 9.0441 3.1584 2.74283.精炼炉冶炼控制表4 精炼炉的基本工艺参数Table 4 The basic technique parameters of LF项目基本参数公称容量70吨钢包底吹气形式偏心底单透气砖表5 精炼炉的渣样成分Table 5 The classic content of slag of LF渣样1 61.06 14.45 0.15 0.54 5.44 0.05 14.43 4.23渣样2 60.68 12.87 0.06 0.45 14.96 0.03 8.1 4.72渣样3 59.44 11.11 0.16 1.
9、46 19.67 0.11 6.74 5.35渣样4 58.81 11.8 0.11 0.41 20.46 0.03 7.14 4.98渣样5 60.31 9.4 0.14 1.64 21.87 0.06 7.2 6.42渣样6 56.56 8.99 0.11 1.6 15.26 0.18 8.46 6.29精炼炉的基本参数如表4所示。精炼炉的操作要点一是控制钢液的成分，二是深脱氧，减少钢液吸氮，三是对于钢液进行钙处理，减少夹杂物的数量，故我们根据转炉钢水的工艺特点，按照以下程序操作，使得精炼炉的吸氮量在10ppm以内，钙处理的效果也很满意钢水到达70吨精炼炉以后，测温定氧，温度低于目标成分3
10、0，采用较大功率的电压送电升温，过程中添加高效埋弧剂埋弧，吹氩采用中等强度的吹氩流量吹氩。钢液的温度合适，选用精炼剂为电石、硅铁粉、铝渣球，铝渣球加入量2kg/t，确保渣中Al2O3控制在20-30%，精炼炉碱度控制在2.83.0。精炼使用低铝钛铁，精炼终点铝控制在0.015%以上，确保成品Als0.010%。精炼炉的渣样成分如下表5所示。精炼炉应保证冶炼时间在30分钟以上，必须保证白渣15分钟以上方可喂丝出钢，喂丝前应将烟道闸板关闭，Fe-Ca线每炉喂400米/炉（铝含量高时可适当增加喂丝量），精炼炉钢包喂丝后保证软吹15分钟以上，软吹后保证钢包镇静时间5分钟。钙处理的控制冶炼齿轮钢的过程中
11、，由于钢液中间的酸溶铝的量控制在0.010%左右，良好的保护浇铸，故我厂结瘤的主要原因除了铝的氧化物以外，硫化物结瘤的情况也较为突出。钢液中间硫钙平衡图见下图1。硫含量超过不同的温度下的平衡浓度，就会析出CaS。所以我们在喂丝前将钢液中间的硫含量控制在0.015%以下，使得结瘤的次数大幅度下降。这一点转炉的铁水脱硫的优势得到了充分的体现。钢液中间的Al-S平衡关系如图2所示，由于酸溶铝的量控制在0.010%，所以一般不出现铝的硫化物。图1 钢液中间硫钙平衡关系Fig.1 The chemical equilibrium relationship of calcium and sulphur i
12、n the steel图2 钢液中间的Al-S平衡关系Fig.2 The chemical equilibrium relationship of Al-S in the steel4.连铸工艺改进连铸工艺的改进措施包括以下几项：1）.中包上水口扩径齿轮钢连铸浇注主要面临的问题是水口结瘤，为从源头上减少结瘤几率，中包上水口由平常使用直径22mm水口改为使用直径30mm水口。2）钢水过热度的优化通过实践摸索及对结晶器电磁搅拌技术的研究发现，结晶器电磁搅拌技术的使用效果与钢水过热度有着密不可分的关系。只有在钢水过热度控制合适的情况下，电磁搅拌技术才能发挥较好的效果。前期由于没有生产经验，过热度控制
13、一直偏高。于是，通过采用调整开机时间、严格控制生产节奏、提高操作水平等手段，将钢水过热度严格控制在30左右，有效的保证了结晶器电磁搅拌技术的使用效果。3） 连铸保护浇注工艺的优化齿轮钢钢生产中气体含量对铸坯力学性能和轧制过程影响非常明显，通过LF炉冶炼，钢液氧、氮控制良好，但是生产过程中钢水极易与大气接触造成氧、氮的增加。从而影响铸坯质量。因此连铸工序环节的控制尤为重要，关系到钢液中最终氧、氮含量的控制。于是通过制订方案在连铸采取全程保护浇注，避免钢水的二次氧化。a.开浇炉次保护浇注，在开浇时先用氩气填满中间包空间。b.钢包长水口配吹氩保护，加装吹氩环，并采取加密封垫密封保护。c.中包侵入式水
14、口加耐火纤维毡保护。浇注时使用两个，采用双垫操作。d.保证中间包覆盖剂与结晶器内保护渣的均匀覆盖。在生产中将中包覆盖剂的消耗量由原来的吨钢0.1kg增加至吨钢0.5kg，确保中包覆盖剂均匀覆盖钢液面并随时保证覆盖剂厚度在50mm 以上，确保“黑渣操作”。e.保证连铸的钢包自流率，是降低氧、氮含量的重要手段。经过优化连铸坯的质量如表6所示。表6. 优化后部分齿轮钢种钢种低倍检验情况Table 6 The etched macrostructure check after techniques improvement of gear steel项目皮下气泡表面气边部裂纹等轴晶偏析夹杂物缩孔中心疏松20CrMnTiA 0.5 2 0.5 50% 轻微负偏析0.50.5 2.55.结论通过倒运转炉钢水，用于生产20CrMnTi的工艺优于电炉生产的工艺，齿轮钢的质量得到了大幅度的提高，工艺过程的管控特点如下转炉按照低氮钢的工艺组织生产，铁水硫含量不高时（S转炉控制出钢的终点磷成分，磷含量较高时采用双渣操作和倒渣作业，防止钢包带渣回磷是保证LF处理的关键。转炉出钢温度控制在16201660，出钢前合金经过烘烤，减少转炉的出钢温度，减少
