汽车齿轮钢生产流程的关键工艺控制改进docWord文档格式.docx
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BOF;
dephosphorus;
LF;
calciumdisposal;
continuousCasting
1.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下：
①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。
②转炉控制出钢的终点磷成分，防止钢包带渣回磷。
③转炉出钢温度控制在1620～1660℃，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
Table1Thecontentof20CrMnTigearsteel
牌号CMnSiCrTiSNi20CrMnTi0.17～0.240.80～1.100.20～0.401.00～1.300.06～0.12≤0.04≤0.40
表2转炉的基本工艺参数
Table2ThebasictechniqueparametersofBOF
2.2转炉冶炼成分控制工艺
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：
2[P]+5（FeO）＝（P2O5）+5Fe
（1）
3（FeO）+（P2O5）＝（3FeO•P2O5）
（2）
（1）式+
（2）式：
2[P]+8（FeO）＝（3FeO•P2O5）+5Fe（3）
由于在1400～1600℃时，（3FeO•P2O5）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（4CaO•P2O5），即发生置换反应：
（3FeO•P2O5）＋4（CaO）＝（4CaO•P2O5）+3（FeO）（4）
（3）式+（4）式：
2[P]+5（FeO）+4（CaO）＝（4CaO•P2O5）+5Fe（5）
式（5）平衡常数Kp与温度的关系为：
lgKp＝51875/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：
①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，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。
②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。
③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。
④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；
⑤转炉出钢采用电石、硅铝钙钡预脱氧，按1.0～2.5kg/t钢加入，合金化用硅锰合金和硅
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
Table3TheclassiccontentofslagofBOF
CaOSiO2FeMgOMnOCaO/SiO2（R）样145.328514.000311.749911.83321.93543.2377
样237.193111.426216.688210.70162.72863.2551
样340.055514.761315.37989.19252.5932.7136
样439.297812.165915.500311.56092.68213.2302
样544.618414.96389.96513.06522.27482.9818
样642.00612.757816.28898.91192.12013.2926
样742.907213.471514.325411.09061.85693.185
样834.165912.552721.79228.26813.16212.7218
样945.326111.805415.47139.07932.16273.8395
样1033.761910.535227.12123.40612.4973.2047
样1133.386312.172321.98589.04413.15842.7428
3.精炼炉冶炼控制
表4精炼炉的基本工艺参数
Table4ThebasictechniqueparametersofLF
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
Table5TheclassiccontentofslagofLF
渣样161.0614.450.150.545.440.0514.434.23
渣样260.6812.870.060.4514.960.038.14.72
渣样359.4411.110.161.4619.670.116.745.35
渣样458.8111.80.110.4120.460.037.144.98
渣样560.319.40.141.6421.870.067.26.42
渣样656.568.990.111.615.260.188.466.29
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
①钢水到达70吨精炼炉以后，测温定氧，温度低于目标成分30℃，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。
②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2.8－3.0。
精炼使用低铝钛铁，精炼终点铝控制在0.015%以上，确保成品Als≥0.010%。
精炼炉的渣样成分如下表5所示。
③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。
④钙处理的控制
冶炼齿轮钢的过程中，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.1Thechemicalequilibriumrelationshipofcalciumandsulphurinthesteel
图2钢液中间的[Al]-[S]平衡关系
Fig.2Thechemicalequilibriumrelationshipof[Al]-[S]inthesteel
4.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
Table6Theetchedmacrostructurecheckaftertechniquesimprovementofgearsteel
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＜0.550%轻微负偏
析
＜
0.5
＜0.5＜2.5
5.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
①转炉按照低氮钢的工艺组织生产，铁水硫含量不高时（S②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。
③转炉出钢温度控制在1620～1660℃，出钢前合金经过烘烤，减少转炉的出钢温度，减少
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