賀云鴻

（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司特鋼事業(yè)部， 山東 萊蕪 271105）

試（實(shí)）驗(yàn)研究

非調(diào)質(zhì)鋼F45MnVS鋼水流動(dòng)性研究

賀云鴻

（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司特鋼事業(yè)部， 山東 萊蕪 271105）

非調(diào)質(zhì)鋼F45MnVS鋼水中S含量較高，鋼水流動(dòng)性較差，在連鑄生產(chǎn)過程中易發(fā)生水口結(jié)瘤，甚至堵塞水口，中斷生產(chǎn)。通過對(duì)堵塞水口的夾雜物進(jìn)行分析，主要為CaS和Al2O3。針對(duì)夾雜物的種類，通過對(duì)在冶煉過程中鈣線加入量和加入時(shí)機(jī)的研究，調(diào)整中包溫度和連鑄拉速，使鋼水流動(dòng)性明顯提升，使連續(xù)生產(chǎn)爐數(shù)穩(wěn)定到8爐。

F45MnVS 流動(dòng)性 鈣處理 拉速 過熱度

非調(diào)質(zhì)鋼F45MnVS是特鋼事業(yè)部50 t電爐重點(diǎn)品種，產(chǎn)品通過了德國蒂森克虜伯二方認(rèn)證，銷往下游汽車零部件用戶。F45MnVS具有良好的切削性能，鋼中含硫量較高，鋼水流動(dòng)性較差，在采用連鑄整體中間包生產(chǎn)過程中，往往會(huì)產(chǎn)生水口結(jié)瘤，造成生產(chǎn)中斷，連澆爐數(shù)較低。本論文通過對(duì)水口結(jié)瘤原因分析，優(yōu)化生產(chǎn)工藝，將連澆爐數(shù)提高到8爐。

1 F45MnVS化學(xué)成分及非金屬夾雜物要求

鋼的牌號(hào)（F45MnVS）及熔煉化學(xué)成分如表1所示。非金屬夾雜物要求如表2所示。

表1 F45MnVS鋼及熔煉成分 %

表2 非金屬夾雜物 級(jí)

2 生產(chǎn)工藝

F45MnVS生產(chǎn)的工藝流程為：50 tEAF+50 t LF+60 t VD+CC，出鋼量50 t。

2.1 生產(chǎn)工藝Ⅰ

2.1.1 冶煉工藝

電爐終點(diǎn)w（C）≥0.10%，w（P）≤0.015%，出鋼過程進(jìn)行脫氧合金化。精煉冶煉爐渣堿度不小于3.0，鋼水中一次樣w（Al）被控制在0.030%～0.050%之間，白渣保持時(shí)間不小于20 min，然后喂入硫線，出鋼前按2 m/t鋼喂入純鈣線，進(jìn)行鈣處理。進(jìn)VD前扒渣三分之一，VD真空67 Pa以下保壓12 min，軟吹不小于12 min后進(jìn)行連鑄。

2.1.2 連鑄工藝

連鑄坯型180 mm×220 mm，第一爐拉速0.7～0.8 m/min，第二爐起恒定1.05 m/min，過熱度第一爐按30～40℃控制，第二爐起按20～30℃控制。在連鑄第一爐末期，大包鋼水剩余10 t左右，鋼水流動(dòng)性變差，在第4、5爐之間，會(huì)出現(xiàn)水口結(jié)瘤，堵塞水口，中斷生產(chǎn)。

通過對(duì)水口結(jié)瘤夾雜物分析，夾雜物主要有：Ca-Mn硫化物、氧化物（CaO、Al2O3和MgO）及二者的混合物。在形態(tài)上內(nèi)部為鎂鋁尖晶石，外部為CaS，CaS的熔點(diǎn)高達(dá)2 500℃，在鋼水中以固態(tài)夾雜存在，是造成水口堵塞的主要原因。在高S狀態(tài)下進(jìn)行鈣處理會(huì)產(chǎn)生大量的CaS，與姜玉龍等[1]人研究觀點(diǎn)一致。

鋼液鈣處理有以下基本化學(xué)反應(yīng)式：

根據(jù)張立峰[2]等人研究，一般情況下，鋼水中的鈣優(yōu)先與氧發(fā)生反應(yīng)，后與S反應(yīng)，但是由于F45MnVS對(duì)氧含量控制嚴(yán)格，在實(shí)際生產(chǎn)過程中鋼水中的溶解氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于5×10-6，在這種極低氧含量的鋼水中，Ca與S會(huì)發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生高熔點(diǎn)的CaS。F45MnVS鋼水中一般w（S）＞0.050%，向鋼包中喂入鈣線，鈣線進(jìn)入鋼水的這一區(qū)域內(nèi)鈣含量非常高，在低氧高S的環(huán)境下生產(chǎn)大量的CaS。由于CaS熔點(diǎn)高，在鋼水中不易上浮，在連鑄過程析出堵塞水口，且CaS對(duì)水口的堵塞會(huì)強(qiáng)于Al2O3，而且速度更快。在生產(chǎn)過程中，在沒有前兆的情況下，拉速會(huì)在幾分鐘之內(nèi)由1.05 m/min降到0.7 m/min以下，造成生產(chǎn)困難。因此為減少CaS生成，調(diào)整鈣處理工藝，制定生產(chǎn)工藝Ⅱ。

2.2 生產(chǎn)工藝Ⅱ

電爐、LF精煉冶煉工藝保持不變，調(diào)整精煉鈣處理的時(shí)機(jī)及數(shù)量，將鈣處理的時(shí)機(jī)調(diào)整在精煉一次樣之后，考慮到鋼水的Ca會(huì)與S發(fā)生反應(yīng)，因此降低鈣線的加入量，調(diào)整為按1 m/t鋼喂入鈣線。根據(jù)林平[3]等人研究CaS的生成條件，鈣處理前對(duì)鋼水進(jìn)行脫S，w（S）控制目標(biāo)低于0.010%，減少在鈣處理時(shí)產(chǎn)生CaS，LF白渣保持時(shí)間大于20 min后，再喂入S線出鋼，扒掉爐渣三分之一后，進(jìn)行真空處理，處理方法與工藝Ⅰ相同。

圖1 試驗(yàn)爐號(hào)中鋼水鈣含量

圖1為w（S）＜0.010%時(shí)，試驗(yàn)爐號(hào)中鋼水鈣含量，從數(shù)據(jù)分析看出，鈣的收得率不穩(wěn)定，波動(dòng)較大，一次樣w（Ca）平均值0.001 2%，收得率僅有20%，鈣的含量低會(huì)對(duì)Al2O3的變性產(chǎn)生負(fù)面影響。在實(shí)際生產(chǎn)過程中表現(xiàn)出鋼水流動(dòng)性不好，仍然發(fā)生水口結(jié)瘤的現(xiàn)象。通過再次對(duì)夾雜物分析發(fā)現(xiàn)，主要是鎂鋁尖晶石，這主要是由于鈣處理后鋼水含鈣量偏低，對(duì)Al2O3變性不足，導(dǎo)致鎂鋁尖晶石堵塞水口。該工藝與Ⅰ相比，降低鈣線的加入量，減少夾雜物中CaS的數(shù)量，但卻未從根本上解決問題。通過查閱有關(guān)資料，楊學(xué)富引用E.Fuhr和C.Cicutti研究成果，鋼中夾雜物的成分和水口堵塞之間的關(guān)系，分析了w（Ca）在（8～23）×10-6時(shí)近20爐鋼水的數(shù)據(jù)，結(jié)果如圖2中所示。當(dāng)鋼中鈣含量在（18～23）×10-6時(shí)，非金屬夾雜物在液相區(qū)，隨著w（Ca）的減少，夾雜物成分向尖晶石區(qū)域移動(dòng)，會(huì)逐漸惡化澆鑄性能。當(dāng)w（Ca）＜（8～10）×10-6時(shí)，水口堵塞問題就出現(xiàn)了，該結(jié)論與上面實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相吻合。按照E.Fuhr 和C.Cicutti的研究結(jié)果，當(dāng)夾雜物中固相夾雜物比例超過60%～70%時(shí)鋼水澆鑄性能明顯變差。圖2比較了澆鑄性能好與差的各爐中氧化物夾雜的成分，在出現(xiàn)水口堵塞的那些爐鋼水中的夾雜物成分位于固相區(qū)域內(nèi)。因此，參考以上資料對(duì)工藝Ⅱ進(jìn)行完善，制定生產(chǎn)工藝Ⅲ。

圖2 w（Ca）在（8～23）×10-6時(shí)近20爐鋼水的數(shù)據(jù)

2.3 生產(chǎn)工藝Ⅲ

2.3.1 鈣處理工藝優(yōu)化

增加鈣線喂入量，將每爐喂入的數(shù)量由50 m提高到100 m，使精煉一次樣后鋼水中w（Ca）由12× 10-6提高到20×10-6以上，同時(shí)保證鈣處理前鋼水中w（S）被控制在0.010%以下，鈣處理后白渣保持時(shí)間大于20 min，使夾雜物充分上浮，同時(shí)使鋼水中的殘余[Ca]盡量被排盡，再喂入S線，下頁圖3為鈣處理工藝優(yōu)化后的鈣含量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

圖3 鈣處理工藝優(yōu)化后的鈣含量

2.3.2 優(yōu)化VD處理工藝

調(diào)整進(jìn)VD前的扒渣量，進(jìn)VD前不扒渣，VD處理后的軟吹時(shí)間延長至15 min以上，達(dá)到30～40 min，使夾雜物充分上浮。

2.3.3 優(yōu)化連鑄工藝

高拉速能夠改善鋼水的流動(dòng)性，通過觀察中間包第一爐生產(chǎn)的多個(gè)爐次發(fā)現(xiàn)：拉速越高，鋼水的流動(dòng)性越好，發(fā)生水口結(jié)瘤的概率越低。拉速越高，鋼水的沖擊力越大，越不易形成大顆粒夾雜物。一般中間包第一爐末期鋼水流動(dòng)性最差，拉速過低會(huì)導(dǎo)致末期水口堵塞。優(yōu)化連鑄工藝，調(diào)整中包過熱度（在原來的基礎(chǔ)上提高5℃），提高連鑄拉速，中包第一爐提高至0.90 m/min，正常爐次提高至1.15 m/min，并保持恒定，即可保證生產(chǎn)順利進(jìn)行。查閱有關(guān)資料，首鋼技術(shù)研究院苑鵬等[5]建立了拉速與夾雜物數(shù)量密度的關(guān)系，如圖4所示。

在實(shí)際生產(chǎn)中，鋼水拉速越快，流動(dòng)性越好，符合上述分析。方案Ⅲ實(shí)施后，鋼水中精煉一次樣w（Ca）均大于20×10-6。通過延長軟吹時(shí)間，適當(dāng)提高連鑄拉速和中包過熱度，使鋼水流動(dòng)性有明顯的改善，可以達(dá)到連澆8爐。

圖4 拉速與夾雜物數(shù)量密度的關(guān)系

3 結(jié)論

1）含S鋼的鋼水流動(dòng)性較差，單包連拉爐數(shù)較一般鋼種要少。通過工藝改進(jìn)，可以提高連澆爐數(shù)。

2）鈣處理工藝對(duì)含S鋼的鋼水流動(dòng)性有至關(guān)重要的影響。鈣處理時(shí)，鋼水中S含量越低越好，喂S線時(shí)間與鈣處理時(shí)間間隔適當(dāng)延長至20 min，使鋼水中殘余鈣盡量排出。

3）適當(dāng)提高鋼水的澆注溫度和拉速可以改善鋼水的流動(dòng)性。

[1] 姜玉龍，鄭萬，齊盼盼，等.150 t LF精煉喂鈣線處理鋼中夾雜物的演變[J].特殊鋼，2016，37（3）：8-12.

[2] 張立峰，李菲，方文.鋼液鈣處理過程中鈣加入量精準(zhǔn)計(jì)算的熱力學(xué)研究[J].煉鋼，2016，32（2）：1-8.

[3] 林平，劉瀏，王福利，等.含硫齒輪鋼20CrMnTiHl鈣處理熱力學(xué)和控制技術(shù)的研究[J].特殊鋼，2010，31（2）：1-4.

[4] 苑鵬，王新華，姜敏，等.高拉速連鑄低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼鑄坯中夾雜物[J].北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，38（3）：342-350.

（編輯：苗運(yùn)平）

Study on Fluidity of Non-quenched and Tempered Steel F45MnVS

HE Yunhong
（Special Steel Division of Laiwu Branch Company in Shandong Iron&Steel Co,Ltd., Laiwu Shandong 271105）

The contents of sulfur in non-quenched and tempered steel F45MnVS is high and the fluidity of molten steel is poor.In the process of continuous casting,it is easy to produce nozzle clogging,even interrupt production. Based on the analysis of inclusions in the nozzles,the inclusions are mainly CaS and Al2O3.In the paper,the adding content and time of calcium wire are studied according to inclusions types,and the tundish temperature and the casting speed would be adjusted,which make the flow of the molten steel improved obviously,and the continuous production furnaces could be stabilized to eight furnaces.

F45MnVS,fluidity,calcium treatment,casting speed,superheat

TG161

A

1672-1152（2017）03-0007-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.03.03

2017-03-04

賀云鴻（1971—）男，工程師，1993年畢業(yè)于重慶鋼鐵高等專科學(xué)校煉鋼及鐵合金專業(yè)，從事特殊鋼工藝研究。