湯仕洋

(沈陽(yáng)鑄鍛工業(yè)有限公司，遼寧110142)

常見(jiàn)的含鋁鋼有NAK80、38CrMoAl，是高級(jí)滲氮鋼，用于制造高耐磨性、高疲勞強(qiáng)度的滲氮零件或各種受沖擊載荷不大而耐磨性高的滲氮零件，如仿模、汽缸套、齒輪、滾子、檢規(guī)、樣板、高壓閥門、閥桿、塑料及橡膠擠壓機(jī)、搪床的搪桿、蝸桿、磨床和自動(dòng)車的主軸等。但含鋁鋼因其成分的特殊性，經(jīng)常產(chǎn)生化學(xué)成分不合格、鋼錠無(wú)損檢測(cè)不合格等質(zhì)量問(wèn)題。

為解決此類問(wèn)題，須改進(jìn)原有的冶煉工藝，改進(jìn)后的冶煉工藝采用氧化法冶煉，其工藝流程為：40 t偏心底出鋼電弧爐內(nèi)進(jìn)行初煉鋼水，精煉爐內(nèi)調(diào)整化學(xué)成分，抽真空返回后鎮(zhèn)靜，直至成品出鋼，澆注出成品鋼錠。

1 40 t電弧爐操作

38CrMoAl化學(xué)成分要求見(jiàn)表1。

1.1 補(bǔ)爐與封堵出鋼口

首先，清凈爐內(nèi)殘鋼、殘?jiān)?，用搗打料將爐底凹陷處及爐坡侵蝕嚴(yán)重處進(jìn)行堆補(bǔ)。其次，將渣線、操作口兩側(cè)及假門坎等部位采用鹵水、鎂砂補(bǔ)爐，補(bǔ)爐做到高溫、薄補(bǔ)、快補(bǔ)；其厚度為20～40 mm，有利于鎂砂燒結(jié)，保證爐體各部位次寸的正常形狀。

封堵出鋼口時(shí)，應(yīng)先清凈出鋼口內(nèi)外殘鋼、殘?jiān)?，保證出鋼口的通徑，然后關(guān)閉出鋼口托盤，托盤與出鋼口磚間隙用石棉繩堵嚴(yán)。在偏心蓋加料處加入充填料，使出鋼口爐內(nèi)上方略呈凸起狀。充填料需經(jīng)100～300℃的溫度烘干2 h后才可以使用；加完充填料后，蓋好加料口，避免氧化期噴濺時(shí)，鋼渣燙壞偏心蓋。

1.2 裝料

裝料前應(yīng)先在爐底裝入鋼水量2%～3%的石灰，以減輕鋼鐵料對(duì)爐底的沖撞；在電極穿井到底時(shí)可以保護(hù)爐底，減輕電弧的侵蝕作用；還可以提早形成爐渣，覆蓋在鋼水面上，防止鋼水增碳、吸氣以及保溫、穩(wěn)定電弧、去磷等作用。

根據(jù)目前生產(chǎn)情況，一般分三次裝料，第一次料應(yīng)不低于總料量的55%，盡量第一次多裝；布料應(yīng)合理，上松下緊呈饅頭形。大料靠下裝成放射狀，避免塌料或搭橋砸斷電極和影響正常熔化，不易導(dǎo)電的爐料(渣鐵、石灰、鐵合金)不應(yīng)裝在電極下方，生鐵不要裝在爐門口，因?yàn)樯F不易被氧氣切割熔化，妨礙吹氧助熔。

當(dāng)爐內(nèi)爐料基本化開(kāi)，形成的熔池面積不超過(guò)30%，爐膛內(nèi)的容積足夠時(shí)，可以加入第二次料。如果熔池面積過(guò)大，可以加入500 kg石灰后再裝料，能夠減輕噴濺；同時(shí)有利于提前造渣，有利于去磷、硫。

1.3 熔化期

因?yàn)槿刍谡家睙挄r(shí)間的一半以上，能耗占60%～70%，所以，早期脫磷為氧化期創(chuàng)造良好條件，對(duì)保證質(zhì)量、降低能耗有重要意義。裝料結(jié)束后，熔化達(dá)50%～80%時(shí)，可以吹氧助熔，加入適量的氧化鐵皮或礦石、石灰有利于提前去磷，保護(hù)鋼液，避免吸氣。

1.4 氧化期

氧化期的目的是去除鋼水中的磷、氣體、夾雜物等有害物質(zhì)。采用提前吹氧、熔氧結(jié)合的操作方式。

表1 38CrMoAl化學(xué)成分要求(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table1 Chemical composition requirement of 38CrMoAl(mass fraction, %)

熔畢如果磷過(guò)高，可以適當(dāng)扒渣并補(bǔ)造新渣；渣況、溫度適宜才可以進(jìn)行氧化，吹氧氧化的溫度不限；要求熔池均勻活躍沸騰，氧氣壓力0.8～1.5 MPa，吹氧深度為鋼水面下200～300 mm，加礦石氧化時(shí)，每批礦石的加入量不應(yīng)大于200 kg，氧化期脫碳量為0.40%，脫碳速度>0.01%min。如果發(fā)現(xiàn)有浮起的補(bǔ)爐料及電極塊等應(yīng)及時(shí)扒出，以便去除雜質(zhì)及防止增碳。當(dāng)鋼水中碳、磷符合初煉鋼水要求時(shí)，可以扒出70%～90%的氧化渣；扒渣溫度大于1620℃。如果鋼水中的磷、碳符合初煉鋼水要求，溫度大于1630℃，可以從40 t電爐中出鋼，進(jìn)行倒包操作，按1 kgt的加鋁量進(jìn)行預(yù)脫氧。倒包時(shí)，嚴(yán)禁氧化物進(jìn)入LF包中，避免精煉爐回磷。

2 40 t精煉爐操作

2.1 原材料的準(zhǔn)備

含鋁鋼所需的合金及還原劑等要求烘烤良好，精煉鋼包需烘烤到900℃以上(包壁呈暗紅色)。

還原劑：鋁粉、碳粉。視鋼水中的硅含量，盡量少用或不用硅鈣粉等含硅還原劑。

造渣材料：石灰，要求干燥、塊度適中，將石灰中生燒、過(guò)燒及碳?jí)K等篩選出去；螢石，需要選用優(yōu)質(zhì)螢石，達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)Ⅰ級(jí)或Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。如果螢石中SiO2含量超標(biāo)，則會(huì)影響鋼水中硅的含量，可能造成化學(xué)成分超標(biāo)。例如：冶煉NAK80時(shí)，因?yàn)闆](méi)有控制螢石、石灰的加入量，造成鋼水中渣量過(guò)多，因鋼渣中含有大量SiO2，抽真空前Si為0.16%，加鋁抽真空后Si為0.54%，澆注時(shí)取樣Si為0.62%，致使此爐鋼全爐報(bào)廢。所以，選用優(yōu)質(zhì)的螢石和控制加入量是重中之重。

2.2 精煉爐的操作

含鋁鋼在精煉爐冶煉過(guò)程中，最重要的是控制加鋁前鋼中的硅含量，控制精煉爐中硅含量的方法主要有：

(1)渣量的控制

精煉爐中渣量是鋼水重量的1%～1.5%，渣量控制在1%最佳，造渣材料選用低硅含量的造渣材料為宜。

(2)選用合適的還原劑

在精煉爐還原、合金化過(guò)程中，所用還原劑最好使用鋁粉、碳粉做還原劑，鋁粉用量3～5 kgt，碳粉用量1～2 kgt。

(3)選用合適的合金

在精煉爐合金化、微調(diào)合金過(guò)程中，適宜選用低硅合金，例如：低硅錳鐵和低硅鉻鐵。

綜合以上3點(diǎn)，基本上可以控制住鋼中硅含量。硅含量在加鋁抽真空前必須控制在0.07%～0.10%，以保證加鋁后硅含量不超標(biāo)。其中，如果渣量偏大，加鋁前應(yīng)適當(dāng)降低鋼水中硅的控制量。

2.3 精煉爐加鋁過(guò)程的控制

當(dāng)精煉爐鋼水中其它合金基本符合要求，溫度達(dá)到抽真空要求時(shí)，可以進(jìn)行加鋁操作。

加鋁時(shí)，可以分為二批加入。第一批鋁塊加入后，無(wú)鋁焰冒出時(shí)，可以加入第二批鋁塊。第二批鋁塊加入15 min后，無(wú)鋁焰冒出、溫度合適(例如：NAK80的鋼熔點(diǎn)是1495℃，抽真空溫度是1640℃)，可以進(jìn)行抽真空操作。如果加鋁后發(fā)現(xiàn)鋼液面上有渣蓋，可以適當(dāng)給電打渣蓋，然后再進(jìn)行抽真空操作。其中，加鋁后必須保證大于15 min的反應(yīng)時(shí)間，否則，因?yàn)樵羞€有部分鋁未熔化進(jìn)鋼水中，造成抽真空時(shí)，鋁焰在真空管道繼續(xù)燃燒，損壞真空設(shè)備。

一般而言，為提高鋁的利用率，以選擇真空后加鋁為宜，但對(duì)鋼中的氣體含量影響很大，所以，為保證質(zhì)量，公司選擇了真空前加鋁的方法。真空后加鋁的利用率為80%～90%，而真空前加鋁的利用率為70%～85%。

2.4 抽真空操作

抽真空過(guò)程中，應(yīng)控制氬氣流量，緩慢進(jìn)行抽真空，避免鋼包中鋼水劇烈反應(yīng)，使真空蓋粘上，造成設(shè)備損壞。當(dāng)真空度達(dá)到66.5 Pa時(shí)，保持15 min后方可破空。破空后，應(yīng)在加熱工位停留8～10 min，進(jìn)行清潔沸騰，有利于鋼水中的夾雜及爐渣上?。辉诖诉^(guò)程中，可以取樣、分析，可以補(bǔ)加少量的合金，進(jìn)行合金微調(diào)，使鋼水的成分、溫度符合出鋼條件。在此過(guò)程中，盡量避免給電提溫，造成鋁合金的燒損和鋼水吸氣。

3 澆注過(guò)程的控制

因?yàn)楹X鋼中的鋁含量高，使鋼液變得很粘，澆注時(shí)很容易在鋼錠頭部產(chǎn)生點(diǎn)狀偏析，鋼錠表面由于鋁的氧化造成嚴(yán)重的翻皮，所以澆注時(shí)必須認(rèn)真控制。

首先，在鋼錠錠身部位應(yīng)大流快速澆注，避免鋼水吸氣造成氧化，在冒口部分應(yīng)緩慢填充，細(xì)流澆注。冒口放置優(yōu)質(zhì)保護(hù)渣及保溫劑，避免冒口產(chǎn)生縮孔和偏析。澆注時(shí)間可以比同錠型延長(zhǎng)90 s。其次，鋼錠脫模后應(yīng)及時(shí)退火，避免鋼錠產(chǎn)生裂紋。

4 總結(jié)

含鋁鋼因其含易氧化的金屬鋁，鋼中鋁與硅比較難控制，冶煉時(shí)必須控制好幾個(gè)技術(shù)要點(diǎn)，這便需要從以下幾個(gè)方面來(lái)改變以往的冶煉工藝：

(1)氧化期必須高溫良好沸騰，氣體和夾雜的去除要徹底；

(2)還原溫度須比平時(shí)高一些；

(3)脫氧一定要好，加鋁前嚴(yán)格控制鋼水中的硅含量；

(4)保證合適的渣量。渣量少會(huì)造成鋼水吸氣、氧化；渣量多會(huì)造成加鋁后回硅；

(5)澆注時(shí)應(yīng)先快后慢，選用優(yōu)質(zhì)的保護(hù)渣和保溫劑，更換為大口徑的水口磚；

在長(zhǎng)期的摸索與實(shí)踐后，改進(jìn)的冶煉工藝逐漸趨于完善，我公司生產(chǎn)的NAK80、38CrMoAl等含鋁鋼化學(xué)成分趨于穩(wěn)定，鋼錠質(zhì)量問(wèn)題有所減少，驗(yàn)證了改進(jìn)后的冶煉工藝的可靠性。