一种高铝合金结构圆钢的高效生产工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种圆钢的生产方法，具体来说涉及一种高铝合金结构圆钢的高效生产工艺。其中，圆钢中[Al]含量按重量百分数计为0.70％～1.20％。制备方法包括转炉冶炼工序、LF炉外精炼工序、VD炉真空精炼工序、大方坯连铸工序和轧制工序步骤。采用本发明专利技术生产的高铝合金结构圆钢，成本低廉、其纯净度极高、铝的吸收率高，达到95％以上、可浇性好，不需要进行钙处理，可连浇12～15炉，大大提高了生产效率、圆钢的表面质量良好，解决了目前生产的高铝合金结构圆钢存在的连浇性不好、易出现结瘤、铝的吸收率不高、收得率不稳定、纯净度不高、圆钢表面质量不好、质量不稳定等技术难题。

【技术实现步骤摘要】
一种高铝合金结构圆钢的高效生产工艺
本专利技术涉及一种钢的生产方法，具体来说涉及一种高铝合金结构圆钢的高效生产工艺。
技术介绍
高铝合金结构钢的铝含量极高，高达0.70-1.20％，通常属于含铝氮化钢类别，经渗氮处理后，钢的氮化层中形成氮化铝层，依据氮化铝的弥散硬化作用可以提高钢材的表面硬度和强度，从而获得坚硬、耐磨、抗腐蚀的性能，广泛应用于航空工业、常规武器及机械制造业上的管坯发动机气钢套，注塑机的螺杆和套筒等特殊要求的零部件。仅注塑机行业的国内外年需求量已高达20万吨以上，随着近年来国家对军工行业的大力扶持，其需求量还将进一步增加。现场多年的生产实践表明，当常规钢种的铝含量达到0.025％以上时，连续浇铸过程中容易堵塞水口，而高铝合金结构钢的铝含量为常规冷镦钢的40倍左右，是目前最难连铸的钢种之一，由于铝具有极易氧化、熔点低(660℃)、比重小(2.68g/cm3)等特点，造成高铝合金结构钢在冶炼时铝不易加入、收得率很不稳定；同时，高铝合金钢在生产过程中，渣中氧化硅易于还原，钢液中铝易于氧化，硅、铝成份波动较大，成份控制较为困难，并且钢液容易发生二次氧化，有一部分氧化物未能上浮而滞留在钢水中，从而造成水口堵塞，造成絮流，对连浇和钢的质量造成很大的危害。21世纪以来，国内通常采用电炉→模铸工艺生产高铝合金结构钢，部分厂家甚至采用电渣重熔的工艺技术，劳动生产率和成材率相对较低，产品质量相对较差。近期，国内相关生产厂家开始逐步采用电炉→LF炉外精炼→RH真空精炼→连铸工艺代替电炉→模铸工艺生产，但铝的吸收率和连浇炉数均没达到理想状况，尚未达到高效批量生产阶段，仍存在一些难以突破的技术难题：①连浇过程容易出现结瘤现象，连浇炉数多为5炉左右；②铝的收得率不稳定，通常铝的收得率仅为75％左右；③盘条的纯净度不高，非金属夹杂物的含量和种类、气体含量等出现超标现象；④硅、铝成份波动较大，成份控制较为困难；⑤表面质量不理想，造成质量极不稳定，因此，这些技术难题大大困扰着高铝合金结构钢生产厂家。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对以上技术难题，通过合理选择工艺路线、合理设计工艺参数和合理选择铝的加入时机等手段，提供了一种高铝合金结构圆钢的高效生产工艺，成本低廉，操作简单，并且能够确保铝的吸收率高，达到95％以上；钢的纯净度极高；可浇性好，不需要进行钙处理，可连浇12～15炉，大大提高了生产效率，圆钢的表面质量良好，且质量稳定，完全满足国内外高铝合金结构圆钢客户的需求。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种高铝合金结构圆钢的高效生产工艺，包括转炉冶炼工序、LF精炼工序、VD真空精炼工序、大方坯连铸工序和轧制工序步骤，具体操作如下：(1)转炉冶炼采用优质铁水，终点[C]控制在0.20％～0.30％，终点[P]≤0.010％，出钢过程采用滑板挡渣操作，严禁下渣出钢，出钢时间为3～5min，由碳氧浓度积可知，出钢碳较高，钢水中的自由氧含量将大大降低，减轻了后续脱氧压力，大大减少了脱氧产物的生成，作为优选，步骤(1)的采用优质铁水作为炼钢原料，要求[Si]:0.30％～0.70％、[P]≤0.10％、[S]≤0.020％，温度T≥1310℃，出钢温度为1630～1670℃；作为优选，出钢1/4时随钢液依次加入脱氧剂电石和铝块，其中加入量为：电石90～120Kg/炉、铝块160～200Kg/炉；加入电石和铝块进行预脱氧，可降低钢液中的氧含量，先加入电石，减少了脱氧产物氧化铝的生成量，进而减轻了后续氧化产物上浮的压力；(2)LF精炼炉密封良好，确保炉内还原性气氛，精炼加入适量电石和铝粒进行钢渣界面脱氧，前期、中期进行底吹大氩气量搅拌，精炼后期、末期底吹适当调小氩气量，喂铝线调铝至0.09％-0.11％，硅按中下限控制，防止真空高铝渣回硅，精炼完成后迅速转入VD炉真空精炼工序，步骤(2)中所述电石的加入量为50～70kg/炉，铝粒加入量为40～60kg/炉；所述精炼前期、中期底吹大氩气量搅拌压力1.1～1.3MPa，流量350～450NL/min，精炼后期、末期底吹大氩气量搅拌压力0.9～1.1MPa，流量250～350NL/min，所述喂铝线量为350～400m/炉。步骤(2)中加入铝粒的目的是为了对钢水进行深脱氧，且脱氧产物在大氩气量的搅拌下，可有效促进脱氧产物上浮，加电石的目的是为了进行钢渣界面脱氧，电石中的钙与钢液中的氧、氧化产物生成复合脱氧产物经氩气搅拌进入渣面，精炼前期、中期为合金成分调整时期，采用大氩气量搅拌可以吹开渣面，提高合金收得率，加速合金熔化，均匀成分，同时能有效促进脱氧产物上浮；精炼后期、末期由于还原性渣的形成，炉渣会变得较稀，且没有调整合金阶段，适当调小氩气流量是为了防止钢液存在裸露、钢水被氧化的风险，同时还可以促进钢液中夹杂物上浮，此时喂入铝线是为了进一步深脱氧；(3)VD采用抽真空脱气处理，真空状态下全程大氩气量搅拌，真空度在67Pa以下保持10～15min后破真空，随后加入铝块为770～830Kg/炉，继续抽真空至67Pa以下，并保持15～18min，随后破真空加入碳化稻壳覆盖剂进行软吹氩操作，软吹时间30～40min，软吹后进行测温操作，软吹后吊包温度为，开浇炉次1570～1580℃、连浇炉次1560～1570℃，碳化稻壳覆盖剂为大包覆盖剂，加入的目的是保温且保护钢水被二次氧化的风险，真空状态下，加入铝块，密封性好、因钢水已完成深脱氧，钢液中的氧含量极低，可以大大提高铝的收得率、且收得率稳定，同时降低了脱氧产物的生成量，提高了钢水的洁净度。步骤(3)中所述大氩气量搅拌，搅拌压力1.0～1.2MPa，流量300～400NL/min，所述软吹氩流量80～100NL/min，严格的软吹氩工艺和确保适当软吹时间，以实现有效促进夹杂物上浮，减少钢中夹杂物含量，达到净化钢水的目的，(4)连铸采用高过热度、低拉速浇注，过热度控制在30～45℃，拉速0.70～0.80m/min，二冷采用弱冷配水模式，比水量为0.25L/Kg，连铸采用整体式密封镁质干式料中间包，中间包与包盖之间垫放耐火棉并在各接缝处用涂抹料涂抹密封，结晶器选用高铝钢保护渣，保护渣自动加入，确保加入量均匀，步骤(4)中，所述结晶器保护渣使用西宝高铝合金结构钢保护渣，其中碱度为R＝0.50～0.70，熔点1080～1180℃，粘度为0.40～0.45Pa.S/1300℃，H2O≤0.30％；每隔2小时测量一次液渣层厚度，确保液渣层深度为8～10mm；结晶器一冷水流量为110±5m3/h，确保一冷水温差6～9℃；中包水口直径≥Φ40mm，水口插入深度为90～110mm，使用5.5～6h进行更换，结晶器电磁搅拌为150A/2Hz，末端电磁搅拌为80A/6Hz。采用高过热度、低拉速浇注工艺，有利于促进夹杂物上浮，且连铸过程基本实现“恒拉速”浇注，可有效防止因钢水大翻引起的结晶器卷渣，同时，本专利技术通过选用合理的水口材质及严格控制换水口时间、严格控制生产节奏等措施来避免“高过热度、较低一冷水流量和低拉速”可能会造成的耐材侵蚀加重、结瘤，生产节奏不匹配、漏钢等不利影响，连铸坯采用“一”字型加盖坑冷36h以上，温度≤150℃转运，中包选用镁质挡墙，使用CaO-Al本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高铝合金结构钢的高效生产工艺，其特征在于：所述的制备方法包括转炉冶炼工序、LF炉外精炼工序、VD炉真空精炼工序、方坯连铸工序和轧制工序步骤，具体操作如下，(1)转炉冶炼工序转炉冶炼采用优质铁水，终点[C]控制在0.20％～0.30％，终点[P]≤0.010％，出钢过程采用滑板挡渣操作，严禁下渣出钢，出钢时间为3～5min；(2)LF精炼工序LF精炼炉密封良好，确保炉内还原性气氛，精炼加入电石和铝粒进行钢渣界面脱氧，前期、中期进行底吹大氩气量搅拌，精炼后期、末期调小底吹氩气量，喂铝线调铝至0.09％‑0.11％，硅按中下限控制，防止真空高铝渣回硅，精炼完成后迅速转入VD炉真空精炼工序；(3)VD炉真空精炼工序VD采用抽真空脱气处理，真空状态下全程大氩气量搅拌，真空度在67Pa以下保持10～15min后破真空，随后加入铝块770～830Kg/炉，继续抽真空至67Pa以下，并保持15～18min，随后破真空加入覆盖剂进行软吹氩操作，软吹时间30～40min，软吹后进行测温操作，软吹后吊包温度为，开浇炉次1570～1580℃、连浇炉次1560～1570℃；(4)方坯连铸工序连铸采用高过热度、低拉速浇注，过热度控制在30～45℃，拉速0.70～0.80m/min，二冷采用弱冷配水模式，比水量为0.25L/Kg，采用结晶器电磁搅拌，并使用结晶器保护渣；连铸坯采用“一”字型加盖坑冷36h以上，温度≤150℃转运，中包选用镁质挡墙，使用CaO‑Al2O3系碱性覆盖剂，加稻壳灰，保持中包黑渣操作；(5)轧制工序轧钢加强控轧控冷工艺控制，均热炉温度1150～1200℃，开轧温度1050～1130℃，总加热时间2～3h，采用高压水除磷，压力20MPa～25MPa，确保连铸坯表面氧化铁皮清除干净；出钢节奏1.5～2min，轧制完成后圆钢应及时缓冷，确保圆钢在≥400℃入坑缓冷，入坑时间不得小于48小时。...

【技术特征摘要】
1.一种高铝合金结构钢的高效生产工艺，其特征在于：所述的生产工艺包括转炉冶炼工序、LF炉外精炼工序、VD炉真空精炼工序、方坯连铸工序和轧制工序步骤，具体操作如下，(1)转炉冶炼工序转炉冶炼采用优质铁水，终点[C]控制在0.20％～0.30％，终点[P]≤0.010％，出钢过程采用滑板挡渣操作，严禁下渣出钢，出钢时间为3～5min；(2)LF精炼工序LF精炼炉密封良好，确保炉内还原性气氛，精炼加入电石和铝粒进行钢渣界面脱氧，前期、中期进行底吹大氩气量搅拌，精炼后期、末期调小底吹氩气量，喂铝线调铝至0.09％-0.11％，硅按中下限控制，防止真空高铝渣回硅，精炼完成后迅速转入VD炉真空精炼工序；(3)VD炉真空精炼工序VD采用抽真空脱气处理，真空状态下全程大氩气量搅拌，真空度在67Pa以下保持10～15min后破真空，随后加入铝块770～830Kg/炉，继续抽真空至67Pa以下，并保持15～18min，随后破真空加入覆盖剂进行软吹氩操作，软吹时间30～40min，软吹后进行测温操作，软吹后吊包温度为，开浇炉次1570～1580℃、连浇炉次1560～1570℃；(4)方坯连铸工序连铸采用高过热度、低拉速浇注，过热度控制在30～45℃，拉速0.70～0.80m/min，二冷采用弱冷配水模式，比水量为0.25L/Kg，采用结晶器电磁搅拌，并使用结晶器保护渣；连铸坯采用“一”字型加盖坑冷36h以上，温度≤150℃转运，中包选用镁质挡墙，使用CaO-Al2O3系碱性覆盖剂，加稻壳灰，保持中包黑渣操作；(5)轧制工序轧钢加强控轧控冷工艺控制，均热炉温度1150～1200℃，开轧温度1050～1130℃，总加热时间2～3h，采用高压水除磷，压力20MPa～25M...

【专利技术属性】
技术研发人员：豆乃远，万文华，刘宪民，王日红，
申请(专利权)人：常州东大中天钢铁研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32