42CrMoA合金結構鋼鋼水純凈度控制實踐

許英華

（福建三鋼閩光股份有限責任公司煉鋼廠, 福建 三明，365000）

摘  要：通過對轉爐終點、出鋼下渣質控點的控制，降低鋼水初始氧；LF快速成渣、穩定白渣時間、鈣處理等去除夾雜物；連鑄加強保護澆注減少鋼水二次氧化以及留鋼操作避免卷渣、下渣影響鋼水純凈度等各工序的關鍵質控點控制，實現了42CrMoA合金結構鋼的開發，鋼中非金屬夾雜物等級滿足要求。

關鍵詞：白渣穩定時間，留鋼操作，非金屬夾雜物

Control Practice of Molten Steel Purity of 42CrMoA Alloy Structural Steel

Xv Yinghua

(Fujian Sansteel Minguang Co., Ltd, Sanming 365000,Fujian)

Abstract: The development of 42CrMoA alloy structural steel has been realized by controlling the end point of converter and the quality control point of slag under tapping, reducing the initial oxygen content of molten steel, removing inclusions by LF rapid slagging, stabilizing white slag time and calcium treatment, strengthening protection pouring, reducing secondary oxidation of molten steel and avoiding slag entrainment and slag dropping affecting the purity of molten steel in the operation of retaining steel. The grade of metal inclusions meets the requirements.

Keywords: White slag stabilization time  Stay steel operation  Non-metallic inclusions

１前言

42CrMoA屬于超高強度鋼，具有高的強度和韌性，淬透性也較好，無明顯的回火脆性，調質處理后有較高的疲勞極限和抗多次沖擊能力，低溫沖擊韌性良好，普遍用作高負荷下工作的重要結構件，因此該鋼種對鋼中的夾雜物要求也相對較高[1]。福建三鋼為擴大產品結構，滿足不同客戶實際需求，同時為順利開發42CrMoA合金結構鋼，對如何保證42CrMoA鋼鋼水純凈度進行了相關工藝設計及研究。

2 鋼種要求及生產工藝流程

2.1 鋼種成分要求

  42CrMoA鋼鋼種成分設計如下表1：

表1  42CrMoA鋼成分要求

2.2 非金屬夾雜物要求

  42CrMoA高級優質合金結構鋼中非金屬夾雜物應符合表2要求：

表2  42CrMoA非金屬夾雜物等級要求

2.2 非金屬夾雜物要求

  42CrMoA高級優質合金結構鋼中非金屬夾雜物應符合表2要求：

2.3 生產工藝流程

  100噸頂底復吹轉爐→100噸LF精煉爐→6機6流160×160方坯連鑄

3 生產工藝實踐

3.1 轉爐冶煉工藝控制

3.1.1 冶煉終點控制

鋼水中［C］等于0.07%時碳氧濃度積達到臨界值，即當碳含量小于0.07%時，鋼水中氧含量急劇增加，造成過氧化現象。隨著轉爐終點鋼水溫度的升高，碳氧積增加，在碳不變的情況下，鋼中氧含量逐步升高[2]，趨勢圖見圖1。

為了降低終點鋼水氧含量，轉爐冶煉控制主要通過采用高拉碳操作法，做到冶煉終點成分磷、碳和溫度的三命中，減少后吹次數，避免鋼水過氧化，從而控制鋼水中氧含量。同時槍位采用高-低-高-低槍位模式，通過優化吹煉末期氧槍槍位控制，強化底吹效果，使鋼渣反應接近平衡。轉爐出鋼成分、溫度控制情況見表3：

為了降低終點鋼水氧含量，轉爐冶煉控制主要通過采用高拉碳操作法，做到冶煉終點成分磷、碳和溫度的三命中，減少后吹次數，避免鋼水過氧化，從而控制鋼水中氧含量。同時槍位采用高-低-高-低槍位模式，通過優化吹煉末期氧槍槍位控制，強化底吹效果，使鋼渣反應接近平衡。轉爐出鋼成分、溫度控制情況見表3：

表3 轉爐出鋼溫度及成分

3.1.2 出鋼下渣量控制

嚴格控制鋼包下渣量是降低鋼包渣氧化性的最有效辦法，三鋼采用“滑板擋渣+擋渣塞”雙重擋渣方式，并裝備自動下渣檢測系統，當出鋼后期下渣瞬間，滑板自動關閉，確保出鋼無明顯下渣。

3.1.3 脫氧合金化及渣洗

出鋼過程加入鋁錳合金進行強沉淀脫氧，同時出鋼每爐加適量石灰和精煉渣，對鋼液進行渣洗，以提高鋼包渣的堿度和脫硫能力，同時還有利于吸附夾雜凈化鋼液，為 LF精煉爐造還原渣做好前期準備。

3.2 LF精煉爐冶煉工藝控制

3.2.1 快速造白渣，提高白渣穩定時間

為降低鋼水中氧含量，LF爐冶煉工藝控制要點是縮短白渣形成時間，并保證白渣穩定時間大于20分鐘。LF精煉爐送電3分鐘后開始小批量多批次加入鋁粒、碳化硅進行擴散脫氧，直至白渣形成。白渣形成后至第一次送電結束前全程監控爐渣情況，根據爐渣變化情況，小批量增投鋁粒，確保白渣穩定。冶煉中、后期送電期間再向渣面撒入少量鋁粒，維持全程白渣。

3.2.2 合適渣系

LF精煉爐通過加入合適的石灰、精煉渣造鋁酸鈣渣，提高爐渣擴散脫氧能力和吸附夾雜能力，促進脫氧產物及時上浮去除，精煉渣目標渣系控制成分見表4：

表4 精煉渣目標渣系

3.2.3 鈣處理

   利用純鈣鋁線芯部為鈣棒，喂線時可以喂入鋼水底部的優勢，使用純鈣鋁線進行鈣處理。根據鋼面翻滾情況控制合適的喂線速度，確保鋼液面不劇烈翻滾，絲線不回翻，同時將鋼包底吹氬氣調整為小流量狀態，提高及穩定鈣收得率，將鋼水中的夾雜物變性為低熔點的鈣鋁酸鹽類夾雜物。

3.2.4 軟吹控制

精煉結束后保持一定弱攪拌時間非常重要，有利于細小夾雜物顆粒排出，對進一步提高鋼水潔凈度起到關鍵作用[3]。因此，鋼水出站后進行≥15分鐘的軟吹時間，軟吹過程保證鋼液面不裸露，渣面輕微波動為宜，促進夾雜物充分上浮被爐渣吸附。軟吹結束后，控制鎮靜時間10～15分鐘，確保鋼液上層未完全上浮的夾雜能進一步上浮被爐渣吸附。

3.3 連鑄工藝控制

3.3.1 保護澆注

針對澆注過程鋼水二次氧化的問題，連鑄實行全過程保護澆鑄。通過浸入式水口碗口涂高溫密封膠、勤排中間包渣、勤換大包套管以及中包加覆蓋劑等措施，有效的減少了澆注過程的二次氧化，降低了連鑄澆注過程產生的非金屬夾雜物。

3.3.2 留鋼操作

   由于連鑄大包未配備下渣檢測系統，為避免大包澆注后期的卷渣及下渣對中間包鋼水純凈度的影響，實行了大包留鋼操作，控制大包剩鋼量3～5噸，避免澆注后期大包發生卷渣及下渣污染中間包鋼水。

4 鋼材實物質量情況

4.1 化學成本穩定控制

化學成分均勻性是影響鋼材性能的主要因素，在工藝技術穩定的情況下，化學成分窄帶控制、穩定性、均勻性是保證鋼材性能的前提條件。在實際生產中采用鋼包出鋼合金化與LF爐成分微調相結合，成品成分控制穩定詳見表5：

表5 成品成分控制情況

4.2 低倍情況

通過取樣做酸浸低倍分析，未發現目視可見的縮孔、氣泡、裂紋、夾雜、翻皮、白點、晶間裂紋等對加工有害的缺陷，酸浸低倍組織檢驗級別見表6。

表6  酸浸低倍組織檢測情況

4.3 軋材非金屬夾雜物等級控制情況

    按要求對每批次軋材區2個樣進行非金屬夾雜物檢測，夾雜物等級滿足技術要求。檢測情況見表7。

表7 非金屬夾雜物檢測情況

5 結語

（1）轉爐過程采用高拉碳、減少補吹，同時利用“滑板擋渣+擋渣塞”雙重擋渣方式，降低鋼水及鋼渣的氧化性，減少了脫氧產物。

（2）LF精煉爐冶煉過程采用快速造白渣、全程維持白渣、鈣處理技術以及軟吹控制等措施去除鋼中夾雜物。

（3）連鑄利用全過程保護澆注、大包留鋼操作等減少二次氧化及外來夾雜物，提高鋼水純凈度。

通過對各工序相關主要工藝控制點的控制，提高了42CrMoA合金結構鋼鋼水的純凈度，實現了42CrMoA合金結構鋼的順利開發。

參考文獻

[1] 王秀蘭，徐詠梅等.42CrMoA鋼曲軸坯的試制. 大型鑄鍛件，2005年第4期.

[2] 紀瑞東.轉爐高拉碳法冶煉中高碳鋼技術[J]. 世界鋼鐵， 2013，2．

[3] 俞海明等.轉爐鋼水的爐外精煉技術.北京：冶金工業出版社.