一种高铝合金结构圆钢的高效生产工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明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。
【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 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°C)、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，对连饶和钢的质量造成很大的危害。
[0004] 21世纪以来，国内通常采用电炉一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一LF炉外精炼一RH真空精炼一连铸工艺代替电炉一模铸 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。
【发明内容】
[0005] 本发明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。
[0006] 为了实现上述目的，本发明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、大方坯连铸工序和乳制工序步骤，具体操作 如下：
[0007] (1)转炉冶炼采用优质铁水，终点[C]控制在0. 20 %~0. 30 %，终点 [P]彡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，
[0008] 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，
[0009] 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%、 [卩]彡0.10%、[3]彡 0.020%，温度1'彡1310°(：，出钢温度为 1630 ~1670°(：;
[0010] 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；
[0011] 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；
[0012] (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，
[0013] 步骤⑵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I. 1~I. 3MPa，流量350~450NL/min，精炼后期、 末期底吹大氩气量搅拌压力〇. 9~I. IMPa，流量250~350NL/min，所述喂铝线量为350~ 400m/ 炉。
[0014] 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，
[0015] 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，
[0016] 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；
[0017] (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°C、连浇炉次1560~ 1570 °C,
[0018] 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，
[0019] 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。
[0020] 步骤（3)中所述大氩气量搅拌，搅拌压力I. 0~I. 2MPa，流量300~400NL/min， 所述软吹氩流量80~100NL/min，
[0021] 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，
[0022] (4)连铸采用高过热度、低拉速浇注，过热度控制在30~45 °C，拉速0.70~ 0. 80m/min，二冷采用弱冷配水模式，比水量为0. 25L/Kg，
[0023] 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，
[0024] 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°C，粘度为 0· 40 ~0· 45Pa. S/1300°C，H2O 彡 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~IOmm ;结晶器一冷水流量为110±5m3/ h，确保一冷水温差6~9°C ;中包水口直径彡Φ40_，水口插入深度为90~110_，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。
[0025] 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，本发明通过选用合理的水 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，
[0026] 连铸坯采用"一"字型加盖坑冷36h以上，温度彡150°C转运，中包选用镁质挡墙， 使用CaO-Al2O3系碱性覆盖剂，勤加稻壳灰，保持中包黑渣操作，
[0027] 采用"一"字型加盖坑冷，可以大大降低钢中的[H]含量，避免乳材出现白点现象， 采用CaO-Al2O3系中包碱性覆盖剂，可避免连铸过程中因钢渣反应而引起钢种夹杂物增加， 还起到避免钢液中的铝被氧化的风险；
[0028] (5)乳钢加强控乳控冷工艺控制，均热炉温度1150~1200°C，开乳温度1050~ 1130°C，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，乳制完成后圆钢应及时缓冷，确保圆钢在多400°C入坑 缓冷，入坑时间不得小于48小时，
[0029] 采用高压水除磷可以有效提高乳材的表面质量，圆钢坑冷可以大大降低钢中的 [H]含量，避免出现白点现象；