喂線法生產(chǎn)含硫鋼42CrMo-1的工藝實(shí)踐

供稿|王德勇，李紅梅 / WANG De-yong，LI Hong-mei

易切削鋼是在鋼中含有一定數(shù)量的硫、磷、鉛、鈣、硒、碲等一種或幾種元素，而具有良好地被切削加工性能的一類鋼種。易切削鋼適用于自動切削機(jī)床加工制作大批量零件，在切削加工過程中，它同非易切削鋼相比，可以延長刀具壽命，減少切削抗力，提高加工表面光潔度，容易排除切屑。硫系易切鋼由于其生產(chǎn)工藝逐漸趨于成熟，正在逐步代替其他易切鋼成為易切鋼中的主導(dǎo)產(chǎn)品。本鋼近幾年也在進(jìn)行易切鋼的生產(chǎn)實(shí)踐活動。在實(shí)際生產(chǎn)中，硫系易切削鋼中的硫在鋼中同錳和鐵形成硫化物，在連鑄澆注時富集在水口處，造成連鑄浸入式水口堵塞，發(fā)生生產(chǎn)事故。另外精煉過程造渣去夾雜與增硫操作相互矛盾，使鋼中硫不易控制，本文主要探討含硫易切削鋼42CrMo-1冶煉過程硫的控制，使鋼中硫即滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，又保證鋼水具有一定的可澆性。

技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

表1是42CrMo-1的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

主要工藝路線及生產(chǎn)方案

生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。鐵水首先進(jìn)行脫硫扒渣操作，經(jīng)轉(zhuǎn)爐吹煉，然后由LF+RH精煉，上矩形坯鑄機(jī)澆鑄成矩形坯，鑄坯截面規(guī)格350 mm×470 mm，經(jīng)800棒線材軋機(jī)軋制成棒材。為了降低生產(chǎn)成本，我們采用精煉前工序控硫，精煉過程根據(jù)需要增硫的方式進(jìn)行生產(chǎn)。

表1 42CrMo-1的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(質(zhì)量分?jǐn)?shù))%

硫的控制

考慮到生產(chǎn)成本并結(jié)合現(xiàn)場生產(chǎn)工藝實(shí)際，確定總體硫的控制方案為：根據(jù)鐵水硫的情況，預(yù)處理實(shí)行不脫硫或輕脫硫，煉鋼不脫硫，精煉根據(jù)成分需要控制脫硫并增硫的生產(chǎn)工藝。增硫劑采用的是硫鐵線，具體理化指標(biāo)如表2所示。

表2 硫鐵線的理化指標(biāo)

鐵水硫的控制

鐵水硫含量一般為0.010%~0.050%，該鋼種標(biāo)準(zhǔn)要求硫含量0.020%~0.035%，由于轉(zhuǎn)爐和精煉過程都有一定的脫硫效果，不會導(dǎo)致成品硫超標(biāo)，所以為了節(jié)約生產(chǎn)成本，節(jié)約脫硫材料的消耗，鐵水預(yù)處理不進(jìn)行脫硫操作，只進(jìn)行扒渣操作。部分爐次的42CrMo-1預(yù)處理前后硫含量情況如圖2所示，入站與出站硫含量基本一致，一般兌鐵時硫含量為0.018%~0.033%。

圖2 預(yù)處理前后鐵水中硫的變化

轉(zhuǎn)爐硫的控制

由于轉(zhuǎn)爐是氧化性爐渣，根據(jù)上述脫硫反應(yīng)機(jī)理可知，煉鋼爐渣雖然堿度和溫度對脫硫有利，但高氧化性抑制了脫硫反應(yīng)，因此轉(zhuǎn)爐脫硫效果一般，吹煉前后硫含量如圖3所示。從圖中可以看出大部分爐次有脫硫現(xiàn)象，平均脫硫量0.007%，主要是轉(zhuǎn)爐吹煉過程中一部分硫被氧化成SO2隨轉(zhuǎn)爐煙氣去除，另一部分在出鋼脫氧合金化過程中，爐渣氧化性急劇下降，有利于脫硫反應(yīng)進(jìn)行，因而發(fā)生脫硫反應(yīng)，部分硫被去除。另外部分爐次有未脫硫或增硫現(xiàn)象，主要是廢鋼及其他原材料帶入硫過多導(dǎo)致。

圖3 轉(zhuǎn)爐冶煉前后鋼中硫的變化

精煉硫的控制

精煉過程硫在LF造渣階段，發(fā)生脫硫反應(yīng)，硫被去除，為了滿足成品成分對硫的要求，在LF脫硫以后要根據(jù)鋼中殘余硫含量進(jìn)行增硫操作。增硫操作有兩個方案。方案一是在LF后期進(jìn)行增硫，方案二是在RH真空處理以后進(jìn)行增硫操作。兩種增硫方案都是采用硫鐵線增硫。

◆ LF增硫操作

為了有效去除鋼中夾雜物，LF需要造還原渣，渣的脫氧比較完全，所以LF精煉過程脫硫條件較好，因此LF工序鋼中原有硫損失嚴(yán)重。在預(yù)處理過程中保留下來的硫，雖然降低了預(yù)處理成本，但增加了LF過程的造渣成本，表3是LF脫硫情況。LF平均脫硫率達(dá)到了81.3%，一般造渣后硫含量被降到了0.002%~0.005%左右，因此要保證成品硫符合標(biāo)準(zhǔn)要求，就必須進(jìn)行增硫操作。

LF增硫采用的是硫鐵線喂入法，硫鐵線具體指標(biāo)如表2所示。LF增硫效果如表4所示，硫線平均收得率為78.7%。

◆ RH增硫操作

RH增硫采用的也是硫鐵線喂入法，硫鐵線具體指標(biāo)如表2所示。增硫操作是在RH真空循環(huán)以后進(jìn)行，所有喂線參數(shù)與LF相同。表5是具體增硫效果。由于RH后降低了鋼渣反應(yīng)機(jī)率，提高了硫線的收得率，使硫線的收得率達(dá)到了87.3%。

表3 LF脫硫情況

表4 LF增硫效果

表5 RH增硫效果

◆ 鋼水可澆性

在實(shí)際生產(chǎn)中，方案一由于LF增硫后，鋼水在鑄機(jī)澆注過程中出現(xiàn)絮流堵塞水口問題，鋼水的可澆性較差，平均連澆爐數(shù)只有1.2爐，而且硫線收得率偏低。方案二大大提高了鋼水的可澆性，而且硫鐵線的收得率也比方案一高。

◆ 硫化物級別

表6是兩種方案對應(yīng)的實(shí)際檢驗(yàn)夾雜物級別。標(biāo)準(zhǔn)要求硫化物級別，粗系不大于2.0級，細(xì)系不大于2.5級。從表中可以看出兩種方案的夾雜物級別都能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，但方案一中的硫化物細(xì)系的級別要差一些，而方案二中的硫化物粗系級別要差一些。

圖4 兩種增硫方案的比較

表6 成品夾雜物控制水平

結(jié)論

(1) 在實(shí)際生產(chǎn)中，采用鐵水不進(jìn)行預(yù)處理的控硫工藝，節(jié)約了預(yù)處理脫硫劑的消耗，但在精煉工序增加了造渣材料的消耗，是否降低了生產(chǎn)成本，需要進(jìn)一步研究。

(2) 在RH工序進(jìn)行增硫操作，鋼水的可澆性較好，有利于連鑄澆鑄，而且硫線的收得率較高，節(jié)約生產(chǎn)成本。

(3) 不論是RH增硫還是LF增硫，兩種方案最終產(chǎn)品的硫化物級別都能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

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