BOF-LF-VD-CC流程生产20CrMnTi钢的工艺优化研究.pdfVIP

中文摘要 摘 要 20CrMnTi钢是广泛使用的齿轮钢之一，用于制造各类汽车、机械、航空工程 的齿轮轴、传动齿轮材料，是众多钢铁企业开发关键品种钢之一。但在该钢种生产 过程中容易生产高熔点夹杂物，在变载荷的接触应力、冲击力、摩擦力等作用下， 齿轮钢容易产生劳受损甚至失效。为降低有害夹杂级别，减小夹杂物危害，本文以 国内某钢厂BOF-LF-VD-CC工艺流程生产20CrMnTi钢为研究对象，对LF、VD精炼 和CC连铸生产工艺采用现场调研、理论计算、实验研究、跟踪反馈的方法进行研 究和优化，并得到以下主要结果： ① 生产现场调研发现精炼过程VD炉中钢渣反应剧烈，导致钢中的铝损和钛 损较严重，增加了钢中夹杂物的含量和冶炼成本；连铸过程钢水可浇性差，存在水 口结瘤现象，经XRD分析发现结瘤物为铝酸钙和镁铝尖晶石夹杂。通过电解铸坯 样，发现夹杂物主要为CaO-MgO-Al O 系夹杂，部分为SiO -Al O -MgO系，含有少 2 3 2 2 3 部分CaS和TiO ，形状呈尖棱状，部分呈圆球形。对轧材进行EDS-SEM分析发现轧 2 材中存在四类不同类型的夹杂物：O-Ca-Al-S-Mg系链状夹杂、xCaO∙yAl O 球形夹 2 3 杂、形状不规则的纯Al O 夹杂以及TiN夹杂。 2 3 ② 通过建立钢水凝固过程夹杂物耦合析出模型，计算发现在现有钢水成分下， 凝固过程中，仅有Al O 夹杂和TiN夹杂析出，Al O 夹杂的量随着凝固分数的增加 2 3 2 3 而增加，TiN夹杂主要在凝固末端析出。分析钢中氮含量的变化，LF炉化渣升温过 程、VD破空到中包过程、中包到铸坯等过程钢水增氮严重。钢中初始氮含量越高， 凝固过程生成的TiN夹杂总量越高，尺寸越大；TiN夹杂每一步的析出含量先增加 后逐渐降低。因此，通过控制钢中氮的含量，减少钢水的二次氧化，提高钢水洁净 度，避免钢中生成大尺寸的TiN ，降低TiN夹杂的危害。 ③ 在钢中[Al]=0.01～0.03% 的条件下，讨论了精炼渣的成分和物理性质对钢 中夹杂物吸收能力的影响。计算表明：当精炼渣碱度为4～6，渣中CaO/Al O 为1.4～ 2 3 1.8，MI指数为0.1～0.2时，渣中Al O 的活度较小，CaO 的活度较大，精炼渣对Al O 2 3 2 3 夹杂吸收能力较强，有利于降低钢液中T.O.含量。同时，为减少剧烈渣金反应引起 钛损失和TiO 的生成，钛铁应在LF 出站前加入。另外，为减少精炼渣对镁碳质钢包 2 内衬的侵蚀，精炼渣中要保证一定量的MgO 。因此，设定20CrMnTi钢的目标精炼 终渣成分范围控制如下：CaO=50～54%、SiO ≤10% 、Al O =30～34%、MgO≈6% 、 2 2 3 (FeO+MnO)＜1%。 ④ 钢中[Al]=0.02～0.03%时，应控制a[O]在3ppm 以下，[Ca]在20～30ppm之间， 钢中的Al O 才能被改性为液态的12CaO·7Al O 夹杂。VD真空处理过程，耐材受到 2 3 2 3 I 重庆大学硕士论文 冲刷侵蚀不断向钢中增镁，钢中残留的Al O 夹杂越多，越易生成MgO∙Al O 夹杂，