转炉流程生产高合金工具钢X32-RX技术开发及应用
时间：2023-05-28 13:05:24 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
吴平辉
（湖南华菱涟源钢铁有限公司，湖南 娄底 417000）
在普通碳素工具钢的基础上适度添加Cr、Mo、V、W等合金成分提高钢的淬透性、耐磨性、热硬性及韧性等性能可以生产高合金工具钢[1-3]。高合金工具钢具有良好的各向同性、超高洁净度及理想的碳化物形态与金相组织，所以应用范围更广泛、使用条件更苛刻。实现上述超高要求性能的前提之一就是钢质的化学成分，而冶炼控制水平是满足钢质基本要求的先决条件，必须将P、S、O、N、H及其夹杂物精准控制在极低水平。国外普遍采用电炉+模铸特钢的工艺方式生产该类钢种，国内基本依靠进口。湖南华菱涟源钢铁有限公司在国内一些传统工艺路线生产高合金钢研究的基础上[4-5]，以 X32-RX 为代表钢种，探索了“转炉+连铸”工艺生产高合金工具钢技术，以期为同行业相关技术研究提供一定的借鉴和参考。
湖南华菱涟源钢铁有限公司拥有3座处理能力为500万t/a的KR脱硫站，可将铁水硫深脱到0.001%以下。两座210 t顶底复吹转炉，副枪动态控制，采用挡渣标+滑动挡板双控挡渣。两台宽×厚为2 100 mm×230 mm的双流板坯连铸机及匹配的LF和RH精炼设施。生产品种包括碳素结构钢、超低碳钢、电工钢、汽车及家电用钢、桥梁及工程用钢、压力容器及锅炉用钢、船板、管线等。
2.1 转炉控制
由于X32-RX合金总量＞7%，且含有高熔点合金元素Mo、Ni及易氧化的Cr、V等，所以对于210 t钢包来说，各种合金总量应在15 t以上。从生产节奏和热平衡角度考虑，转炉需分担一定量的合金化任务，其余的由LF完成。又因脱氢、脱氮需要RH真空处理，所以采取BOF-LF-RH-CC工艺路线。
转炉装料制度及过程控制如下。利用顶底复吹转炉良好的动力学条件及吹氧升温优势，开始吹炼前加入约5 t钼铁和3 t镍铁，采用副枪分别在吹炼完成的85%和终点时检测各项指标情况。表1为转炉冶炼过程指标控制情况。
表1 转炉冶炼过程指标控制情况Table 1 Controlled State of Indexes during Converter Smelting Process
由表1可以看出，副枪检测TSC平均ω[Mo]为 1.10%，平均 ω[Ni]为 0.43%；
终点副枪检测TSO 平均 ω[Mo]为 1.25%，平均 ω[Ni]为 0.50%，两种合金均略有升高。分析认为吹氧80%～85%时，约80%～90%的Mo、Ni合金熔化，直至吹炼终点才能完全熔化。也侧面反映了5 t钼铁和3 t镍铁是本转炉熔化的极限能力。
转炉出钢利用钢水动能搅拌再加入一部分其他易氧化Cr、Mn合金，约2/3的合金量由转炉完成，剩下的1/3合金量及精准成分控制在精炼工序完成。
由于X32-RX对磷、硫含量要求苛刻，因此入炉铁水必须经过预处理，KR处理后的出站ω[S]≤0.002%，转炉采取大渣量、低碳出钢方式，实现单渣出钢ω[P]≤0.01%。
2.2 精炼控制
LF进行成分及温度的精准控制。使用高碳锰铁+硅锰铁+硅铁联合加料方式调控锰、硅含量。以目标成分Mn为控制上限，高碳锰铁使用量最大化，可充分利用高碳锰铁中的“高碳”，仍不足的C再补加碳粉进行增碳；
以目标成分Si的上限设定硅锰铁的增硅量，考虑硅锰铁同时增锰作用（加高碳锰铁时考虑这一点），不足的Si由硅铁进行精准微调；
低碳铬铁调Cr，钒铁调V。表2为LF精炼过程钢水成分控制情况。
表2 LF精炼过程钢水成分控制情况（质量分数）Table 2 Controlled State of Compositions in Molten Steel during Refined in LF （Mass Fraction） %
如表 2 所示，不计 C、P、S、Al，各种合金总量约为7.3%，必须采取LF电极加热模式以确保热量平衡。其中Mo、Ni属于高熔点难熔合金，在LF不宜预留过多，主要依靠转炉完成熔化，LF仅进行微调。
进入RH进行脱气处理，真空循环约20 min，极限真空度为 60～80 Pa，出站 ω[H]＜0.000 2%，ω[N]＜0.005 0%。
需要指出的是关于钒铁的加入方式，有一种观点认为，钒铁即使在转炉内加入，也不会影响钒的收得率。但事实上，如果在转炉内加入约1/3的钒铁，其余在炉后及LF中加入，计算钒的平均收得率只有88.8%，而全部在炉后及LF中加入平均收得率为91.7%，二者相差2.9%。这也证明了Mo、Ni等难氧化合金只能在转炉中投放。
2.3 连铸控制
中间包烘烤时间＞4 h，开浇水口附近温度＞900℃，连铸过程中间包钢液过热度控制范围为20～30℃。整浇次设定拉速1.2 m/min，结晶器内液位稳定，无塞棒突变及液位波动，浇铸过程生产稳定顺行无报警停产。氩气的控制在该钢种连铸过程中是个不可忽视的因素，流量过大会导致保护渣翻腾，过小则起不到活跃保护渣的作用。表3为连铸过程氩气控制情况。
表3 连铸过程氩气控制情况Table 3 Controlled State of Argon Gas during Continuous Casting
如表3所示，塞棒流量控制在3.0～4.0 L/min，上水口流量控制在2.0～3.0 L/min即可。
铸机状态是确保铸坯质量的基础条件。生产前利用辊缝仪对铸机状态进行校核，发现只有2段末辊的辊缝偏差大于±1 mm，其余均能控制在理想范围（±1 mm以内）。生产实践中对比所有辊缝处于理想范围值和仅个别辊缝超过±1 mm（±1.5 mm内）的情况，却未发现铸坯质量存在差别。
采取上述冶炼控制技术后，稳定顺产连浇10炉以上高合金工具钢 X32-RX。
图1（a）、（b）为两流连铸头坯形貌，图1（c）为换包接缝后铸坯形貌。头坯表面无纵裂缺陷，角部酸洗样低倍检测无异样；
由于换包接缝“焊合”缝隙较大，所以对参数设置进行优化，实现高位换包，增加两钢种之间的接缝粘结性。生产实践表明，该技术既满足安全生产规范要求，又满足高合金工具钢的质量要求。
图1 铸坯形貌Fig.1 Appearance of Casting Blanks
（1）利用传统转炉+连铸工艺流程生产高合金工具钢是完全可行的，其难点之一是精准控制并平衡分配高熔点、易氧化、多元素合金在各个冶炼工序的加入量。
（2）难氧化、高熔点Mo、Ni合金在转炉吹炼前加入，在出钢前均可熔化，其余合金均在转炉出钢及精炼过程加入。
（3）钒铁在转炉中加入的平均收得率比在炉后及精炼中加入的低2.9%。
（4）铁水预处理要把硫含量控制在0.002%以下，转炉出钢磷含量应控制在0.01%以下。
（5）采取上述冶炼控制技术后，稳定顺产连浇10炉以上高合金工具钢X32-RX，既满足安全生产规范要求，又满足高合金工具钢的质量要求。
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