转炉流程生产汽车用特殊钢工艺技术研究

fandongkun

我国汽车用特殊钢占全国特殊钢总量的35%左右，中国汽车用特殊钢过去主要由电炉钢厂生产，采用“超高功率电炉炼钢→LF炉外精炼→VD（或RH）真空处理→合金钢连铸→高精度棒（线）材轧制”的生产工艺路线。国外钢铁发达国家采用转炉工艺生产汽车用特殊钢已占相当比例，日本转炉流程生产特殊钢产量占全部特殊钢产量的50%。

转炉流程生产特殊钢采用“铁水脱硫预处理→氧气转炉炼钢→钢包炉精炼→真空处理→连铸”工艺路线，与电炉流程相比，优势主要为：钢材Cu、Sn、W等残余元素含量低；钢材N含量低；生产效率高；在国内废钢价格高于铁水和电费较高的现状下，生产成本显著低于电炉流程。

难度

采用转炉流程生产特殊钢具有如下难度。

a.冶炼时间短，转炉脱磷负荷较电炉大。

b.出钢下渣量大，精炼困难。

c.转炉生产节奏快，因此炉外精炼时间短，对生产稳定性、钢材纯净度、钢水窄成分控制等方面较电炉流程困难加大。

经过几年的工艺研究和实践，首钢公司掌握了转炉流程生产汽车用特殊钢的关键工艺技术，形成独创的工艺技术集成，完成了转炉流程生产汽车用特殊钢的技术创新。

转炉冶炼技术：

（1）转炉高碱度渣脱磷工艺技术

由于不具备铁水脱磷处理工序，要求转炉炼钢过程必须高效率脱磷，通过优化转炉操作，适当提高终渣碱度等措施，控制转炉终点钢水[P]含量为0.005%～0.012%。

（2）转炉低氧钢冶炼工艺技术

为了获得低氧钢，要求降低转炉终点钢水氧含量，通过对转炉终点碳含量与钢水氧含量关系，依据不同钢种确定终点碳含量控制目标。通过控制顶吹转炉终点[C]含量在0.08%以上，可确保终点钢水[O]含量≤0.045%。

（3）控制转炉下渣量，实现炉渣改质

转炉采用挡渣出钢，控制转炉下渣量。出钢过程采用预精炼技术，尽早成渣，降低了钢包内炉渣FeO含量，实现转炉炉渣改质，促进钢水脱氧及夹杂物上浮，在保证更好的精炼效果的前提下，有效缩短LF精炼时间，实现与转炉、连铸生产节奏匹配。

精炼工艺技术：

（1）超低氧钢的LF精炼工艺技术本研究开发的特殊钢LF精炼工艺主要包括：强扩散脱氧；采用高碱度炉渣，控制炉渣CaO/SiO2大于3.5；钢水包底吹氩搅拌的优化控制，促进夹杂物聚合、上浮并去除。采用高碱度、强还原性炉渣，避免了由于炉渣SiO2活度和T.Fe含量高对钢水[Al]的氧化，促进钢液洁净度迅速提高。LF精炼10min后，钢液T[O]含量即降低至12×10-6左右。

（2）超低氧钢VD真空精炼技术

本项目开发的超低氧VD脱气精炼工艺技术主要包括：VD处理前向渣面加入一定量铝，严格控制真空处理前炉渣T.Fe含量；合理控制VD处理过程各阶段的吹氩量，同时实现快速进入深真空处理；确保高真空度下的精炼时间；精炼后严格控制软吹搅拌强度和时间。

钢中夹杂物控制技术：

钢中夹杂物控制技术如下。（1）采用出钢过程预精炼技术，实现提前强脱氧。（2）LF精炼过程采用强扩散脱氧和高碱度炉渣，使钢水中Al2O3向镁、钙铝酸盐类夹杂物转变。（3）采用高Al2O3含量炉渣，进一步促使夹杂物向低熔点区域转化。（4）在精炼、连铸等环节严格防止钢水二次氧化，阻止钢液因氧化生成Al2O3或将已形成低熔点类夹杂物重新转为高熔点夹杂物。

齿轮钢窄淬透性带预报及控制技术：

为了提高齿轮钢淬透性的控制精度和控制稳定性，本项目研究开发了齿轮钢淬透性计算机预报控制模型。该模型独创性地将增量模型与神经网络算法有机结合，建立了增量神经网络算法，使其具有良好的非线性映射能力、自学习能力、鲁棒性和容错性。实现了根据不同钢种确定各元素合理的控制目标；根据精炼过程钢水成分，实现计算机在线成分微调；预报钢材淬透性。

疲劳性能测试研究：

由于汽车零部件多在交变应力下承受冲击载荷的工况长时间运转，要求材料具有良好的疲劳性能，保证在服役期限内不发生因疲劳失效而延长材料服役寿命。首钢公司通过上述工艺技术研究使钢材纯净度、夹杂物数量和形态控制水平、表面质量大幅度提高，因此对钢材疲劳性能测试产生了重要影响。首钢转炉弹簧钢在109循环周次的疲劳强度σ-1达到了665N/mm2。