一种利用脱硫扒渣铁生产含硫易切削钢的方法

摘要

本发明一种利用脱硫扒渣铁生产含硫易切削钢的方法，该方法是将铁水预处理过程中产生的扒渣铁进行高效回收利用，以低成本生产出质量合格的模铸坯锭，包括扒渣铁回收、电炉或感应炉冶炼、精炼、浇铸。与现有技术相比，本发明的有益效果是：将铁水预处理过程中产生的扒渣铁进行高效回收利用，确保生产出质量合格的含硫易切削钢，在降低含硫易切削钢生产成本的同时，也能够避免连铸过程中带来的各种弊端。

说明书

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种利用脱硫扒渣铁生产含硫易切削钢的方法。

背景技术

随着切削加工业向高速化、自动化与精密化方向的发展以及生产量的日益增高，可切削性良好的各种易切削钢已成为汽车、拖拉机、机床、仪表等工业快速发展所必需的重要材料。

易切削钢按易切削元素主要分为硫系易切削钢和铅系易切削钢，此外还开发了含有例如Bi、Te、Se等与铅具有类似性质的易切削钢。但由于含铅易切削钢的制造及加工过程中，容易形成含铅烟雾散布在空气中，从而使工作环境恶化，此外，在生产该钢的工艺中形成的炉渣也会对环境具有很强的破坏作用。因此，含铅易切削钢逐渐已经被淘汰。而新开发的的含Bi、Te、Se等易切削钢由于生产成本非常高，并没有得到普及。因此，目前所使用的易切削钢主要是以含硫易切削钢为主。目前，含硫易切削钢的生产工艺路线通常为：电炉(转炉)—精炼—连铸。例如，中国专利公开号为CN1560306A的专利文献，公开了一种含硫易切削钢的生产工艺，其冶炼工序的特征为：电炉冶炼、精炼、真空炉脱氮脱氧处理，之后进行连铸。钢水在精炼工序通过加入硫化铁或喂硫铁丝线的方式控制硫含量。中国专利公开号为CN105779907 B的专利文献，公开了一种含镁钙的易切削钢及生产工艺，其冶炼工序的特征为：转炉冶炼、LF精炼、连铸，钢水中硫的控制是在LF精炼过程中向渣中加入硫化铁来完成。从公开的专利文献上来看，含硫钢在生产过程中都需要额外加入硫化铁合金来调整钢水中硫的含量，最后以连铸的方式完成钢水凝固成型。该工艺存在一定不足，首先是在含硫钢生产上需要额外补加一定量的硫化铁，使生产成本增加，其次是连铸生产困难大，虽然硫含量越高，切削性越好，但裂纹敏感性越强，在连铸过程中极易产生铸坯裂纹甚至发生漏钢等恶性生产事故，还有含硫钢浇铸过程还容易堵水口使浇铸很难顺利进行。另外，由于硫对于多数钢种来说是有害元素，以连铸的方式生产会给其它钢种生产带来污染。

发明内容

本发明提供了一种利用脱硫扒渣铁生产含硫易切削钢的方法，将铁水预处理过程中产生的扒渣铁进行高效回收利用，确保生产出质量合格的含硫易切削钢，在降低含硫易切削钢生产成本的同时，也能够避免连铸过程中带来的各种弊端。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种利用脱硫扒渣铁生产含硫易切削钢的方法，以铁水预处理过程中产生的扒渣铁和废钢为主要原料进行生产，各工序包括扒渣铁回收、电炉或感应炉冶炼、精炼、浇铸，具体方法如下：

1)在扒渣铁回收工序中，对铁水预处理过程中产生的渣铁混合物进行集中回收，然后通过磁盘吊对其进行磁选，将扒渣铁选出，对不同批次的扒渣铁进行成分检测，根据硫含量的不同将其分为A、B、C三级，其中，A级扒渣铁的硫含量>0.5wt％,B级扒渣铁的硫含量0.2wt％～0.5wt％，C级扒渣铁的硫含量<0.2wt％；

2)在冶炼过程中根据易切削钢种的硫含量要求，将一种或几种等级的扒渣铁与废钢按照质量1:0.5～5的比例进行搭配作为混合料入炉；在混合料熔化的过程中进行造渣处理，在出钢过程中，钢包底部吹入氩气，其流量控制在20-50L/min，当出钢量达到1/4 时，向钢包内加入助熔渣，其加入量按5～10kg/t钢加入，同时将吹入钢包的氩气流量调整到300～500L/min，当出钢量达到3/4时，将氩气流量调整到100～200L/min；

3)在LF精炼升温过程中，将钢液温度按过热度50～100℃进行控制以降低钢液粘度，并将钢包底部的氩气吹入流量控制在200～300L/min促进夹杂物上浮；同时在加热过程中向钢包内按钢水重量的0.05～0.1％加入硅钙粉，按钢水重量的0.5～1.5％加入铝矾土与苏打粉混合渣料；LF处理完毕之后，将钢包吊至VD炉进行脱气处理，在VD处理过程中，钢包底部吹氩控制为：钢包进VD炉后，非真空状态时，控制吹氩流量为20～40L/min；真空状态下0～5min控制吹氩流量为15～30L/min；6～10min控制吹氩流量为20～50 L/min；11～15min控制吹氩流量为30～80L/min；16～20min控制吹氩流量为5～15 L/min；破空后吹氩流量为0；

4)浇铸工序，在铸锭模的外表面设置电磁搅拌器，对铸锭模内钢液电磁搅拌，同时对铸锭模的外表面进行冷却处理；浇铸速度按含硫易切削钢种的硫含量进行控制，当钢种的硫含量为0.02wt％～0.05wt％时，浇铸速度控制在350～650mm/min；当硫含量为0.06wt％～0.10wt％时，浇铸速度控制在300～550mm/min；当硫含量为0.11wt％～0.15wt％时，浇铸速度控制在250～500mm/min；当硫含量为0.16wt％～0.20wt％时，浇铸速度控制在200～400mm/min；当硫含量为0.21wt％～0.3wt％时，浇铸速度控制在150～300mm/min；当硫含量大于0.3wt％％时，浇铸速度控制在80～200mm/min。

上述步骤2)中造渣处理控制方法是：向炉内按照冶炼钢液重量的3％～5％加入铝矾土渣料造渣，并将渣的碱度控制在1.5以下。

上述步骤2)中所述助熔渣由Al₂O₃、CaF₂、SiO₂、CaO按照质量3～6：1～3：2～5：>

上述步骤3)中铝矾土与苏打粉混合渣料中，铝矾土与苏打粉的质量配比为8：0.2～ 1。

上述步骤4)中电磁搅拌器的电流强度为300～800A，搅拌频率为3～10Hz,冷却方式为氮气风冷，其风冷压力为0.3～0.6MPa。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)可以将铁水预处理过程中产生的扒渣铁进行高效回收利用，将生产成本降低800 元/吨钢；

2)可将含硫易切削钢由连铸生产方式产生裂纹由原有的60％降低至10％。

3)可将坯锭的等轴晶率由原有30％提高至45％。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作进一步说明：

一种利用脱硫扒渣铁生产含硫易切削钢的方法，以铁水预处理过程中产生的扒渣铁和废钢为主要原料进行生产，各工序包括扒渣铁回收、电炉或感应炉冶炼、精炼、浇铸，具体方法如下：

1)在扒渣铁回收工序中，对铁水预处理过程中产生的渣铁混合物进行集中回收，然后通过磁盘吊对其进行磁选，将扒渣铁选出，对不同批次的扒渣铁进行成分检测，根据硫含量的不同将其分为A、B、C三级，其中，A级扒渣铁的硫含量>0.5wt％,B级扒渣铁的硫含量0.2wt％～0.5wt％，C级扒渣铁的硫含量<0.2wt％；

2)在冶炼过程中根据易切削钢种的硫含量要求，将一种或几种等级的扒渣铁与废钢按照质量1:0.5～5的比例进行搭配作为混合料入炉；在混合料熔化的过程中进行造渣处理，待渣料完全熔化后，将钢液温度控制在1500℃～1600℃范围内，进行取样分析钢液成分，若钢液碳含量超标，对钢液进行吹氧降碳，将碳控制在目标钢种碳要求的上限，终点钢液采用硅锰弱脱氧，将氧含量控制在100～300ppm范围内；在出钢过程中，钢包底部吹入氩气，其流量控制在20～50L/min，当出钢量达到1/4时，向钢包内加入助熔渣，其加入量按5～10kg/t钢加入，与此同时将吹入钢包的氩气流量调整到300～500L/min，当出钢量达到3/4时，将吹入的氩气流量调整到100～200L/min；

3)在精炼工序，采用LF炉加热及成分调整再进行VD脱气处理的工艺，LF精炼过程中，为了去除钢中夹杂物，对钢液进行加热造渣处理，将钢液温度在进炉时的温度的基础上升高50～100℃以降低钢液粘度，并将钢包底部的氩气吹入流量控制在200～300 L/min促进夹杂物上浮；同时在加热过程中向钢包内按钢水重量的0.05％～0.1％加入硅钙粉，按钢水重量的0.5％～1.5％加入铝矾土与苏打粉混合渣料；为了精准控制钢液中硫的含量，通过在LF内进行喂硫铁线来对钢液中的硫进行微调，其喂入量可根据钢水的检测结果及硫铁线的成分指标进行判断。LF处理完毕之后，将钢包吊至VD炉进行脱气处理，在VD处理过程中，钢包底部吹氩控制见表1：

表1氩气控制方案

4)浇铸工序，经过VD抽真空处理后，将钢液吊至浇铸工位，采用下浇铸或上浇铸方式进行浇铸；在浇铸前对钢液进行测温，将钢包内的钢液的过热度按其装入量进行控制，具体如表2所示；对于在冬季及钢包包况不佳的情况下，在表2控制的过热度范围内额外需补加5～10℃。另外，由于下浇铸较上浇铸要慢，因此在过热度的控制上采用下浇铸其过热度要较上浇铸高10～20℃。

表2浇铸过程钢液过热度控制

在浇铸速度上的控制，由于含硫易切削钢属于裂纹敏感性钢种，应采用慢速浇铸，减轻钢水浇铸过程的对流作用，以加厚钢锭的极冷层厚度，防止热裂纹的产生。为了提高铸锭的内部质量，在铸锭模的外表面设置了电磁搅拌器，可以实现对铸锭模内钢液电磁搅拌，同时对铸锭模的外表面进行冷却处理。浇铸速度按含硫易切削钢种的硫含量进行控制，当钢种的硫含量为0.02wt％～0.05wt％时，浇铸速度控制在350～650mm/min；当硫含量为0.06wt％～0.10wt％时，浇铸速度控制在300～550mm/min；当硫含量为0.11wt％～0.15wt％时，浇铸速度控制在250～500mm/min；当硫含量为0.16wt％～0.20wt％时，浇铸速度控制在200～400mm/min；当硫含量为0.21wt％～0.3wt％时，浇铸速度控制在 150～300mm/min；当硫含量大于0.3wt％时，浇铸速度控制在80～200mm/min。

上述步骤2)中造渣处理控制方法是：向炉内按照冶炼钢液重量的3％～5％加入铝矾土渣料造渣，并将渣的碱度控制在1.5以下。

上述步骤2)中所述助熔渣由Al₂O₃、CaF₂、SiO₂、CaO按照质量(3～6)：(1～3)：(2～5)：(0.3～1)的比例混合而成。

上述步骤3)中铝矾土与苏打粉混合渣料中，铝矾土与苏打粉的质量配比为8：(0.2～ 1)。

上述步骤4)中电磁搅拌器的电流强度为300～800A,搅拌频率为3～10Hz,冷却方式为氮气风冷，其风冷压力为0.3～0.6MPa。

实施例1：

以冶炼装入量为100吨主要成分质量百分比为：C 0.25％、Mn 1.20％、Si 0.45％,P 0.035％、S 0.035％的含硫易切削钢为例，其生产工艺方法包括扒渣铁回收、电炉冶炼、精炼、浇铸等工艺环节，具体各环节控制如下：

1)扒渣铁回收工序中，对铁水预处理过程中产生的渣铁混合物进行集中回收，然后通过磁盘吊对其进行磁选，将扒渣铁选出，对不同批次的扒渣铁进行成分检测，根据硫含量的不同将其分为A、B、C三级。其中，A级扒渣铁的硫含量>0.5wt％,B级扒渣铁的硫含量0.2wt％-0.5wt％，C级扒渣铁的硫含量<0.2wt％，并挑选出C级扒渣铁待用。

2)冶炼工序中，采用电炉进行冶炼，按硫损失率15％在废钢中配加C级扒渣铁，将C级的扒渣铁与废钢按照质量1:3的比例搭配作为混合料入炉进行电炉内冶炼。冶炼中向炉内按照冶炼钢液重量的3.5％加入铝矾土渣料，渣的碱度控制在不大于1.4，将钢液温度控制到1590±10℃，终点钢液采用硅锰弱脱氧，将氧含量控制在120±20×10^-6ppm。出钢过程中，钢包底部吹入氩气，其氩气流量控制在30L/min，当出钢量达到1/4时，向钢包内加入由Al₂O₃、CaF₂、SiO₂、CaO按照质量4.5:1.5:3.5:0.5的比例混合而成的复合渣，其加入量按6kg/t钢加入，与此同时将吹入钢包的氩气流量调整到350L/min，当出钢量达到3/4时，将吹入的氩气流量调整到120L/min。

3)精炼工序中，采用LF炉加热及成分调整再进行VD脱气处理的工艺，利用LF炉将钢液温度由进炉时的温度在加热升高60℃，并将钢包底部的氩气吹入流量控制在230 L/min。同时在加热过程中需向钢包内按钢水量的0.06％加入硅钙粉，按钢水量的0.7％加入铝矾土与苏打粉混合渣料，其混合配比为8：0.3，然后在LF内进行喂硫铁线来对钢液中的硫进行微调，LF处理完毕之后，将钢包吊至VD炉进行脱气处理，在VD处理过程中，钢包底部吹氩控制按表3进行。

表3实施例1氩气控制方案

时间段，min流量，L/min钢包进VD炉后，非真空状态200～5156～102011～153016～208破空后0

4)浇铸工序，经过VD抽真空处理后，将钢液吊至浇铸工位，采用下浇铸进行浇铸。铸锭模外表面电磁搅拌器的电流强度设为350A,搅拌频率为4Hz,冷却方式为氮气风冷，其风冷压力为0.35MPa。在浇铸前对钢液进行测温，将钢包内的钢液的过热度控制到80℃，浇铸速度控制在450mm/min。

实施例2：

以冶炼装入量为60吨主要成分质量百分比为：C 0.5％、Mn 1.50％、Si 0.35％、 P0.025％、S 0.25％的含硫易切削钢其生产工艺方法包括扒渣铁回收、电炉冶炼、精炼、浇铸等工艺环节，具体各环节控制如下：

1)扒渣铁回收工序中，对铁水预处理过程中产生的渣铁混合物进行集中回收，然后通过磁盘吊对其进行磁选，将扒渣铁选出，对不同批次的扒渣铁进行成分检测，根据硫含量的不同将其分为A、B、C三级。其中，A级扒渣铁的硫含量>0.5wt％，B级扒渣铁的硫含量0.2wt％-0.5wt％，C级扒渣铁的硫含量<0.2wt％，并挑选出B级扒渣铁待用。

2)冶炼工序中，采用电炉进行冶炼，按硫损失率18％在废钢中配加B级扒渣铁，将B级的扒渣铁与废钢按照质量1:3.5的比例搭配作为混合料入炉进行电炉内冶炼。冶炼中向炉内按照冶炼钢液重量的3.8％加入铝矾土渣料，渣的碱度控制在不大于1.3，将钢液温度控制到1580±10℃，终点钢液采用硅锰弱脱氧，将氧含量控制在150±20ppm。出钢过程中，钢包底部吹入氩气，其氩气流量控制在35L/min，当出钢量达到1/4时，向钢包内加入由Al₂O₃、CaF₂、SiO₂、CaO按照质量4.8:1.2:3.6:0.4的比例混合而成的复合渣，其加入量按7kg/t钢加入，与此同时将吹入钢包的氩气流量调整到380L/min，当出钢量达到3/4时，将吹入的氩气流量调整到130L/min。

3)精炼工序中，采用LF炉加热及成分调整再进行VD脱气处理的工艺，利用LF炉将钢液温度由进炉时的温度在加热升高70℃，并将钢包底部的氩气吹入流量控制在240 L/min。同时在加热过程中需向钢包内按钢水量的0.07％加入硅钙粉，按钢水量的0.65％加入铝矾土与苏打粉混合渣料，其混合配比为8：0.4，然后在LF内进行喂硫铁线来对钢液中的硫进行微调，LF处理完毕之后，将钢包吊至VD炉进行脱气处理，在VD处理过程中，钢包底部吹氩控制按表4进行。

表4实施例2氩气控制方案

时间段，min流量，L/min钢包进VD炉后，非真空状态250～5206～102511～154016～206破空后0

4)浇铸工序，本例中钢包装入量为60吨，经过VD抽真空处理后，将钢液吊至浇铸工位，采用下浇铸进行浇铸。铸锭模外表面电磁搅拌器的电流强度设为400A,搅拌频率为5Hz,冷却方式为氮气风冷，其风冷压力为0.4MPa。在浇铸前对钢液进行测温，将钢包内的钢液的过热度控制到90℃，浇铸速度控制在160mm/min。

实施例3：

以冶炼装入量为150吨主要成分质量百分比为：C 0.5％、Mn 1.40％、Si 0.25％、P 0.030％、S 0.35％的含硫易切削钢其生产工艺方法包括扒渣铁回收、电炉或感应炉冶炼、精炼、浇铸等工艺环节，具体各环节控制如下：

1)扒渣铁回收工序中，对铁水预处理过程中产生的渣铁混合物进行集中回收，然后通过磁盘吊对其进行磁选，将扒渣铁选出，对不同批次的扒渣铁进行成分检测，根据硫含量的不同将其分为A、B、C三级。其中，A级扒渣铁的硫含量>0.5wt％,B级扒渣铁的硫含量0.2wt％-0.5wt％、C级扒渣铁的硫含量<0.2wt％、并挑选出A级扒渣铁待用。

2)冶炼工序中，采用电炉进行冶炼，按硫损失率25％在废钢中配加A级扒渣铁，将A级的扒渣铁与废钢按照质量1:2的比例搭配作为混合料入炉进行电炉内冶炼。冶炼中向炉内按照冶炼钢液重量的4％加入铝矾土渣料，渣的碱度控制在不大于1.1，将钢液温度控制到1570±10℃，终点钢液采用硅锰弱脱氧，将氧含量控制在180±20ppm。出钢过程中，钢包底部吹入氩气，其氩气流量控制在30L/min，当出钢量达到1/4时，向钢包内加入由 Al₂O₃、CaF₂、SiO₂、CaO按照质量5:3:1:1的比例混合而成的复合渣，其加入量按8kg/t>

3)精炼工序中，采用LF炉加热及成分调整再进行VD脱气处理的工艺，利用LF炉将钢液温度由进炉时的温度在加热升高90℃，并将钢包底部的氩气吹入流量控制在245 L/min。同时在加热过程中需向钢包内按钢水量的0.08％加入硅钙粉，按钢水量的0.8％加入铝矾土与苏打粉混合渣料，其混合配比为8：0.6，然后在LF内进行喂硫铁线来对钢液中的硫进行微调，LF处理完毕之后，将钢包吊至VD炉进行脱气处理，在VD处理处理过程中，钢包底部吹氩控制按表5进行。

表5实施例3氩气控制方案

4)浇铸工序，本例中钢包装入量为150吨，经过VD抽真空处理后，将钢液吊至浇铸工位，采用下浇铸进行浇铸。铸锭模外表面电磁搅拌器的电流强度设为600A,搅拌频率为6Hz,冷却方式为氮气风冷，其风冷压力为0.5MPa。在浇铸前对钢液进行测温，将钢包内的钢液的过热度控制到70℃，浇铸速度控制在100mm/min。