非调质钢F45MnVS钢水流动性研究

贺云鸿

（山东钢铁股份有限公司莱芜分公司特钢事业部， 山东 莱芜 271105）

试（实）验研究

非调质钢F45MnVS钢水流动性研究

贺云鸿

（山东钢铁股份有限公司莱芜分公司特钢事业部， 山东 莱芜 271105）

非调质钢F45MnVS钢水中S含量较高，钢水流动性较差，在连铸生产过程中易发生水口结瘤，甚至堵塞水口，中断生产。通过对堵塞水口的夹杂物进行分析，主要为CaS和Al2O3。针对夹杂物的种类，通过对在冶炼过程中钙线加入量和加入时机的研究，调整中包温度和连铸拉速，使钢水流动性明显提升，使连续生产炉数稳定到8炉。

F45MnVS 流动性 钙处理 拉速 过热度

非调质钢F45MnVS是特钢事业部50 t电炉重点品种，产品通过了德国蒂森克虏伯二方认证，销往下游汽车零部件用户。F45MnVS具有良好的切削性能，钢中含硫量较高，钢水流动性较差，在采用连铸整体中间包生产过程中，往往会产生水口结瘤，造成生产中断，连浇炉数较低。本论文通过对水口结瘤原因分析，优化生产工艺，将连浇炉数提高到8炉。

1 F45MnVS化学成分及非金属夹杂物要求

钢的牌号（F45MnVS）及熔炼化学成分如表1所示。非金属夹杂物要求如表2所示。

表1 F45MnVS钢及熔炼成分 %

表2 非金属夹杂物 级

2 生产工艺

F45MnVS生产的工艺流程为：50 tEAF+50 t LF+60 t VD+CC，出钢量50 t。

2.1 生产工艺Ⅰ

2.1.1 冶炼工艺

电炉终点w（C）≥0.10%，w（P）≤0.015%，出钢过程进行脱氧合金化。精炼冶炼炉渣碱度不小于3.0，钢水中一次样w（Al）被控制在0.030%～0.050%之间，白渣保持时间不小于20 min，然后喂入硫线，出钢前按2 m/t钢喂入纯钙线，进行钙处理。进VD前扒渣三分之一，VD真空67 Pa以下保压12 min，软吹不小于12 min后进行连铸。

2.1.2 连铸工艺

连铸坯型180 mm×220 mm，第一炉拉速0.7～0.8 m/min，第二炉起恒定1.05 m/min，过热度第一炉按30～40℃控制，第二炉起按20～30℃控制。在连铸第一炉末期，大包钢水剩余10 t左右，钢水流动性变差，在第4、5炉之间，会出现水口结瘤，堵塞水口，中断生产。

通过对水口结瘤夹杂物分析，夹杂物主要有：Ca-Mn硫化物、氧化物（CaO、Al2O3和MgO）及二者的混合物。在形态上内部为镁铝尖晶石，外部为CaS，CaS的熔点高达2 500℃，在钢水中以固态夹杂存在，是造成水口堵塞的主要原因。在高S状态下进行钙处理会产生大量的CaS，与姜玉龙等[1]人研究观点一致。

钢液钙处理有以下基本化学反应式：

根据张立峰[2]等人研究，一般情况下，钢水中的钙优先与氧发生反应，后与S反应，但是由于F45MnVS对氧含量控制严格，在实际生产过程中钢水中的溶解氧质量分数低于5×10-6，在这种极低氧含量的钢水中，Ca与S会发生反应，产生高熔点的CaS。F45MnVS钢水中一般w（S）＞0.050%，向钢包中喂入钙线，钙线进入钢水的这一区域内钙含量非常高，在低氧高S的环境下生产大量的CaS。由于CaS熔点高，在钢水中不易上浮，在连铸过程析出堵塞水口，且CaS对水口的堵塞会强于Al2O3，而且速度更快。在生产过程中，在没有前兆的情况下，拉速会在几分钟之内由1.05 m/min降到0.7 m/min以下，造成生产困难。因此为减少CaS生成，调整钙处理工艺，制定生产工艺Ⅱ。

2.2 生产工艺Ⅱ

电炉、LF精炼冶炼工艺保持不变，调整精炼钙处理的时机及数量，将钙处理的时机调整在精炼一次样之后，考虑到钢水的Ca会与S发生反应，因此降低钙线的加入量，调整为按1 m/t钢喂入钙线。根据林平[3]等人研究CaS的生成条件，钙处理前对钢水进行脱S，w（S）控制目标低于0.010%，减少在钙处理时产生CaS，LF白渣保持时间大于20 min后，再喂入S线出钢，扒掉炉渣三分之一后，进行真空处理，处理方法与工艺Ⅰ相同。

图1 试验炉号中钢水钙含量

图1为w（S）＜0.010%时，试验炉号中钢水钙含量，从数据分析看出，钙的收得率不稳定，波动较大，一次样w（Ca）平均值0.001 2%，收得率仅有20%，钙的含量低会对Al2O3的变性产生负面影响。在实际生产过程中表现出钢水流动性不好，仍然发生水口结瘤的现象。通过再次对夹杂物分析发现，主要是镁铝尖晶石，这主要是由于钙处理后钢水含钙量偏低，对Al2O3变性不足，导致镁铝尖晶石堵塞水口。该工艺与Ⅰ相比，降低钙线的加入量，减少夹杂物中CaS的数量，但却未从根本上解决问题。通过查阅有关资料，杨学富引用E.Fuhr和C.Cicutti研究成果，钢中夹杂物的成分和水口堵塞之间的关系，分析了w（Ca）在（8～23）×10-6时近20炉钢水的数据，结果如图2中所示。当钢中钙含量在（18～23）×10-6时，非金属夹杂物在液相区，随着w（Ca）的减少，夹杂物成分向尖晶石区域移动，会逐渐恶化浇铸性能。当w（Ca）＜（8～10）×10-6时，水口堵塞问题就出现了，该结论与上面实验数据相吻合。按照E.Fuhr 和C.Cicutti的研究结果，当夹杂物中固相夹杂物比例超过60%～70%时钢水浇铸性能明显变差。图2比较了浇铸性能好与差的各炉中氧化物夹杂的成分，在出现水口堵塞的那些炉钢水中的夹杂物成分位于固相区域内。因此，参考以上资料对工艺Ⅱ进行完善，制定生产工艺Ⅲ。

图2 w（Ca）在（8～23）×10-6时近20炉钢水的数据

2.3 生产工艺Ⅲ

2.3.1 钙处理工艺优化

增加钙线喂入量，将每炉喂入的数量由50 m提高到100 m，使精炼一次样后钢水中w（Ca）由12× 10-6提高到20×10-6以上，同时保证钙处理前钢水中w（S）被控制在0.010%以下，钙处理后白渣保持时间大于20 min，使夹杂物充分上浮，同时使钢水中的残余[Ca]尽量被排尽，再喂入S线，下页图3为钙处理工艺优化后的钙含量的统计数据。

图3 钙处理工艺优化后的钙含量

2.3.2 优化VD处理工艺

调整进VD前的扒渣量，进VD前不扒渣，VD处理后的软吹时间延长至15 min以上，达到30～40 min，使夹杂物充分上浮。

2.3.3 优化连铸工艺

高拉速能够改善钢水的流动性，通过观察中间包第一炉生产的多个炉次发现：拉速越高，钢水的流动性越好，发生水口结瘤的概率越低。拉速越高，钢水的冲击力越大，越不易形成大颗粒夹杂物。一般中间包第一炉末期钢水流动性最差，拉速过低会导致末期水口堵塞。优化连铸工艺，调整中包过热度（在原来的基础上提高5℃），提高连铸拉速，中包第一炉提高至0.90 m/min，正常炉次提高至1.15 m/min，并保持恒定，即可保证生产顺利进行。查阅有关资料，首钢技术研究院苑鹏等[5]建立了拉速与夹杂物数量密度的关系，如图4所示。

在实际生产中，钢水拉速越快，流动性越好，符合上述分析。方案Ⅲ实施后，钢水中精炼一次样w（Ca）均大于20×10-6。通过延长软吹时间，适当提高连铸拉速和中包过热度，使钢水流动性有明显的改善，可以达到连浇8炉。

图4 拉速与夹杂物数量密度的关系

3 结论

1）含S钢的钢水流动性较差，单包连拉炉数较一般钢种要少。通过工艺改进，可以提高连浇炉数。

2）钙处理工艺对含S钢的钢水流动性有至关重要的影响。钙处理时，钢水中S含量越低越好，喂S线时间与钙处理时间间隔适当延长至20 min，使钢水中残余钙尽量排出。

3）适当提高钢水的浇注温度和拉速可以改善钢水的流动性。

[1] 姜玉龙，郑万，齐盼盼，等.150 t LF精炼喂钙线处理钢中夹杂物的演变[J].特殊钢，2016，37（3）：8-12.

[2] 张立峰，李菲，方文.钢液钙处理过程中钙加入量精准计算的热力学研究[J].炼钢，2016，32（2）：1-8.

[3] 林平，刘浏，王福利，等.含硫齿轮钢20CrMnTiHl钙处理热力学和控制技术的研究[J].特殊钢，2010，31（2）：1-4.

[4] 苑鹏，王新华，姜敏，等.高拉速连铸低碳铝镇静钢铸坯中夹杂物[J].北京科技大学学报，2016，38（3）：342-350.

（编辑：苗运平）

Study on Fluidity of Non-quenched and Tempered Steel F45MnVS

HE Yunhong
（Special Steel Division of Laiwu Branch Company in Shandong Iron&Steel Co,Ltd., Laiwu Shandong 271105）

The contents of sulfur in non-quenched and tempered steel F45MnVS is high and the fluidity of molten steel is poor.In the process of continuous casting,it is easy to produce nozzle clogging,even interrupt production. Based on the analysis of inclusions in the nozzles,the inclusions are mainly CaS and Al2O3.In the paper,the adding content and time of calcium wire are studied according to inclusions types,and the tundish temperature and the casting speed would be adjusted,which make the flow of the molten steel improved obviously,and the continuous production furnaces could be stabilized to eight furnaces.

F45MnVS,fluidity,calcium treatment,casting speed,superheat

TG161

A

1672-1152（2017）03-0007-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.03.03

2017-03-04

贺云鸿（1971—）男，工程师，1993年毕业于重庆钢铁高等专科学校炼钢及铁合金专业，从事特殊钢工艺研究。