技术领域

本发明属于合金生产领域，具体涉及一种控制38CrMoAl钢铝合金化时钢包溢渣的方法。

背景技术

合金结构钢38CrMoAl具有较高的表面硬度、耐磨性及疲劳强度，常用来制造有特殊要求的零部件，被广泛应用于生产注塑机的螺杆和套筒。

虽然38CrMoAl钢应用覆盖面广、市场需求量较大，但国内生产38CrMoAl钢企业较少，主要原因是38CrMoAl钢Al元素含量高，达0.9％-1.0％，其一方面容易在浇铸过程中容易出现絮流的问题，导致产品质量较差，生产成本高；另一方面冶炼过程中铝合金化难度大，存在一定工艺安全风险，具体表现为在铝合金化时，通常采用天车吊装的方式，将1吨(或其它重量)的铝线/铝锭直接吊入钢包。在此过程中由于铝融化释放大量的热量及铝蒸汽，导致钢包内精炼钢渣突然外溢，轻则损坏钢包台车，造成生产中断，重则引发火灾，造成人员的伤亡。针对此种工艺安全问题，国内各大钢铁企业均无一劳永逸之策。

部分钢铁企业采用降低38CrMoAl钢单炉出钢量，增大钢包自由空间(一般自由空间≥600mm)，以降低铝合金化时钢包内精炼渣外溢的风险，但是此种方法不仅会造成单炉次的产量偏低，生产成本增高，而且不适用于转炉-精炼炉-RH炉-连铸的工艺路线，因为钢包自由空间增大会导致RH炉无法抽真空。

目前，现有技术没有解决增大钢包自由空间单炉次的产量偏低以及不适用于转炉-精炼炉-RH炉-连铸的工艺路线的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种控制38CrMoAl钢铝合金化时钢包溢渣的方法，解决38CrMoAl钢铝合金化时钢包溢渣的问题，不仅降低工艺安全风险，保证安全生产高品质的38CrMoAl钢，且克服了现有技术造成的产量低的问题，本发明还能适用于38CrMoAl钢不同的生产工艺路线，克服了现有技术不适用于转炉-精炼炉-RH炉-连铸的工艺路线的缺点。

本发明具体技术方案如下：

一种控制38CrMoAl钢铝合金化时钢包溢渣的方法，具体为：在精炼炉工序，钢包加入铝块行铝合金化前，调整钢包的氩气流量为(100-150)NL/min；铝块加入钢包后，增到氩气流量，熔化反应4.5-5.5min，期间加入萤石，再降低氩气流量，继续熔化4.5-5.5min，再增加氩气流量，直至熔化反应结束；

进一步的，铝块加入钢包后，增到氩气流量至(300-350)NL/min；

进一步的，熔化反应4.5-5.5min后，再降低氩气流量至(50-100)NL/min；

进一步的，继续熔化4.5-5.5min后，再增加氩气流量(200-300)NL/min。

进一步的，萤石加入量控制为0.42-0.83千克/吨钢的萤石；

优选的，本发明提供的控制38CrMoAl钢铝合金化时钢包溢渣的方法，具体为：

在精炼炉工序，钢包加入铝块前，调整钢包的氩气流量，流量值按(100-150)NL/min控制，期间加入铝块；铝块加入钢包后，立即将氩气流量调整至(300-350)NL/min，熔化反应5min，熔化反应期间加入0.42-0.83千克/吨的萤石，熔化反应5min结束后，立即将氩气调整至(50-100)NL/min，继续熔化反应5min后(熔化反应第10min后)，立即将氩气调整至(200-300)NL/min，直至熔化反应结束。

优选的，所述控制38CrMoAl钢铝合金化时钢包溢渣的方法，包括以下步骤:

1)转炉工序：38CrMoAl钢转炉吹炼、合金化及预造渣；

2)精炼炉工序：38CrMoAl钢精炼炉后期将除Al元素之外的其他合金元素成分调整至工艺要求范围内，调整完毕后，调整钢包的氩气流量为(100-150)NL/min，维持此流量加入铝块，铝块加入钢包后，立即增到氩气流量至(300-350)NL/min，熔化反应4.5-5.5min，期间加入萤石，然后立即将氩气调整至(50-100)NL/min，继续熔化4.5-5.5min后，再增加氩气流量至(200-300)NL/min，直至熔化反应结束；

3)RH炉工序。

步骤1)中，38CrMoAl钢转炉吹炼、合金化及预造渣的工艺按优特钢工艺执行；按照本领域公知的优特钢工艺执行即可；

步骤2)中38CrMoAl钢精炼炉前、中期的冶炼工艺可按常规优特钢工艺执行；按照本领域公知的优特钢工艺执行即可；

步骤2)中精炼炉前、中期简称白渣前；精炼炉后期简称白渣后；

步骤3)中，RH炉工序抽真空，按常规优特钢工艺执行，抽真空时间为15min，极限真空压力为≤67帕，抽真空完毕后，钢包开至吹氩位进行软吹，软吹时间不低于30min，软吹的流量为50-80NL/min。按常规优特钢工艺执行是指按照本领域公知的优特钢工艺执行即可。

本发明设计原理：

铝块加入钢包内初期，由于其密度比钢液小，漂浮于钢液，因此要适当增大氩气流量，促进其熔化。随着熔化周期延长，一方面，铝块不仅与钢渣中氧化物(SiO

2Al+3O＝Al

4Al+3SiO2＝2Al2O3+3Si ΔG＝-668.58KJ/mol 公式2

2Al+3FeO＝Al2O3+3Fe ΔG＝-788.39KJ/mol 公式3

表1铝加入前精炼钢渣组份/％

备注：碱度计算公式为CaO与SiO

与现有技术相比，本发明无需增加额外工艺流程；且，本发明方法方法适用面广，且不影响单炉次的产量，有效的降低生产成本；本发明十分有效的解决了38CrMoAl钢铝合金化时钢包溢渣的问题，杜绝了生产安全风险。本发明有效的提高单炉次的产量，降低了生产成本；标准炉容产量120-125吨，增大钢包自由空间控制在600-800mm，对应炉容为110-115吨，而采用本发明方法对应的炉容产量为120-125吨。

附图说明

图1为对比例1钢包溢渣现场图片；

图2为对比例2中方案一钢包溢渣现场图片；

图3为对比例2中方案二钢包溢渣现场图片；

图4为本发明不溢渣现场图片。

具体实施方式

通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

本发明生产38CrMoAl钢元素及质量百分含量如表3所示，表3没有显示的余量为Fe和不可避免的杂质。

表3 38CrMoAl钢元素含量(wt％)

实施例1

一种控制38CrMoAl钢铝合金化时钢包溢渣的方法，为2022年4月30日生产的38CrMoAl钢，实验炉次为1炉，包括以下步骤:

1)转炉工序：38CrMoAl钢转炉吹炼、合金化及预造渣工艺按常规优特钢工艺执行；需注意以下几点细节工艺方案的设定：1)单炉次转炉出钢前，在钢包内加入一定量的增碳剂，可利用碳脱氧工艺减少钢水中自由氧含量；2)转炉炉后合金化所需合金种类，本钢种只能用高碳锰铁合金、高碳铬铁合金及钼铁合金；3)转炉出钢过程中所用的脱氧剂仅为铝铁(或铝块)，出钢完毕后可在吹氩位补加一定量的铝线，确保入精炼炉前钢水中Al含量为0.06％-0.08％之间。

2)精炼炉工序：38CrMoAl钢精炼炉前、中期(一般简称白渣前)的冶炼工艺可按常规优特钢工艺执行；但需注意几点细节工艺方案的设定：①白渣前，无需补加铝线；②白渣前冶炼所需的脱氧剂种类为90碳粉、铝粒，不准加入任何含Si的材料；③白渣前，需保证除Al、Si元素以外的合金元素含量满足工艺要求。

38CrMoAl钢精炼炉后期将除Al元素之外的其他合金元素成分调整至工艺要求范围内，调整完毕后，调整钢包的氩气流量为120NL/min；铝块加入钢包后，立即增到氩气流量至330NL/min，熔化反应5min，期间加入60公斤萤石，后立即将氩气调整至50NL/min，同时加入，熔化反应5min后(整个熔化的第10min)后立即将氩气调整至250NL/min，直至熔化反应结束。从跟踪的情况来看，铝合金化过程中未出现钢包溢渣的情况。

3)RH炉工序：RH炉抽真空工艺按常规优特钢工艺执行，抽真空时间为15min，极限真空压力为≤67帕，抽真空完毕后，钢包开至吹氩位进行软吹，软吹时间不低于30min，软吹的流量为50-80NL/min。

实施例2

一种控制38CrMoAl钢铝合金化时钢包溢渣的方法，为2022年5月23生产的38CrMoAl钢，实验炉次为3炉，包括以下步骤:

1)转炉工序：38CrMoAl钢转炉吹炼、合金化及预造渣工艺按常规优特钢工艺执行；同实施例1步骤1)；

2)精炼炉工序：38CrMoAl钢精炼炉前、中期的冶炼工艺可按常规优特钢工艺执行；同实施例1步骤2)；

38CrMoAl钢精炼炉后期将除Al元素之外的其他合金元素成分调整至工艺要求范围内，调整完毕后，流量值按140NL/min控制；铝块加入钢包后，立即将氩气流量调整至350NL/min，熔化反应5min后立即将氩气调整至70NL/min，同时加入80公斤萤石，熔化反应5min(整个熔化的第10min)后立即将氩气调整至260NL/min，直至熔化反应结束。从跟踪的情况看，铝合金化过程中均未出现钢包溢渣的情况。

3)RH炉工序：RH炉抽真空工艺按常规优特钢工艺执行，抽真空完毕后，钢包开至吹氩位进行软吹，软吹时间不低于30min；同实施例1步骤3)。

以上3炉按照相同的方法控制。

实施例3

一种控制38CrMoAl钢铝合金化时钢包溢渣的方法，为2022年6月4日生产的38CrMoAl钢，实验炉次为10炉(整浇次)，包括以下步骤:

1)转炉工序：38CrMoAl钢转炉吹炼、合金化及预造渣工艺按常规优特钢工艺执行；同实施例1步骤1)；

2)精炼炉工序：38CrMoAl钢精炼炉前、中期的冶炼工艺可按常规优特钢工艺执行；同实施例1步骤2)；

38CrMoAl钢精炼炉后期将除Al元素之外的其他合金元素成分调整至工艺要求范围内，调整完毕后，调整钢包的氩气流量，流量值按(100-150)NL/min控制；铝块加入钢包后，立即将氩气流量调整至(300-350)NL/min，熔化反应5min，熔化反应期间加入0.42-0.83千克/吨钢的萤石，然后立即将氩气调整至(50-100)NL/min，熔化反应5min(整个熔化的第10min)后，立即将氩气调整至(200-300)NL/min，直至熔化反应结束。步骤2)每炉的具体的调整参数如下表2所示。

3)RH炉工序：RH炉抽真空工艺按常规优特钢工艺执行，抽真空完毕后，钢包开至吹氩位进行软吹，软吹时间不低于30min。同实施例1步骤3)；

表2实施例3各炉次的步骤2)具体参数

以上10炉，从跟踪的情况来看，所有炉次铝合金化过程中未出现钢包溢渣的情况。

对比例1

本发明方案提出前，2022年1月-2月期间生产38CrMoAl钢，生产炉次为35炉，包括以下步骤:

1)转炉工序：38CrMoAl钢转炉吹炼、合金化及预造渣工艺按常规优特钢工艺执行；同实施例1步骤1)；

2)精炼炉工序：38CrMoAl钢精炼炉前、中期的冶炼工艺可按常规优特钢工艺执行；同实施例1步骤2)；

38CrMoAl钢精炼炉后期将除Al元素之外的其他合金元素成分调整至工艺要求范围内，随后将铝块加入钢包内，调整Al元素含量。自铝块加入至铝块完全熔化期间，钢包的氩气流量控制不做特殊要求，一般氩气流量值按(300-500)NL/min控制，且铝块加入过程中不加入萤石。具体调整参数如表4所示

3)RH炉工序：RH炉抽真空工艺按常规优特钢工艺执行，抽真空完毕后，钢包开至吹氩位进行软吹，软吹时间不低于30min；同实施例1步骤3)。

对比例1溢渣严重。

表4对比例1步骤2)工艺参数

对比例2

本发明所示技术路线提出后，2022年3月7日、3月15日38CrMoAl钢生产期间，相继对不同时机的氩气的流量及萤石加入量进行了实验，主要方案分为两种方案。从实验结果来看，按方案一执行，铝块加入后钢包溢渣严重，效果不明显；按方案二执行，铝块加入后钢包溢渣情况有所减轻，但仍存在溢渣现象。具体情况如下：

方案一：不同时机氩气流量按原始方案执行，萤石加入量为0.42-0.83公斤/吨钢；

方案一的具体工艺步骤：

1)转炉工序：38CrMoAl钢转炉吹炼、合金化及预造渣工艺按常规优特钢工艺执行；同实施例1步骤1；

2)精炼炉工序：38CrMoAl钢精炼炉前、中期的冶炼工艺可按常规优特钢工艺执行；同实施例1步骤2)；

38CrMoAl钢精炼炉后期将除Al元素之外的其他合金元素成分调整至工艺要求范围内，随后将铝块加入钢包内，调整Al元素含量。自铝块加入至铝块完全熔化期间，钢包的氩气流量控制不做特殊要求，一般氩气流量值按(300-500)NL/min控制，且铝块加入过程中加入萤石。具体调整参数如表5所示。

3)RH炉工序：RH炉抽真空工艺按常规优特钢工艺执行，抽真空完毕后，钢包开至吹氩位进行软吹，软吹时间不低于30min；同实施例1步骤3)；

表5对比例2方案一中步骤2)的参数控制

根据实施现场情况，方案一，铝块加入后钢包溢渣严重。

方案二：不同时机氩气流量按本发明所述方案执行，过程中不加入萤石

1)转炉工序：38CrMoAl钢转炉吹炼、合金化及预造渣工艺按常规优特钢工艺执行；同实施例1步骤1)；

2)精炼炉工序：38CrMoAl钢精炼炉前、中期的冶炼工艺可按常规优特钢工艺执行；同实施例1步骤2)；

38CrMoAl钢精炼炉后期将除Al元素之外的其他合金元素成分调整至工艺要求范围内，调整完毕后，调整钢包的氩气流量，流量值按(100-150)NL/min控制；铝块加入钢包后，立即将氩气流量调整至(300-350)NL/min，熔化反应5min，然立即将氩气调整至(50-100)NL/min，熔化反应5min(整个熔化的第10min)后，立即将氩气调整至(200-300)NL/min，直至熔化反应结束，熔化反应期间不加入萤石。每炉的具体的调整参数如下表6所示。

3)RH炉工序：RH炉抽真空工艺按常规优特钢工艺执行，抽真空完毕后，钢包开至吹氩位进行软吹，软吹时间不低于30min；同实施例1步骤3)；

表6对比例2方案二中步骤2)的参数控制

方案二实施现场情况，铝块加入后钢包溢渣情况有所减轻，但仍存在溢渣现象。

以上对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。