随着现代冶炼工艺的成熟，连铸技术装配和生产技术水平的提高，高Al钢在连续铸钢中的实践，类似于38CrMoAl等钢种由模铸生产转向于连铸生产，为炼钢成本的降低起着重要作用。
38CrMoAl钢系高级氮化钢，具有高耐磨性、高疲劳强度和相当大的强度。良好地耐热性及耐腐蚀性能，被广泛应用于受冲击负荷不大，而在反复条件下的机械氮化零件，如自动车床主轴、蜗杆、精密齿轮、高压阀门、滚子、仿模活塞杆、汽轮机上的调速器、转动套、磨床主轴等哥哥耐磨件。
38CrMoAl钢广泛应用于多个领域。该钢种铝含量极高，冶炼生产中容易产生高熔点的Al2O3和CaS夹杂，钢水处理不到位，成分控制不理想，渣系调整不好，保护浇注未做充分，易造成连铸生产结水口，难以实现顺利浇注。
水口结瘤不仅降低连铸的生产效益，还是引起钢铁产品缺陷的主要原因。针对该钢种可浇性差的现象，新余新良特殊钢有限责任公司制订了有效可行的冶炼，浇注工艺路线和控制措施，实现了该钢种良好地可浇性。
1 生产工艺
新良特钢公司对38CrMoAl钢设计生产工艺流程为：600吨混铁炉→50tEBT炉（附有底侧吹工艺）→50tLF精炼→VD→R9m3机3流合金钢弧形连铸机（结晶器液面自动控制，结晶器电磁搅拌，铸坯断面250mm×250mm，汽水雾化冷却，PLC自动控制系统）→冷床缓冷→检查→入库。38CrMoAl的化学成分见表1.
表1 38CrMoAl的化学成分
|
成分，%
|
C
|
Si
|
Mn
|
Cr
|
Mo
|
Al
|
P
|
S
|
|
国标
|
0.35
0.42
|
0.2
0.45
|
0.30
0.60
|
1.35
1.65
|
0.15
0.25
|
0.70
1.10
|
≤0.035
|
≤0.035
|
|
内控
|
0.37
0.41
|
0.25
0.35
|
0.35
0.45
|
1.40
1.50
|
0.16
0.19
|
0.75
0.96
|
≤0.020
|
≤0.002
|
38CrMoAl在生产工艺中过程控制十分重要，特别是高熔点夹杂物控制，保护浇注控制等对高铝钢影响尤为明显。
2 工艺措施
为实现低成本战略，由连铸坯取代模铸锭，可大大提高铸坯的成材率，其工艺关键在解决可浇性的难题。
2.1 电炉工艺控制与措施
EBT初炼炉采用热装铁水和废钢的配料原则，铁水与废钢比例88%：12%，充分利用热铁水与氧反应放出的化学热进行升温冶炼，在电弧炉无需电极，也不供电的情况下达到冶炼效果，并由2支炉壁集束枪、2支侧吹枪和2支底吹N2-Ar切换透气芯来达到合理的供氧、搅拌及控制供氧强度的目的。使其熔清C含量控制在0.90%-1.2%范围，避免钢液产生过度氧化，从而在二次精炼过程中产生大量夹杂物。
控制终点C在0.10%-0.18%范围，P控制在≤0.015%，达到工艺出钢温度时，停氧由炉门喷吹碳粉进行脱氧，排尽炉渣方能出钢。
要求EBT炉内钢液中氧脱至≤200ppm，出钢过程将合金配至成分下限并随钢流加入，考虑Al具有强脱氧作用，注意钢液回硅现象，Al按成品上限含量1.60%配入，且必须尽早随钢流一次性加入，可以使生成的Al2O3夹杂有充足的上浮时间，对钢液的净化及Al2O3的降低都有很好的效果。
出钢实施留钢操作，严禁出钢后期氧化渣进入精炼钢包内，出钢过程将随钢流加入的石灰、精炼渣等渣料，有利于LF炉提前快速形成泡沫渣，为LF精炼工序提供良好条件。
出钢量必须严格控制，保证钢包自由空间≥800mm，出钢后包内温度控制在1550-1590℃，有利于LF炉精炼快速成渣和VD良好地脱气效果。
2.2 LF精炼控制与措施
为提高精炼效果，减轻精炼炉的冶炼任务，在EBT炉炉后钢包内将把化学成分调整到工艺控制要求的水平。
1）合理供电曲线
LF精炼过程中，精炼前期10min内石灰未完全成渣，形成泡沫渣要有一定的时间和合理的温度，所以前期电流不宜过大，待基本形成泡沫渣后再调整供电电流，有利于把通电过程中经电极电离使大气中N2气吸入量得到有效控制，在整个精炼过程中，要求增氮量≤5ppm，精炼时间控制在55-65min，且白渣保护时间≥35min。
2）吹Ar控制
LF精炼过程中，吹氩搅拌起着均匀成分和温度，促进钢-渣界面反应，使夹杂物碰撞长大并加速夹杂物上浮等重要作用。在微调合金时，要合理调整氩气流量，防止搅拌过大造成卷渣，并增加钢中气体及夹杂物，同时延长升温时间；过小钢液流动，夹杂物上浮速度慢，易造成成分、温度不均匀现象发生，需要有合适的吹氩量，吹氩量的选择在15-30m3/h为宜，而实际操作中要根据钢水温度、透气性能进行微调。吹氩搅拌以不裸露钢液面而有轻微翻腾为最佳。
3）LF精炼造渣
在LF炉冶炼过程中使用石灰（CaO含量≥92%）和萤石作为造渣剂，采用电石、铝粉、碳粉等强脱氧剂还原材料，形成具有良好流动性、高还原性、高碱度并以CaO-SiO2-Al2O3为基础的复合渣子，保证白渣中的MnO+FeO控制在≤0.5%。在充分还原的同时，将氧脱至12ppm，S控制在≤0.008%，保证Al2O3夹杂物的充分上浮，防止MnS的生成。不进行钙处理，这是因为Al含量太高，钢中生成的Al2O3相对偏多，如果要达到适合的Ca/Al比，用常规的Ca变形，不仅会大大增加成本，也不容易生成低熔点的12CaO•7Al2O3等钙铝酸，反而生成高熔点产物，不利于夹杂物的去除，钢水最终纯净度难以保证。
2.3 VD工艺控制与措施
VD处理总时间22-26min，高真空度（67pa）保持时间≥15min，处理过程中合理调节Ar流量，让钢水翻开渣面，有利于夹杂物的快速上浮和充分脱气，经VD处理后静吹氩时间≥15min，并取样分析其渣系成分和钢水成分，结果分别见表2和表3.
表2 渣系成分
|
炉号
|
Al2O3
|
CaO
|
SiO2
|
FeO
|
MgO
|
|
D52-2566
|
38.41
|
55.57
|
0.001
|
0.25
|
6.54
|
|
D52-2568
|
39.26
|
56.34
|
0.001
|
0.28
|
4.85
|
表3 钢水经真空脱气后主要成分%
|
炉号
|
C
|
Si
|
Mn
|
Cr
|
Mo
|
Al
|
P
|
S
|
N,ppm
|
O,ppm
|
H,ppm
|
|
D52-2566
|
0.38
|
0.28
|
0.40
|
1.50
|
0.18
|
0.96
|
0.015
|
0.002
|
45
|
12
|
1.1
|
|
D52-2567
|
0.39
|
0.27
|
0.39
|
1.48
|
0.19
|
0.93
|
0.012
|
0.001
|
44
|
11
|
1.2
|
|
D52-2568
|
0.37
|
0.29
|
0.41
|
1.45
|
0.18
|
0.94
|
0.014
|
0.002
|
42
|
12
|
1.0
|
|
D52-2569
|
0.40
|
0.27
|
0.42
|
1.47
|
0.17
|
0.96
|
0.012
|
0.002
|
43
|
10
|
1.2
|
|
D52-2570
|
0.38
|
0.29
|
0.43
|
1.16
|
0.18
|
0.95
|
0.011
|
0.001
|
40
|
11
|
1.3
|
|
D52-2571
|
0.38
|
0.28
|
0.41
|
1.48
|
0.18
|
0.95
|
0.012
|
0.002
|
36
|
10
|
1.1
|
2.4 CC工艺控制与措施
1）连铸采用全程保护浇注，大包保证自动开浇，大包套管处使用密封垫圈并吹氩保护。
2）开浇时中包保持干净、干燥，烘烤良好，且必须使用氩气吹扫中间包内的氩气方能开浇，使用2支扫管同时吹扫。
3）开浇后保证中间包钢液面高度≥700mm，保持静压力，让夹杂物有充足上浮时间，中包在线容量≥12t，加适量覆盖剂确保渣面不发红，中包覆盖剂使用低硅高碱度覆盖剂，减少吸气、回硅及二次氧化。
4）控制过热度在30-45℃，确定合理的比水量二冷水及拉速，保证连铸坯表面和内在质量，浇注拉速为0.65-0.85m/min，全部使用液面自动控制。
5）浸入式水口采用铝锆质量且孔径设为φ35mm，使用密封垫圈进行保护，结晶器采用专用保护渣，熔化性能良好，无结渣等现象。
3 实践结果
3.1 钢水可浇性情况
在准备条件充分的情况下，2015年5月试浇6炉，除首包未使用液面自动控制外，其余全部使用液面自动控制。可浇性良好，浇毕观察浸入式水口内壁清洁良好，无结瘤现象，全Alt与Als最多相差0.002%，说明过程二次氧化少，钢水纯净度高。
3.2 钢水洁净度情况
由于对S的控制，加上未喂钙线，所以难于生成高熔点的CaS夹杂。由于Al属一次性加入，且Al的量很高，所以在生产过程中，对LF炉炉渣中的Si全部被还原到钢水中，造成增硅严重。
实验保证了VD处理时间，延长了LF炉冶炼时间及整个过程吹氩时间，对夹杂物上浮的数量相对增多，钢水纯净度提高。
3.3 钢水铸坯质量
该实验的6炉钢化学成分全部符合表1要求，经轧材加工后最终产品均满足用户要求。铸坯检验结果见表4，轧材检验结果见表5。
表4 铸坯检验结果
|
检验项目
|
中心疏松/级
|
缩孔/级
|
裂纹等其他缺陷/级
|
|
检验结果
|
≤1.0
|
≤1.5
|
无
|
表5 轧材检验结果
|
检 验
项 目
|
气体，ppm
|
夹杂，级
|
机械性能
|
|
T[O]
|
[H]
|
[N]
|
A类
|
B类
|
C类
|
D类
|
|
检验 结 果
|
8-11
|
≤1.5
|
36-45
|
≤1.0
|
≤1.0
|
无
|
≤0.5
|
满足国标
|
4 结语
1）采用一次性尽早加入铝，使Al2O3有充足的时间上浮。
2）加强EBT炉的脱氧，有利于铝收得率提高，生成的Al2O3数量更少。
3）精炼过程造高碱度高还原性、流动性良好地白渣，充分吸附钢中上浮的Al2O3夹杂物。
4）控制钢水中S含量≤0.002%，减少CaS生成。
5）加大VD处理效果和软吹氩时间，有利于夹杂物的上浮。
6）连铸实施全程保护浇注，加大中间包容量。
摘选自《世界金属导报》第54卷
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