一种含碲含硫钢的生产方法与流程

本发明属于钢铁冶金，涉及一种含碲含硫钢的生产方法，尤其涉及一种转炉-精炼-连铸工艺生产含碲含硫钢提高碲收得率的方法。

背景技术：

1、为改善含硫特殊钢硫化物的形态及分布，使其具有良好切削性能，满足机械加工用户高效加工的需求，可在含硫钢中添加一定的碲元素，利用碲对硫化物进行变性处理。碲在钢中与硫化物伴生，能优化硫化物形态、提升评级，减少磁痕缺陷，提升材料切削性能。碲能调控硫化物类型，将棒状硫化物改质为椭球状硫化物，避免硫化物沿轧制方向变形为长条状，改善硫化物评级。碲在易切削钢、齿轮钢、模具钢等生产领域广泛应用，通过控制适宜的碲添加量和碲硫比例，来提高含硫钢产品性能，开发高端含碲特殊钢。

2、碲与硫同主族，性质相近，两者不能形成化合物，但熔融状态二者互溶。常温下碲不与水、氧气、非氧化性酸反应，化学稳定性好；高温下碲可与水反应生成氢气和teo2。空气中加热碲不燃烧，生成teo2并产生蓝绿色火焰。碲的熔点452℃、沸点1390℃，均低于炼钢温度，在钢中直接添加碲容易蒸发、升华，导致收得率较低。如何确保价格昂贵的碲能高收得率添加到钢中，是开发高端含碲特殊钢的关键。

3、cn 107841595a公开了一种含碲的包芯线，含碲的包芯线由芯料以及低碳钢包芯管组成，芯料由碲和硫的混合物以及不可避免的杂质组成，在钢液精炼时，将含碲的包芯线作为合金料添加到钢液中，对含硫钢中的夹杂物进行改质处理。但该专利并未明确不同组分芯料的包芯线在相同工艺下的碲收得率，无法确定较高碲收得率时的芯料成分。

4、cn 106756635 a公开了一种含碲钢的制备方法及其含碲钢，在钢液中加入碲的步骤包括以下几个方面：用钢皮卷住碲制成碲粉包芯线，利用移动喂线机进行喂线，喂入位置在底吹氩气孔的上方，底吹氩气搅拌，底吹氩气流量为50～700nm3/min。喂线结束后，继续底吹氩气搅拌5～20min，底吹氩气流量为100～200nm3/min。在该专利提供的工艺条件下，碲的收得率为50％～70％，但该专利采用一次性喂入全部包芯线，会导致钢液局部合金元素浓度过高，元素挥发严重且易造成偏析问题。

5、cn 110117693a公开了一种含碲易切削钢的碲添加工艺方法，控制精炼末期碲添加时钢液氧活度为5～50ppm，钢液温度为液相线温度以上50～75℃，渣层厚度不低于1cm；以间歇式喂线法将含碲包芯线分至少3次间歇式喂入钢液中，喂线速度为60～150m/min，时间间隔为10～20s，底吹氩气的氩气流量为100～300nl/min；喂线结束后，在钢液表面覆盖碳化稻壳，继续以氩气流量为100～180nl/min，进行软吹氩搅拌，成分及温度达到目标钢液的成品工艺要求后，再进行后续吊包出钢工艺。在该专利提供的工艺条件下，碲的收得率大于65％，该专利工艺操作窗口范围大，碲收得率不稳定。

6、cn 114908216a公开了一种易切削钢的铋碲添加方法、易切削渗碳钢及其应用，提供了一种易切削钢的铋碲添加方法：在钢液精炼末期，除铋、碲以外的其它成分调整完成后，通过压缩惰性气体将碲源和铋源喷射至钢液底部，制备含铋碲的易切削钢液。在该专利提供的工艺条件下，实测的收得率大于85％，但未明确碲添加时机，碲收得率不稳定。

7、上述方法，从不同角度给出了工业添加碲的方法，但均具有一定的局限性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述已有技术存在的不足，提供一种含碲含硫钢的生产方法，运用综合手段通过将氧活度、钢液温度控制在最佳范围来提升稳定碲的收得率，并且使碲在钢液中均匀分布，最终在获得良好夹杂物的同时降低生产成本。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案是：

3、一种含碲含硫钢的生产方法，工艺流程为转炉→lf炉精炼→vd/rh炉精炼→连铸/模铸，其特征在于：钢的化学组成重量百分比为：c＝0.05～0.49％、si＝0.01～1.2％、mn＝0.60～1.60％、p≤0.025％、s＝0.02～0.36％、v＝0.08～1.20％、cr≤0.3％、mo≤0.08％、n＝0.01～0.02％、al≤0.02％、o≤0.0025％、te＝0.0001～0.008％，0.075[s]≤te≤0.0045％；其余为fe和不可避免的杂质元素；关键工艺步骤包括：

4、1)钢液精炼：在钢液精炼末期，除碲以外的其它成分调整完成后，底吹氩气充分搅拌3～5分钟，所述底吹氩气的氩气流量为150～300nl/min，再向钢液中加入含碲包芯线进行合金化，控制此时钢液渣层厚度约为1.2～1.5cm；

5、2)喂碲：喂入碲前，需满足钢液中的氧活度为5～40ppm，具体氧活度需根据钢种目标碲含量进一步确定，目标氧活度＝(-0.3*目标碲含量+27)±3，氧活度单位为ppm，目标碲含量单位为ppm；钢液温度为目标生产钢种液相线以上40～45℃，根据钢包大小，将含碲包芯线分若干段依次喂入钢包，喂入位置为底吹氩气孔的上方，每次喂入20～30m，间隔10～15s，喂线机喂线速度为2～3m/s，在喂线过程中不进行底吹氩，在两次喂入间隔期间进行氩气底吹，所述氩气底吹的氩气流量为120-250nl/min；

6、3)吹氩：钢液精炼时底吹氩气可分为3个阶段：阶段一：除碲外的其他成分微调，此时始终底吹氩气的氩气流量为150～300nl/min；阶段二：喂入含碲包芯线，喂入过程不进行氩气底吹，喂入间隔期间进行氩气底吹，所述底吹氩气的氩气流量为120-250nl/min；阶段三：喂入含碲线后继续进行底吹氩气，此时底吹氩气的氩气流量为100～180nl/min，吹氩时间为10～15min；

7、4)后处理：优化喂线后保护工艺，在喂入所有含碲包芯线后，对得到的钢液进行后处理，在钢液表面覆盖碳化稻壳，并进行底吹氩气，所述底吹氩气的氩气流量为100～180nl/min，吹氩时间10～15min后，再次测温取样，成分及温度达到目标钢液的成品工艺要求后，进行后续吊包出钢工艺。

8、进一步的，所述的步骤2)喂碲：含碲包芯线包芯管和芯料组成为：芯料为纯碲粉和工业纯铁粉的混合组分，纯碲粉与工业纯铁粉的比例为1:(1.5～2.5)，所述包芯线每米芯料重量为330～360g，所述含碲包芯线的外径为φ10～13mm；所述包芯管为厚度0.3～0.4mm的低碳钢。

9、进一步的，所述的步骤2)喂碲：喂线机导管要垂直插入钢液，喂线机导管出口距离钢液面20～40cm。

10、优选的，所述含硫含碲钢为非调质钢，其成分按质量百分比为c＝0.37％、si＝0.65％、mn＝1.00％、p＝0.025％、s＝0.035％、cr＝0.16％、v＝0.29％、al＝0.006％、n＝0.017％、o≤0.0025％、te＝0.0001～0.008％，其余为其余为fe和不可避免的杂质元素，喂含碲包芯线前，氧活度为10～20ppm，需控制钢液温度为1531～1536℃。

11、进一步的，所述含硫含碲钢为易切削钢，其化学组成分按质量百分比为c＝0.063％、si＝0.009％、mn＝1.266％、p＝0.025％、s＝0.05％、al＝0.001％、o≤0.0025％、te＝0.0001～0.008％，其余为其余为fe和不可避免的杂质元素，喂含碲包芯线前，氧活度为10～20ppm，需控制钢液温度为1554～1559℃。

12、进一步的，所述含硫含碲钢为齿轮钢，其成分按质量百分比为c＝0.19％、si:0.08％、mn＝1.3％、p:0.022％、s＝0.028％、cr＝1.18％、al＝0.039％、o≤0.0025％、te＝0.0001～0.008％，其余为其余为fe和不可避免的杂质元素，喂含碲包芯线前，氧活度为10～20ppm，需控制钢液温度为1533～1538℃。

13、所述氧活度需根据钢种目标碲含量进一步确定，目标氧活度＝(-0.3*目标碲含量+27)±3，氧活度单位为ppm，目标碲含量单位为ppm；

14、所述碲收得率与钢液中碲含量、氧活度及钢液温度存在如下关系：碲收得率＝100+(-930·碲含量·(1-(氧活度-15)2/625))/钢液温度±2，碲收得率单位为％，碲含量单位为ppm，氧活度单位为ppm，钢液温度单位为k；

15、本发明的创新之处：第一，本发明发现了碲收得率与钢种在冶炼过程中的碲含量、氧活度及钢液温度有关，并提出其中存在的关系，通过综合现有工艺手段，精确控制冶炼过程中的氧活度及钢液温度，提出了氧活度与目标碲含量的数学关系，在保证碲目标含量的同时提高并稳定碲的收得率；第二，本发明的方法在于提高并稳定含碲含硫钢在生产过程中碲的收得率问题，而不是碲的添加手段，但碲的添加手段确实是本技术得以实现的必须技术，本技术的创新点在于碲收得率与碲含量、氧活度及钢液温度的关系，通过对碲含量、氧活度及钢液温度进行精细控制，从而实现高且稳定的收得率。因此，本性腺有益效果包括：碲改质工艺明确，细节清晰，可操作性强；含硫钢碲改质后碲收得率不小于75％，碲收得率高且稳定；碲改质含硫钢生产成本低，含硫钢中a类夹杂物形态良好，评级提升。