转炉矩形坯连铸流程生产齿轮钢,相比电炉方坯连铸流程,其具有生产成本低廉、钢水纯净度高、产品质量优良、规格范围大等优点。因此,本溪钢铁(集团)公司(以下简称本钢)于2006年投产了矩形坯连铸机,并开始探索采用转炉流程生产齿轮钢。由于转炉流程生产齿轮钢过程中,还存在诸多需要解决的技术问题。为了解决和克服这些技术难题,有利于开发新产品,并迅速形成稳定的批量生产能力,本文依托本钢的实际生产情况,对采用“铁水预脱硫扒渣→转炉冶炼→LF精炼→RH精炼→矩形坯连铸”流程生产高品质齿轮钢的关键技术做了探索研究。本论文首先应用冶金热力学基本原理,分析了钢中A1203生成、钙处理热力学条件、CaS夹杂物生成条件和钙处理时夹杂物的生成条件,齿轮钢中w[Al]>0.015％时,将A1203变性为C12A7液态夹杂物所需加入的钙含量较高。实验研究表明,随着炉渣碱度的提高,脱硫率提高,钢中全氧含量明显降低,钢中的夹杂物总量也明显降低。采用高碱度渣系进行脱硫时,钢中硫含量小于10×10-6,平均脱硫率为96.26%。淬透性是衡量齿轮钢质量的重要条件之一。本论文在分析比较各种淬透性计算方法特点的基础上,选择采用非线性回归方程计算方法建立淬透性预报数学模型,并通过实际的生产数据对模型进行修正。模型计算误差J9、J15分别为4.4%和4.5%。以模型计算结果为参考,结合实际工艺控制,取得了良好的淬透性带控制效果。统计分析表明,齿轮钢20CrMnTiH淬透带值控制波动范围不大于4HRC。在3HRC范围内,J9达到85.5%,J15为91.5%。在理论分析的基础上,从铁水脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH真空处理和矩形坯连铸各个生产工艺环节制定了合理的工艺制度,开展齿轮钢20CrMnTiH工业试制工作。通过生产各个工位的取样分析,研究了齿轮钢氧含量和夹杂物的控制效果。生产数据统计结果表明：氧含量均不大于20×10-6,平均全氧含量为11.2×10-6,不大于15×10-6的占85%。夹杂物评级结果A类一次合格率100%,B类99.2%,C类99.2%,D类100%。模拟研究了结晶器电磁搅拌下结晶器内的磁场特性和流动凝固规律,结果表明：合理的磁场设计能使磁场穿透矩形坯铸坯截面,电磁力主要为切线方向分布,使钢液做旋转运动,有利于实现对钢液的搅拌作用,提高铸坯质量。增加搅拌电流能显著提高结晶器内的磁感应强度和电磁力；对于矩形坯结晶器电磁搅拌,应采用较低的频率。对于弧形连铸机,在水口出口处以上区域形成两个不对称的回流区。电磁搅拌能扩大水口附近的上返流回流区,增大了射流的影响区域范围。电磁搅拌使铸坯凝固壳厚度变均匀,应有一个合适的搅拌强度。电磁搅拌具有均匀铸坯凝固壳厚度并使铸坯凝固壳厚度变厚的作用,同时结晶器电磁搅拌能使铸坯外表面温度降低,铸坯散热加快,液芯长度缩短,高温区减小,铸坯的凝固末端位置提前。这有利于减小铸坯凝固的两相区液相穴长度,避免缩孔和疏松等缺陷的发生。增大电流强度,钢液做旋转运动的速度增大,加速了钢液的传热效果；合理的电流有利于凝固壳的均匀。在一定电流强度下,随着搅拌电流频率的增大,凝固坯壳厚度的均匀性增加,凝固壳具有减薄的趋势。电流和频率存在有一个合理的匹配关系。