CN101942597A - 一种齿轮钢的生产方法 - Google Patents

Abstract

一种齿轮钢的生产方法，该方法包括将提钒后的半钢加到转炉中进行冶炼，将冶炼得到的钢水加到钢包中，之后在精炼渣和脱氧剂存在下进行钢包炉精炼，然后进行真空处理和钢坯连铸，其中，精炼渣至少分两批加入钢包中，第一批精炼渣在冶炼得到的钢水开始加到钢包中至35重量％的冶炼得到的钢水加到钢包中的时间段内加入，剩余的精炼渣在冶炼得到的钢水全部加到钢包中至钢包炉精炼开始的时间段内加入；脱氧剂包括沉淀脱氧剂和扩散脱氧剂，沉淀脱氧剂包括铝合金脱氧剂，铝合金脱氧剂在冶炼得到的钢水总重量的25-45％加到钢包中时加入；扩散脱氧剂在冶炼得到的钢水全部加到钢包中之后加入。采用本发明提供的生产方法可以获得总氧含量为15ppm以下的齿轮钢。

Description

一种齿轮钢的生产方法

技术领域

本发明涉及一种齿轮钢的生产方法。

背景技术

随着工业和科技的发展，各行业对钢的质量要求越来越苛刻。钢中的总氧含量是衡量钢材质量的一个重要指标，因为与总氧含量关系密切的氧化物夹杂物是降低钢疲劳寿命的最重要原因之。有人曾对Cr、Cr-Mo、Cr-Ni-Mo等渗碳合金钢的氧含量与疲劳寿命之间的关系做过对比试验。据“山阳新钢种系列”资料介绍，当氧含量从25ppm降到11ppm时，其接触疲劳强度可提高4倍，其使用寿命可从原来的≤6000小时提高到10000小时。对SCM420、20MnCr5等引进齿轮钢进行脱气与不脱气的对比试验，结果证实脱气钢疲劳寿命可提高40％左右。目前，用户一般对齿轮钢要求总氧含量(T[O])控制在20ppm以内，并且随着社会经济的发展提出了高纯净度齿轮钢的需求，要求T[O]含量控制在15ppm以内。

20CrMo(H)、20CrMnTi(H)等齿轮钢的传统生产工艺是采用电炉冶炼，由于电炉冶炼生产效率低、成本高，利用转炉冶炼是发展的趋势之一。钒钛磁铁矿生产的高炉铁水含钒量一般接近0.30重量％，经过转炉提钒以后的铁水称之为“提钒后的半钢”，与普通铁水相比，半钢中的碳含量较普通铁水低约0.5个百分点，硅呈微量，锰含量低0.2-0.3个百分点，温度相近或略低。

根据铁水物理热计算可知，采用半钢炼钢时，可用于提升终点钢水温度的热量较普通铁水低，换算成温度值约为50℃(50±5℃)。由于炼钢过程热源不足，为保证终点钢水温度，需要降低终点钢水中的碳含量，有时甚至是使铁氧化来提高钢水温度，如此必然导致冶炼的终点钢水和钢渣过氧化现象严重，终点钢水氧活度可高达1000ppm以上，终点渣中全Fe含量可高达30％以上。同时，转炉终点也难以稳定控制，主要体现在转炉终点钢水氧活度、终渣的氧化性波动大。这些都直接影响后续精炼工序对钢中总氧含量的稳定控制。

目前基于含钒铁水和转炉工艺生产的20CrMo(H)、20CrMnTi(H)等齿轮钢铸坯T[O]一般控制在20ppm，而齿轮钢铸坯T[O]≤15ppm的超低氧齿轮钢基本没有研究报道。

发明内容

本发明的目的是提供采用含钒铁水生产总氧含量(T[O])≤15ppm的齿轮钢的方法。

本发明提供了一种齿轮钢的生产方法，该方法包括将提钒后的半钢加到转炉中进行冶炼，将冶炼得到的钢水加到钢包中，之后在精炼渣和脱氧剂存在下进行钢包炉精炼，然后进行真空处理和钢坯连铸，其中，所述精炼渣至少分两批加入钢包中，第一批精炼渣在第一时间加到所述钢包中，所述第一时间为从所述冶炼得到的钢水开始加到所述钢包中至35重量％的所述冶炼得到的钢水加到所述钢包中的时间段，剩余的精炼渣在所述冶炼得到的钢水全部加到所述钢包中至所述钢包炉精炼开始的时间段内加入；所述脱氧剂包括沉淀脱氧剂和扩散脱氧剂，所述沉淀脱氧剂包括铝合金脱氧剂，所述铝合金脱氧剂在所述冶炼得到的钢水总重量的25-45％加到所述钢包中时加入；所述扩散脱氧剂在所述冶炼得到的钢水全部加到所述钢包中之后加入，所述扩散脱氧剂为铝粒；且相对于每吨所述冶炼得到的钢水，所述精炼渣的加入总量为11-14千克，所述铝合金脱氧剂的加入量为7-9.5千克，所述铝粒的加入总量为0.8-1.2千克。

通过对采用本发明提供的方法制得的钢坯的总氧含量进行检测可知，采用本发明提供的方法制得的钢坯的总氧含量均在15ppm以下。

附图说明

图1为本发明的一种优选实施方式中使用的密封垫圈的结构示意图，其中(a)为剖面图，(b)为俯视图；

图2为本发明的一种优选实施方式中由所述密封垫圈、钢包和保护管构成的连铸保护浇注装置的结构示意图。

具体实施方式

在本发明提供的齿轮钢的生产方法中，包括将提钒后的半钢加到转炉中进行冶炼，将冶炼得到的钢水加到钢包中，之后在精炼渣和脱氧剂的存在下进行钢包炉精炼，然后进行真空处理和钢坯连铸。所述冶炼得到的钢水可以为由提钒后的半钢通过各种常规的炼钢工艺获得的钢水，所述冶炼得到的钢水的成分没有特别的限定，例如，以所述冶炼得到的钢水的总重量为基准，所述冶炼得到的钢水可以含有0.01-0.12重量％的碳、0.01-0.03重量％的硅、002-0.4重量％的锰、0.02重量％以下的磷、0.02重量％以下的硫、0.01-0.05重量的钒和99.45-99.85重量％的铁。

将所述提钒后的半钢冶炼成钢水的方法可以采用各种常规的炼钢方法，例如可以为氧气顶吹转炉炼钢方法或者氧气顶底复吹炼钢方法，本发明优选采用氧气顶底复吹炼钢方法。

在本发明提供的炼钢方法中，所述精炼渣至少分两批加到所述钢包中，且相对于每吨所述冶炼得到的钢水，所述精炼渣的加入总量为11-14千克。在生产过程中，第一批精炼渣在第一时间加到所述钢包中，所述第一时间为从所述冶炼得到的钢水开始所述钢包中至35重量％的所述冶炼得到的钢水加到所述钢包中的时间段；剩余的精炼渣在所述冶炼得到的钢水全部加到所述钢包中至所述钢包炉精炼开始的时间段内加入，具体地在所述钢包炉精炼开始之前1-3分钟之内加入。而且，相对于每吨所述冶炼得到的钢水，所述第一批精炼渣的加入量为7-9千克。所述剩余的精炼渣可以一次加到所述钢包中，也可以分多批加到所述钢包中，所述剩余的精炼渣的加入批数优选为1-3，当所述剩余的精炼渣分2或3批加到所述钢包中时，每批的加入的精炼渣的量可以相同也可以不同。

所述精炼渣没有特别的限定，可以为本领域常规使用的各种精炼渣。优选情况下，为了使所制得的钢坯符合齿轮钢的性能要求，以所述精炼渣的总重量为基准，所述精炼渣可以为含有70-88重量％的CaO、4重量％以下的SiO₂、4重量％以下的Al₂O₃、2-4重量％的Na₂O、8-13重量％的CaF₂和5重量％以下的MgO的精炼渣，所述精炼渣可以通过常规的方法制得，例如，可以通过将活性石灰、萤石和工业纯碱进行均匀混合而制得。

在本发明提供的生产方法中，所述脱氧剂包括沉淀脱氧剂和扩散脱氧剂，所述沉淀脱氧剂通过沉淀脱氧作用对钢液进行脱氧，所述沉淀脱氧是指脱氧剂直接和钢液中的溶解氧作用，使其转化为不溶于钢液中的氧化物，从而进入熔渣中的脱氧方式；所述扩散脱氧剂通过扩散脱氧作用对钢液进行脱氧，所述扩散脱氧是指通过扩散脱氧剂造还原性精炼渣，生成的还原性精炼渣与钢液接触，使钢液中的溶解氧扩散进入渣中的脱氧方式。所述沉淀脱氧剂包括铝合金脱氧剂，所述铝合金脱氧剂在所述冶炼得到的钢水总重量的25-45％加到所述钢包中时加入，而且，通常所述铝合金脱氧剂在加入所述第一批精炼渣之后加入。相对于每吨所述冶炼得到的钢水，所述铝合金脱氧剂的加入量为7-9.5千克。所述铝合金脱氧剂在本发明中没有特别的限定，可以为各种常规的铝合金脱氧剂，然而，为了达到更好的脱氧效果，从而降低制得的钢坯的总氧含量，所述铝合金脱氧剂优选为铁锰铝，以所述铝锰铁的总重量为基准，所述铝锰铁含有18-28重量％的Al(铝)、23-32重量％的Mn(锰)和40-50重量％的Fe(铁)，所述铁锰铝中还可以含有1.5重量％以下的Si(硅)、1.5重量％以下的C(碳)以及微量的P(磷)、S(硫)或其它的不可避免的杂质。所述铝合金脱氧剂的加入一方面主要用于降低所述钢包中的钢液中的溶解氧，另一方面可以用于调整所述钢包中的钢液中酸溶铝的含量，通常情况下，在所述冶炼得到的钢水全部加到所述钢包中时，需要将所述钢包中的钢液中酸溶铝(Als)的含量控制为基于其总重量的0.035-0.045重量％，以控制钢液的氧活度(所述氧活度是指钢液中的自由氧的含量)。在所述冶炼得到的钢水全部加到所述钢包中时，所述钢包中的钢液中酸溶铝的含量低于0.035重量％，所述沉淀脱氧剂还可以包括铝线，所述铝线在所述冶炼得到的钢水全部加到所述钢包中时加入，且所述铝线的加入使所述钢包中的钢液中酸溶铝的含量控制为基于其总重量的0.035-0.045重量％。所述铝线可以为含有99重量％以上的铝的铝线，截面直径为7-15毫米。在本发明中，“在所述冶炼得到的钢水全部加到所述钢包中时”是指所述冶炼得到的钢水恰好全部加到所述钢包中的瞬间。在上述情况下，如果在所述冶炼得到的钢水全部加到所述钢包中时需要向钢包中加入铝线，则测试钢液中酸溶铝的含量和加入铝线均在很短的时间段内即可完成，即均在所述冶炼得到的钢水全部加到所述钢包中时完成。所述测试钢液中酸溶铝的含量的方法已为本领域技术人员所公知，在此不再赘述。

在生产过程中，在所述冶炼得到的钢水全部加到所述钢包中之后，还需要向所述钢包中加入扩散脱氧剂，所述扩散脱氧剂可以为铝粒，且相对于每吨所述冶炼得到后的钢水，所述铝粒的加入总量为0.8-1.2千克。

所述铝粒可以通过分批加入，优选情况下，所述铝粒分两批加入，且在所述钢包炉精炼开始之前，向所述钢包中加入第一批铝粒，且相对于每吨所述冶炼得到的钢水，所述第一批铝粒加入的量为0.4-0.6千克。在本发明中，在所述冶炼得到的钢水全部加到所述钢包中时需要向钢包中加入铝线的情况下，所述铝线在加入所述第一批铝粒之前加入。所述第一批铝粒加入钢包中之后，对钢包中的钢液进行加热以开始钢包炉精炼，在钢包炉精炼的过程中，在加入钢包中的所述精炼渣、所述沉淀脱氧剂和所述第一批铝粒完全熔化时，向所述钢包中加入第二批铝粒，加入所述第二批铝粒使所述钢包中钢液的酸溶铝含量为0.045-0.055重量％，以控制钢液中的氧活度。在本发明中，“在加入钢包中的所述精炼渣、所述脱氧剂和所述铝粒完全熔化时”是指加入钢包中的所述精炼渣、所述脱氧剂和所述铝粒恰好完全熔化的瞬间。

另外，所述第二批铝粒完全熔化之后，所述钢包中的钢液的酸溶铝含量为0.045重量％至0.05重量％以下时，在所述真空处理过程中，还可以通过加入铝粒使所述钢包中钢液的酸溶铝含量为0.05-0.055重量％，以控制钢液中的氧活度。所述真空处理的条件可以控制为真空度为500Pa以下，所述真空度是指绝对压强。

在本发明中，以所述铝粒的总重量为基准，所述铝粒可以为含有95-100重量％的铝和0-5重量％的三氧化二铝的铝粒，所述铝粒的颗粒直径为3-12毫米，优选为5-7毫米。

所述钢包中的钢液中的总氧含量主要由溶解氧和钢液中的非金属夹杂物构成，因此要降低成品钢中总氧含量需要从溶解氧和非金属夹杂物两方面进行。降低溶解氧主要依靠所述脱氧剂进行脱氧，脱氧后会产生非金属夹杂物，同时耐火材料如钢包工作衬和空气也可能对钢液污染，增加其氧含量。因此，在所述脱氧剂脱氧的基础上，要进一步降低成品钢中的总氧含量就要降低钢中非金属夹杂物含量。虽然部分所述非金属夹杂物会自然上浮，但是大部分的所述金属夹杂物仍然保留在钢液中。因此，通常在所述真空处理和所述钢坯连铸之间优选还包括向所述钢包中的钢液中吹入氩气的步骤，从而促使所述非金属夹杂物上浮，进而达到进一步降低成品钢中的总氧含量的效果。在吹入氩气的过程中，氩气的流量与比搅拌功的关系如下式：

$Q_{\mathrm{Ar}}=\frac{\mathrm{\ω}\·\mathrm{Wg}}{6.18T_l\·[1-\frac{T_n}{T_l}+\ln (1+\frac{H_0}{1.46\×{10}^{-5}{P}_2})]}$

其中，Q_Ar为氩气的流量(立方米/分钟)；ω为15-40瓦/吨，ω为比搅拌功，所述比搅拌功指搅拌功与所述冶炼得到的钢水的重量的比；W_g为所述冶炼得到的钢水的重量(吨)；T_l为钢水温度(K)；T_n为氩气温度(K)；H₀为所述钢包中钢液的深度(米)；P₂为渣面氩气出口压力，P₂可以为8-10KPa，所述渣面氩气出口压力指氩气溢出所述钢包中的钢液表面上的渣料时所要承受的压力。所述吹入氩气的时间通常在6分钟以上，优选为6-12分钟。

此外，本发明提供的齿轮钢的生产方法中使用的钢坯连铸装置可以为本领域常规使用的各种钢坯连铸装置。通常情况下，如图2所示，所述钢坯连铸装置包括上述钢包3、密封垫圈9和保护管4，所述钢包3包括下水口5，在所述钢包的下水口处具有密封垫圈，以防止钢液由于吸入空气而发生二次氧化。在本发明的一种优选实施方式中，所述密封垫圈如图1所示，包括锥形筒1，凸缘2，所述凸缘2位于所述锥形筒1的口径较大的一端并向外凸出。其中，线段AB为凸缘的外边缘至凸缘与锥形筒内侧壁之间的最小距离，即凸缘的径向长度；线段FG为锥形筒的径向长度，即锥形筒的壁厚；线段AB与线段FG的差即为凸缘凸出于锥形筒筒壁的径向长度，线段CD为锥形筒的高度，线段DE为凸缘的轴向长度。

在本发明中，所述锥形筒没有特别的限制，可以为圆锥形，也可以为与保护管的形状相匹配的其它形状，只要能使连铸保护浇铸装置中的保护管与锥形筒之间以及所述锥形筒与下水口之间为密闭连接即可。所述锥形筒1的口径较小的一端插入保护管4中，下水口5插入锥形筒1的口径较大的一端，所述保护管4与锥形筒1之间以及所述锥形筒1与下水口5之间为密闭连接。本发明中的密闭连接可以通过本领域技术人员公知的方法来实现，例如保护管与锥形筒之间的密闭连接可以通过过盈配合、过度配合或自由配合来实现，锥形筒与下水口之间密闭连接可以通过过盈配合或过度配合来实现。如图1(a)所示，所述凸缘凸出于锥形筒筒壁的径向长度是指凸缘凸出于锥形筒外侧壁的径向长度(即线段AB与线段FG的差)可以为30-80毫米，优选为40-70毫米。

使用时，先将密封垫圈套在保护管上端的锥形部分6内，再将钢包的下水口5套在密封垫圈内即可。

在本发明中，位于保护管上端面8以上的所述凸缘自由状态的轴向长度可以为大于0至略大于保护管上端面8与钢包下端面7之间的距离。从原理上来讲，在上述范围内，位于保护管上端面8以上的所述凸缘的轴向长度越高，则密封效果越好，因此，优选位于保护管上端面8以上的所述凸缘的轴向长度尽量高，更优选位于保护管上端面8以上的所述凸缘的轴向长度为保护管上端面8与钢包下端面7之间的距离，以使密封垫圈9与钢包下端面7之间为密闭连接。为了使密封垫圈9与钢包下端面7之间密闭连接的效果更好，更优选在自由状态下，密封垫圈的凸缘的轴向长度略大于保护管上端面8与钢包下端面7之间的距离，由于密封垫圈由弹性材料制成，具有足够的弹性，从而使用时密封垫圈的凸缘受压于钢包下端面7与保护管上端面8之间，即保证了密封垫圈9与钢包下端面7之间为过盈配合，此时，密封垫圈不仅密封了下水口5的外壁与保护管上端的锥形部分6的内壁之间的全部空间，而且密封了钢包下端面7与保护管上端面8之间的全部空间，因此，可以进一步提高密封效果，从而可以进一步提高连铸保护浇铸效果。

如上所述，所述凸缘凸出于锥形筒筒壁的径向长度(即图1线段AB与线段FG的差)可以为30-80毫米，优选为40-70毫米。

另外，所述保护管包括锥形部分，该锥形部分与锥形筒形状和长度相同，锥形筒全部位于锥形部分内。

所述密封垫圈可以用任何常规的用于制造垫圈的材料来制造，例如，可以用石棉、玻璃纤维或硅酸铝耐火纤维棉来制造，目前常用的是硅酸铝耐火纤维棉，该材料制备的密封垫圈具有足够的弹性和强度。

在本发明中，对连铸保护浇铸装置中涉及的其它部件的结构和形状没有特别的限定，可以是本领域常规使用的连铸保护浇铸装置中的相应装置的结构和形状，例如，所述钢包用于盛装钢水，其结构和形状可以为常规的钢包的结构和形状。

采用所述密封垫圈进行连铸保护浇铸即连铸保护浇铸装置包括所述密封垫圈时，由于用于密封钢包下端面7与保护管上端面8之间的至少部分空间的密封垫圈的凸缘2的存在，即使在连铸保护浇铸的过程中，密封垫圈的锥形筒的某处被顶破时，凸缘2还可在保护管上端面8起到密封作用，因此，可以进一步提高密封效果，从而可以进一步提高连铸保护浇铸效果。

在本发明的另一种优选实施方式中，在连铸的过程中可以向钢包下水口与保护管上端的锥形部分之间吹入氩气，以进一步保护钢坯连铸，所述吹入的氩气流量可以为5-30升/分钟。

以下通过实施例对本发明做进一步详细的说明。以下实施例和对比例中使用的密封垫圈的材料均购于山东东营胜信耐火纤维有限责任公司的硅酸铝耐火纤维棉。连铸保护浇注装置中，所述保护管包括锥形部分，该锥形部分与锥形筒形状和长度相同，锥形筒全部位于锥形部分内。另外，以下实施例和对比例中采用的所述冶炼得到的钢水的成分为，以所述冶炼得到的钢水的总重量为基准，含有0.05重量％的碳、0.015重量％的硅、0.10重量％的锰、0.01重量％的磷、0.005重量％的硫、0.02重量的钒和99.80重量％的铁。

实施例1

本实施例用于说明本发明提供的齿轮钢的生产方法。

(1)将136吨提钒后的半钢注入120吨转炉中进行顶底复吹冶炼，得到131吨钢水，将冶炼得到的钢水加到钢包中，当2重量％的所述冶炼得到的钢水加到钢包中时，向所述钢包中加入1048千克的精炼渣(以所述精炼渣的总重量为基准，所述精炼渣含有75重量％的CaO、3重量％的SiO₂、4重量％的Al₂O₃、3重量％的Na₂O、10重量％的CaF₂和5重量％的MgO)；当所述冶炼得到的钢水的总重量的1/3加到所述钢包中时，向所述钢包中加入1050千克的铝锰铁进行脱氧，且以所述铝锰铁的总重量为基准，所述铝锰铁含有25重量％的Al、30重量％的Mn和45重量％的Fe；所述冶炼得到的钢水全部加到所述钢包中时，所述钢包中的钢液中酸溶铝的含量为基于所述钢液总重量的0.043重量％。

(2)所述冶炼得到的钢水全部加到所述钢包中之后，在所述钢包炉精炼开始之前第3分钟，依次向所述钢包中加入550千克的精炼渣(以所述精炼渣的总重量为基准，所述精炼渣含有75重量％的CaO、3重量％的SiO₂、4重量％的Al₂O₃、3重量％的Na₂O、10重量％的CaF₂和5重量％的MgO)和65千克的铝粒(以所述铝粒的总重量的为基准，所述铝粒含有98重量％的铝和2重量％的三氧化二铝，所述铝粒的颗粒直径为5毫米)；然后对所述钢包中的钢液进行加热以开始钢包炉精炼，在所述精炼渣、铝锰铁和第一批铝粒完全熔化时，再向所述钢包中加入60千克的铝粒(以所述铝粒的总重量的为基准，所述铝粒含有98重量％的铝和2重量％的三氧化二铝，所述铝粒的颗粒直径为5毫米)；当所述铝粒完全熔化时，所述钢包中的钢液中酸溶铝的含量为基于所述钢液总重量的0.05重量％。

(3)在真空度为300Pa以下进行真空处理23分钟。

(4)在真空处理结束之后，以氩气流量为9.5升/分钟向所述钢包中的钢液中吹入氩气，其中，比搅拌功(ω)为33瓦/吨，冶炼得到的钢水的重量(W_g)为131吨，冶炼得到的钢水的温度(T_l)为1853K(即1580℃)，吹入的氩气的温度(T_n)为300K(即27℃)，钢包中钢液的深度(H₀)为2.8米，渣面氩气出口压力(P₂)为8900Pa，吹氩时间为6分钟。

(5)在真空处理结束之后进行钢坯连铸，钢坯连铸时，所述钢包的下水口设置有如图1所示的密封垫圈，所述密封垫圈的锥形筒的径向长度(线段FG)为4毫米，凸缘的径向长度(线段AB)为54毫米，即凸缘凸出于锥形筒筒壁的径向长度(线段AB与线段FG的差)为50毫米，锥形筒的高度(线段CD)为45毫米，凸缘的轴向长度(线段DE)为7毫米。所述密封垫圈、钢包和保护管构成的连铸保护浇铸系统如图2所示，其中，由于凸缘的轴向长度(线段DE)为7毫米，大于保护管上端面8与钢水包下端面7之间的5毫米的距离，这样通过钢水包下端面7与保护管上端面8对凸缘2的挤压使得位于保护管上端面8以上的凸缘2的轴向长度等于保护管上端面8与钢水包下端面7之间的距离，即使得密封垫圈9与钢水包下端面7之间为过盈配合；所述保护管4与锥形筒之间以及所述锥形筒与下水口5之间为密闭连接。在连铸的过程中，在钢包下水口与保护管上端的锥形部分之间吹入氩气，氩气流量为10升/分钟。在上述条件下将真空处理后得到的钢水连铸成断面尺寸为280毫米×380毫米的铸坯，所获得的钢种为20CrMoH钢种的齿轮钢。

采用GB/T11261-2006的方法测得所述铸坯总氧含量为10ppm。

实施例2

本实施例用于说明本发明提供的齿轮钢的生产方法。

(1)将136吨提钒后的半钢注入120吨转炉中进行顶底复吹冶炼，得到131吨钢水，将冶炼得到的钢水加到钢包中，当15重量％的所述冶炼得到的钢水加到钢包中时，向所述钢包中加入1179千克的精炼渣(以所述精炼渣的总重量为基准，所述精炼渣含有70重量％的CaO、4重量％的SiO₂、4重量％的Al₂O₃、4重量％的Na₂O、13重量％的CaF₂和5重量％的MgO)；当所述冶炼得到的钢水的总重量的25％加到所述钢包中时，向所述钢包中加入1244.5千克的铝锰铁进行脱氧，且以所述铝锰铁的总重量为基准，所述铝锰铁含有28重量％的Al、23重量％的Mn和49重量％的Fe；所述冶炼得到的钢水全部加到所述钢包中时，所述钢包中的钢液中酸溶铝的含量为基于所述钢液总重量的0.03重量％。并通过喂铝线50千克(铝线的截面直径为8毫米，含有99.7重量％的铝)使所述钢包中的钢液中酸溶铝的含量为基于所述钢液总重量的0.045重量％。

(2)喂铝线后，在所述钢包炉精炼开始之前第2分钟，依次向所述钢包中加入655千克的精炼渣(以所述精炼渣的总重量为基准，所述精炼渣含有70重量％的CaO、4重量％的SiO₂、4重量％的Al₂O₃、4重量％的Na₂O、13重量％的CaF₂和5重量％的MgO)和73.4千克的铝粒(以所述铝粒的总重量的为基准，所述铝粒含有95重量％的铝和5重量％的三氧化二铝，所述铝粒的颗粒直径为6毫米)；然后对所述钢包中的钢液进行加热以开始钢包炉精炼，在所述精炼渣、铝锰铁和第一批铝粒完全熔化时，再向所述钢包中加入68千克的铝粒(以所述铝粒的总重量的为基准，所述铝粒含有95重量％的铝和5重量％的三氧化二铝，所述铝粒的颗粒直径为6毫米)；当所述铝粒完全熔化时，所述钢包中的钢液中酸溶铝的含量为基于所述钢液总重量的0.053重量％。

(3)在真空度为300Pa以下进行真空处理22分钟。

(4)在真空处理结束之后，以氩气流量为8.9升/分钟向所述钢包中的钢液中吹入氩气，其中，比搅拌功(ω)为30瓦/吨，冶炼得到的钢水的重量(W_g)为131吨，冶炼得到的钢水的温度(T_l)为1848K(即1575℃)，吹入的氩气的温度(T_n)为298K(即25℃)，钢包中钢液的深度(H₀)为2.85米，渣面氩气出口压力(P₂)为8950Pa，吹氩时间为9分钟。

(5)在真空处理结束之后进行钢坯连铸，钢坯连铸时，所述钢包的下水口设置有如图1所示的密封垫圈，所述密封垫圈的锥形筒的径向长度(线段FG)为4毫米，凸缘的径向长度(线段AB)为44毫米，即凸缘凸出于锥形筒筒壁的径向长度(线段AB与线段FG的差)为40毫米，锥形筒的高度(线段CD)为45毫米，凸缘的轴向长度(线段DE)为3毫米。所述密封垫圈、钢包和保护管构成的连铸保护浇铸系统如图2所示，其中，由于凸缘的轴向长度(线段DE)为3毫米，因此位于保护管上端面8以上的凸缘2的轴向长度为3毫米，小于保护管上端面8与钢水包下端面7之间的距离5毫米；所述保护管4与锥形筒之间以及所述锥形筒与下水口5之间为密闭连接。在连铸的过程中，在钢包下水口与保护管上端的锥形部分之间吹入氩气，氩气流量为10升/分钟。在上述条件下将真空处理后得到的钢水连铸成断面尺寸为280毫米×380毫米的铸坯，所获得的钢种为20CrMoH钢种的齿轮钢。

采用GB/T11261-2006的方法测得所述铸坯总氧含量为12ppm。

实施例3

本实施例用于说明本发明提供的齿轮钢的生产方法。

(1)将136吨提钒后的半钢注入120吨转炉中进行顶底复吹冶炼，得到131吨钢水，将冶炼得到的钢水加到钢包中，当35重量％的所述冶炼得到的钢水加到钢包中时，向所述钢包中加入917千克的精炼渣(以所述精炼渣的总重量为基准，所述精炼渣含有88重量％的CaO、0.5重量％的SiO₂、0.5重量％的Al₂O₃、2重量％的Na₂O、8重量％的CaF₂和1重量％的MgO)；当所述冶炼得到的钢水的总重量的35％加到所述钢包中时，向所述钢包中加入917千克的铝锰铁进行脱氧，且以所述铝锰铁的总重量为基准，所述铝锰铁含有28重量％的Al、32重量％的Mn和40重量％的Fe；所述冶炼得到的钢水全部加到所述钢包中时，所述钢包中的钢液中酸溶铝的含量为基于所述钢液总重量的0.04重量％。

(2)所述冶炼得到的钢水全部加到所述钢包中之后，在所述钢包炉精炼开始之前第1分钟，依次向所述钢包中加入524千克的精炼渣(以所述精炼渣的总重量为基准，所述精炼渣含有88重量％的CaO、0.5重量％的SiO₂、0.5重量％的Al₂O₃、2重量％的Na₂O、8重量％的CaF₂和1重量％的MgO)和59千克的铝粒(以所述铝粒的总重量的为基准，所述铝粒含有99重量％的铝和1重量％的三氧化二铝，所述铝粒的颗粒直径为7毫米)；然后对所述钢包中的钢液进行加热以开始钢包炉精炼，在所述精炼渣、铝锰铁和第一批铝粒完全熔化时，再向所述钢包中加入65千克的铝粒(以所述铝粒的总重量的为基准，所述铝粒含有99重量％的铝和1重量％的三氧化二铝，所述铝粒的颗粒直径为7毫米)；当所述铝粒完全熔化时，所述钢包中的钢液中酸溶铝的含量为基于所述钢液总重量的0.048重量％。

(3)在真空度为300Pa以下进行真空处理23分钟，并在此过程中通过加入25千克的铝粒(以所述铝粒的总重量的为基准，所述铝粒含有99重量％的铝和1重量％的三氧化二铝，所述铝粒的颗粒直径为7毫米)，使所述钢包中的钢液中酸溶铝的含量为基于所述钢液总重量的0.053重量％。

(4)在真空处理结束之后，以氩气流量为7.2升/分钟向所述钢包中的钢液中吹入氩气，其中，比搅拌功(ω)为25瓦/吨，冶炼得到的钢水的重量(W_g)为131吨，冶炼得到的钢水的温度(T_l)为1850K(即1577℃)，吹入的氩气的温度(T_n)为299K(即26℃)，钢包中钢液的深度(H₀)为2.9米，渣面氩气出口压力(P₂)为8910Pa，吹氩时间为12分钟。

(5)在真空处理结束之后进行钢坯连铸，钢坯连铸时，所述钢包的下水口设置有如图1所示的密封垫圈，所述密封垫圈的锥形筒的径向长度(线段FG)为4毫米，凸缘的径向长度为74毫米，即凸缘凸出于锥形筒筒壁的径向长度(线段AB与线段FG的差)为70毫米，锥形筒的高度(线段CD)为45毫米，凸缘的轴向长度(线段DE)为5毫米。所述密封垫圈、钢包和保护管构成的连铸保护浇铸系统如图2所示，其中，由于凸缘的轴向长度(线段DE)为5毫米，因此位于保护管上端面8以上的凸缘2的轴向长度(线段DE)等于保护管上端面8与钢水包下端面7之间的5毫米的距离，密封垫圈9与钢水包下端面7之间为自由配合；所述保护管4与锥形筒之间以及所述锥形筒与下水口5之间为密闭连接。在连铸的过程中，在钢包下水口与保护管上端的锥形部分之间吹入氩气，氩气流量为10升/分钟。在上述条件下将真空处理后得到的钢水连铸成断面尺寸为280毫米×380毫米的铸坯，所获得的钢种为20CrMnTi钢种的齿轮钢。

采用GB/T11261-2006的方法测得所述铸坯总氧含量为11ppm。

实施例4

本实施例用于说明本发明提供的齿轮钢的生产方法。

根据实施例3的方法生产20CrMnTi钢种的齿轮钢，所不同的是使用的密封垫圈只有锥形筒，没有凸缘，将所得到的钢水连铸成断面尺寸为280毫米×380毫米的铸坯。

采用GB/T11261-2006的方法测得所述铸坯总氧含量为15ppm。

对比例1

根据实施例3的方法生产20CrMnTi钢种的齿轮钢，所不同的是使用300千克电石代替铝锰铁，且以所述电石的总重量为基准，所述电石含有80重量％的CaC₂，将所得到的钢水连铸成断面尺寸为280毫米×380毫米的铸坯。

采用GB/T11261-2006的方法测得所述铸坯总氧含量为25ppm。

对比例2

根据实施例3的方法生产20CrMnTi钢种的齿轮钢，所不同的是铝锰铁的加入量为786千克，将所得到的钢水连铸成断面尺寸为280毫米×380毫米的铸坯。

采用GB/T11261-2006的方法测得所述铸坯总氧含量为23ppm。

对比例3

根据实施例3的方法生产20CrMnTi钢种的齿轮钢，所不同的是当30重量％的所述冶炼得到的钢水加到钢包中时，向所述钢包中加入917千克的精炼渣(只加一次)，将所得到的钢水连铸成断面尺寸为280毫米×380毫米的铸坯。

采用GB/T11261-2006的方法测得所述铸坯总氧含量为21ppm。

由此可见，采用本发明提供的齿轮钢的生产方法获得的钢的总氧含量为15ppm以下。

Claims (14)

1.一种齿轮钢的生产方法，该方法包括将提钒后的半钢加到转炉中进行冶炼，将冶炼得到的钢水加到钢包中，之后在精炼渣和脱氧剂存在下进行钢包炉精炼，然后进行真空处理和钢坯连铸，其特征在于，所述精炼渣至少分两批加入钢包中，第一批精炼渣在第一时间加到所述钢包中，所述第一时间为从所述冶炼得到的钢水开始加到所述钢包中至35重量％的所述冶炼得到的钢水加到所述钢包中的时间段，剩余的精炼渣在所述冶炼得到的钢水全部加到所述钢包中至所述钢包炉精炼开始的时间段内加入；所述脱氧剂包括沉淀脱氧剂和扩散脱氧剂，所述沉淀脱氧剂包括铝合金脱氧剂，所述铝合金脱氧剂在所述冶炼得到的钢水总重量的25-45％加到所述钢包中时加入；所述扩散脱氧剂在所述冶炼得到的钢水全部加到所述钢包中之后加入，所述扩散脱氧剂为铝粒；且相对于每吨所述冶炼得到的钢水，所述精炼渣的加入总量为11-14千克，所述铝合金脱氧剂的加入量为7-9.5千克，所述铝粒的加入总量为0.8-1.2千克。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，以所述冶炼得到的钢水的总重量为基准，所述冶炼得到的钢水含有0.01-0.12重量％的碳、0.01-0.03重量％的硅、002-0.4重量％的锰、0.02重量％以下的磷、0.02重量％以下的硫、0.01-0.05重量的钒和99.45-99.85重量％的铁。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，相对于每吨所述冶炼得到的钢水，所述第一批精炼渣的加入量为7-9千克。

4.根据权利要求1或3所述的方法，其中，以所述精炼渣的总重量为基准，所述精炼渣含有70-88重量％的CaO、4重量％以下的SiO₂、4重量％以下的Al₂O₃、2-4重量％的Na₂O、8-13重量％的CaF₂和5重量％以下的MgO。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述铝合金脱氧剂为铝锰铁，且以所述铝锰铁的总重量为基准，所述铝锰铁含有18-28重量％的Al、23-32重量％的Mn和40-50重量％的Fe。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述冶炼得到的钢水全部加到所述钢包中时，所述钢包中的钢液中酸溶铝的含量低于0.035重量％，所述沉淀脱氧剂还包括铝线，所述铝线在所述冶炼得到的钢水全部加到所述钢包中时加入，且所述铝线的加入使所述钢包中的钢液中酸溶铝的含量控制为基于其总重量的0.035-0.045重量％。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述铝线含有99重量％以上的铝，截面直径为7-15毫米。

8.根据权利要求1、2或6所述的方法，其中，所述铝粒分两批加入，且在所述钢包炉精炼开始之前，向所述钢包中加入第一批铝粒；在钢包炉精炼过程中，在加入钢包中的所述精炼渣、所述沉淀脱氧剂和所述第一批铝粒完全熔化时，向所述钢包中加入第二批铝粒。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，相对于每吨所述冶炼得到的钢水，所述第一批铝粒的加入量为0.4-0.6千克。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第二批铝粒的加入量使所述钢包中钢液的酸溶铝含量为基于其总重量的0.045-0.055重量％。

11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第二批铝粒完全熔化之后，所述钢包中的钢液的酸溶铝含量为0.045重量％至0.05重量％以下时，在所述真空处理过程中，通过加入所述铝粒使所述钢包中钢液的酸溶铝含量为基于其总重量的0.05-0.055重量％。

12.根据权利要求9-11中任意一项所述的方法，其中，以所述铝粒的总重量为基准，所述铝粒含有95-100重量％的铝和0-5重量％的三氧化二铝，所述铝粒的颗粒直径为3-12毫米。

13.根据权利要求1、2或6所述的方法，其中，在所述真空处理和所述钢坯连铸之间还包括向所述钢包中的钢液中吹入氩气，氩气的流量与比搅拌功的关系如下式：

$Q_{\mathrm{Ar}}=\frac{\mathrm{\ω}\·\mathrm{Wg}}{6.18T_l\·[1-\frac{T_n}{T_l}+\ln (1+\frac{H_0}{1.46\×{10}^{-5}{P}_2})]}$

其中，ω为15-40瓦/吨；Q_Ar为氩气的流量；W_g为所述冶炼得到的钢水的重量；T_l为钢水温度；T_n为氩气温度；H₀为所述钢包中钢液的深度；P₂为渣面氩气出口压力。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述吹入氩气的时间为6-12分钟。

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