CN104046750A - 一种制备轴承钢的方法 - Google Patents

Abstract

一种制备轴承钢的方法，该方法包括：将转炉内的钢水依次进行出钢合金化及出钢渣洗、LF炉精炼、RH真空处理和连铸，其中，所述出钢合金化的过程使得完成合金化过程后钢包内钢水中Als的含量为0.04-0.09重量%；所述出钢渣洗使得钢包顶渣中FeO和MnO的总含量为10重量%以下，所述LF炉精炼过程使得钢包顶渣中FeO和MnO的总含量为1重量%以下；所述连铸的过程中当中间包的钢水的容量达到10-20%时，将中间包中的钢水注入结晶器中。本发明可以达到单中间包连浇炉数≥10炉，且制备的轴承钢T[O]≤8×10^-6，夹杂物各项评级均≤1.0级。

Description

一种制备轴承钢的方法

技术领域

本发明涉及一种制备轴承钢的方法。

背景技术

轴承钢广泛应用于各行业，需求量较大。但其性能要求T[O]控制在12×10^-6以内，夹杂物评级要求也较高。

资料显示，国内有少量厂家采用LF精炼-RH真空处理-连铸的工艺流程生产轴承钢，如专利CN1208772公开了一种轴承钢的精炼方法，制造步骤为将钢水依次进行电炉冶炼、钢包炉精炼、真空炉脱气和钢液浇铸成钢锭等步骤处理，其特征是：在钢包炉中采用硅钡或硅铝钡合金对轴承钢进行脱氧和夹杂变性处理；该发明专利采用钡处理达到夹杂物改性的目的；专利CN1369568公开了一种用于冶金行业的超纯高碳铬轴承钢的冶炼方法，该专利通过加入含硅20-30kg/吨钢的特殊合金进行精炼，以满足钢的质量要求。

为提高轴承钢的疲劳寿命，需要尽可能减少钢的氧含量和夹杂物含量。目前，多采用铝对钢水进行深脱氧，钢中Als含量一般控制在0.02-0.04%，但铝脱氧时产生的夹杂物对钢水的可浇性带来不利影响，特别是断面较小的连铸机（≤220mm×220mm）浸入式水口内径小，更容易出现堵塞。

铝脱氧钢一般采用钙处理对夹杂物变性的方式来改善钢水的可浇性，但钙处理的方式很难控制点状夹杂物，而点状夹杂对轴承钢疲劳性能影响极大；也有采用钡处理的方式来改善钢水的可浇性，同样存在点状夹杂物难以控制和增加成本等问题。另外，采用塞棒吹氩的方式可减少水口的堵塞，但是，一方面，对于断面较小的连铸机，塞棒吹氩容易引起结晶器液位波动，造成卷渣等缺陷，并影响拉速的提高；另一方面，塞棒与浸入式水口结合部位始终会出现夹杂物附着和固态钢（即冷钢）。

因此，采用LF精炼、RH真空处理和连铸的工艺流程生产轴承钢时，大部分厂家都是通过在LF炉精炼过程中加入特殊合金的方式对夹杂物进行控制，由于特殊合金的加入，从而使轴承钢的精炼成本增加。在连铸过程中，不通过对钢水夹杂物变性处理，而是通过控制连铸工艺来提高间中间包连浇炉数的方法在国内还未见报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中在轴承钢精炼过程中对LF炉中加入特殊合金而使轴承钢生产成本高和连铸过程中小方坯连铸轴承钢可浇性差的缺陷，提供一种制备轴承钢的方法。

本发明提供了一种制备轴承钢的方法，该方法包括：将转炉内的钢水依次进行出钢合金化及出钢渣洗、LF炉精炼、RH真空处理和连铸，其中，所述出钢合金化的过程包括在出钢过程中向钢包中的钢水加入铝铁调整钢水中Als的含量，使得完成合金化过程后钢包内钢水中Als的含量为0.04-0.09重量%；所述出钢渣洗和所述LF炉精炼过程中均通过加入高钙含量精炼渣和含铝精炼渣调整钢包顶渣的组成，使得完成出钢渣洗后钢包顶渣中FeO和MnO的总含量为10重量%以下，使得完成LF炉精炼后钢包顶渣中FeO和MnO的总含量为1重量%以下；所述连铸的过程包括先向中间包吹氩，接着将RH真空处理后的钢水注入中间包中，当中间包中的钢水的容量达到10-20%时，再将中间包中的钢水注入结晶器中；所述中间包包括至少3个塞棒式水口，将中间包中的钢水注入结晶器的过程中，先打开中间水口的塞棒，再打开与中间水口相邻的水口的塞棒，最后依次扩展到两端水口的塞棒，使钢水先后从所述水口注入结晶器中。

本发明无需对钢水夹杂物进行变性处理即可保证单中间包连浇炉数≥10炉，且制备的轴承钢T[O]≤8×10^-6，夹杂物各项评级均≤1.0级，满足批量生产的需要。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1是根据本发明的实施方式的中间包结构示意图。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供了一种制备轴承钢的方法，该方法包括：将转炉内的钢水依次进行出钢合金化及出钢渣洗、LF炉精炼、RH真空处理和连铸，其中，所述出钢合金化的过程包括在出钢过程中向钢包中的钢水加入铝铁调整钢水中Als的含量，使得完成合金化过程后钢包内钢水中Als的含量为0.04-0.09重量%；所述出钢渣洗和所述LF炉精炼过程中均通过加入高钙含量精炼渣和含铝精炼渣调整钢包顶渣的组成，使得完成出钢渣洗后钢包顶渣中FeO和MnO的总含量为10重量%以下，使得完成LF炉精炼后钢包顶渣中FeO和MnO的总含量为1重量%以下；所述连铸的过程包括先向中间包吹氩，接着将RH真空处理后的钢水注入中间包中，当中间包中的钢水的容量达到10-20%时，再将中间包中的钢水注入结晶器中；所述中间包包括至少3个塞棒式水口，将中间包中的钢水注入结晶器的过程中，先打开中间水口的塞棒，再打开与中间水口相邻的水口的塞棒，最后依次扩展到两端水口的塞棒，使钢水先后从所述水口注入结晶器中。

在本发明中，所述出钢合金化过程包括：所述转炉内的钢水向钢包内流入1/3-1/2时，向进入钢包的钢水中加入含铝铁和合金化材料的复合原料，所述复合原料的用量优选为40-50kg/吨钢。

在本发明中，所述复合原料优选含有铝铁、锰铁、铬铁、硅铁和无烟煤增碳剂，以所述复合原料的总重量为基准，所述铝铁的含量可以为6-8重量%，所述铬铁的含量可以为60-70重量%，所述锰铁的含量可以为8-10重量%，所述硅铁的含量可以为3-5重量%，所述无烟煤增碳剂的含量可以为12-20重量%。

在本发明中，铝铁的加入可以保证出钢合金化后，所述钢水中含有较高含量的Als。优选情况下，所述铝铁中，铝的含量为39-41重量%，铁的含量为56-61重量%，其余为不可避免的杂质。

在本发明中，所述锰铁中可以含有75-78重量%的Mn和20-22重量%的Fe。所述铬铁中可以含有60-63重量%的Cr和37-40重量%的Fe，其余为杂质。所述硅铁中可以含有75-80重量%的Si和20-25重量%的Fe。所述无烟煤增碳剂中可以含有：92-95重量%的C、3.0-5.0重量%的灰分、0.1-0.3重量%的硫、1.0-1.2重量%的挥发物和0.1-0.8重量%的水，所述无烟煤增碳剂粒度为3-15mm。所述锰铁、铬铁、硅铁和无烟煤增碳剂中均含有不可避免的杂质。

在本发明中，所述出钢渣洗过程包括：所述转炉内的钢水向钢包内流入1/2-2/3时，向进入钢包的钢水中加入活性石灰2-8kg/吨钢和萤石0.5-2kg/吨钢，当所述转炉内的钢水全部流入钢包时，向钢包渣面加入高钙含量精炼渣3-8kg/吨钢，优选为4-6kg/吨钢后，加入含铝精炼渣2-5kg/吨钢，优选为3-4kg/吨钢，然后进行吹氩。

在本发明中，所述出钢渣洗过程中，当含铝精炼渣加入之后，可以对钢包进行吹氩。所述吹氩的流量可以为0.4-1.0NL/吨钢水·分钟；吹氩的压力可以控制为0.5-1.0MPa，优选为0.6-0.8MPa，吹氩的时间为5-10分钟。吹氩时间到达后，钢水送往LF炉进行精炼。

在本发明中，所述出钢渣洗后，将钢水送往LF炉精炼之前，所述钢包顶渣中必须保证FeO和MnO的总含量为10重量%以下，所述钢水的成分可以满足：0.80-0.90重量%的碳、0.15-0.25重量%的硅、0.30-0.45重量%的锰、1.30-1.50重量%的铬，0.015重量%以下的磷、0.010重量%以下的硫、0.0020-0.0030重量%的T[O]、0.04-0.09重量%的Als、0.0005重量%以下的钙，余量为铁及微量杂质，此时钢水温度可以为1500-1550℃，优选情况下，所述钢水中Als的含量为0.05-0.08重量%。

根据本发明所述的方法，所述LF炉精炼过程包括：对钢包中的钢水吹氩，加入所述高钙含量精炼渣3-10kg/吨钢后，加入部分所述含铝精炼渣2-8kg/吨钢，保持精炼10-20分钟，优选为14-16分钟；接着加入剩余部分所述含铝精炼渣1-4kg/吨钢，然后再保持精炼10-20分钟，优选为13-16分钟。

根据本发明所述的方法：所述钢水进入LF处理工位后，可以对钢包中的钢水进行吹氩，所述吹氩的流量可以为2-5NL/吨钢水·分钟；吹氩的压力可以控制为0.5-1.0MPa，优选为0.6-0.8MPa。

根据本发明所述的方法，所述LF炉精炼后，所述钢包顶渣中含有50-60重量%的CaO、0-10重量%的SiO₂、25-35重量%的Al₂O₃、0-8重量%的MgO、0-0.5重量%的FeO、0-0.5重量%的MnO和3-5重量%的CaF₂；此时钢水中含有0.85-0.95重量%的碳、0.20-0.30重量%的硅、0.30-0.45重量%的锰、1.30-1.50重量%的铬、0.015重量%以下的磷、0.005重量%以下硫、0.0010-0.0020重量%的T[O]、0.03-0.05重量%的Als、0.0005重量%以下的钙，余量为铁及微量杂质，此时钢水温度可以控制为1550-1590℃。

在本发明中，在LF炉精炼后，当所述钢包顶渣和钢水的成分均满足上述条件后，还进一步包括对钢包的吹氩，所述吹氩的流量可以为0.4-1.0NL/吨钢水·分钟；吹氩压力可以控制为0.2-1.0MPa，优选为0.6-0.8MPa，所述吹氩的时间可以控制为5-10分钟。

根据本发明所述的方法，LF炉精炼后，将所述钢水进行RH真空处理。优选情况下，所述RH真空处理过程包括：对钢包中的钢水进行抽真空处理，使真空室内的真空度为60-70Pa，且保持所述的真空度15-20分钟，接着对钢水进行合金化处理，再进行破真空处理，破真空处理完成后向钢包渣面加入含铝精炼渣1-4kg/吨钢，优选为2-3kg/吨钢；最后向钢包中吹氩，所述吹氩的流量为0.2-0.8NL/吨钢水.分钟，吹氩的时间为5-20分钟，优选为10-15分钟。

在本发明中，所述RH真空处理过程中，所述合金化原料可以为碳粉和铬铁。所述碳粉中C的含量可以为95-99重量%，其余为杂质；所述铬铁与上述描述相同。合金化原料加入后，所述钢水的成分可以为：0.95-1.05重量%的碳、0.25-0.30重量%的硅、0.35-0.40重量%的锰、1.30-1.50重量%的铬、0.015重量%以下的磷、0.005重量%以下的硫、0.0005-0.0008重量%的T[O]、0.01-0.03重量%的Als、0.0005重量%以下的钙，余量为铁及微量杂质，此时钢水温度可以为1450-1510℃。

在本发明中，所述高钙含量精炼渣优选含有70-80重量%的CaO、1-5重量%的SiO₂、1-10重量%的Al₂O₃、7-15重量%的CaF₂和1-5重量%的MgO，余量为杂质。所述高钙含量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和萤石按照重量比10：1至10:4的比例进行均匀混合而制得，或者采用CaO和CaF₂按10：1至10:4的比例进行配加。

在本发明中，所述含铝精炼渣主要用于调整钢包渣中Al₂O₃的含量，并可脱除钢包渣中的氧（即对钢水起扩散脱氧的作用），在本发明中没有特别的限定，可以为各种常规的Al₂O₃含量较高的原料配加一定量的Al（铝）；为了达到更好的改性效果和扩散脱氧效果，从而提高脱氧效率和降低制得的钢坯的总氧含量，所述含铝精炼渣优选含有45-55重量%的Al₂O₃、35-45重量%的CaO和6-12重量%的Al。

根据本发明所述的方法，所述钢水经RH真空处理后送往连铸机平台，进行连铸。

根据本发明所述的方法，所述连铸的过程包括：从RH钢包中向中间包连续注入钢水，当中间包中的钢水的容量达到10-20%时，将中间包中的钢水注入结晶器中，其中，钢包中向中间包连续注入钢水之前，向中间包吹氩；所述中间包包括至少3个塞棒式水口，将中间包中的钢水注入结晶器的过程中，先打开中间水口的塞棒，再打开与中间水口相邻的水口的塞棒，最后依次扩展到两端水口的塞棒，使钢水先后从所述水口注入结晶器中。

优选地，所述中间包中钢水的容量达到30%之前，完成所有塞棒式水口的塞棒的打开。

优选地，所述方法还包括：在中间包中钢水的容量达到50%以上（优选50-70%）之后，向所述中间包中加入中间包覆盖剂。

根据本发明所述的方法，塞棒吹氩会造成结晶器液面的波动，造成卷渣等缺陷，因此，优选情况下，在砌筑中间包时，采用的塞棒为实心塞棒，浇注过程中塞棒不吹氩。此外，本领域的技术人员能够清楚地理解到，在中间包砌筑好之后必须进行良好烘烤，保证中间包内壁温度≥1100℃，水口内壁温度≥500℃。

根据本发明所述的方法，所述中间包可以为矩形中间包，所述中间包的塞棒式水口的数目可以为3-8，优选为5-7，中间包的盛钢量可以为20-50t。

根据本发明所述的方法，向所述中间包内吹氩可以降低中间包内钢水被氧化的几率，优选情况下，在钢水进入中间包之前通过所述中间包底部的充氩管向中间包内吹氩，所述吹氩的流量为300-600NL/min，吹氩压力可以为0.5-1.0MPa，优选为0.5-0.8MPa，向中间包内注入钢水时必须保证中间包内无空气，因此，向所述中间包内吹氩的最小时间需要满足以下公式：

T=1000×W/ρ/Q/n，

其中，T—吹氩时间，单位为min；W—中间包容量，单位为t；ρ为7.6-7.8t/m³，表示钢水在浇注温度下的密度；Q—吹氩流量，单位为NL/min；n—中间包内吹氩管的数量。中间包内吹氩管的数量可以为1-10，优选为2-4，最优选为3。例如，中间包的容量为45t，氩气流量为500NL/min；吹氩管数量为3，则最小吹氩时间=1000×45/7.6/500/3=3.94min。

根据本发明的优选实施方式，当中间包覆盖剂加入后，停止吹氩。

根据本发明所述的方法，将钢包内钢水通过长水口注入中间包内，当钢水达到所述中间包容量的10-20%时，更优选为14-16%时，打开塞棒，开始开浇。

根据本发明所述的方法，为了保证中间包的水口不被堵塞，所述开浇的步骤为：先打开中间水口的塞棒，再打开与中间水口相邻水口的塞棒，最后依次扩展到两端水口的塞棒，即，先进行中间流次开浇，再进行中间流次相邻的流次，最后扩展到两端流次的开浇。当所述中间包的水口个数为奇数时，先打开中间的一个水口进行开浇，再依次向中间水口的两侧扩展，逐次打开水口，且每次打开两个水口，即每侧一个；当所述中间包的水口个数为偶数时，先打开中间的两个水口进行开浇，再依次向中间水口的两侧扩展，逐次打开水口，且每次打开两个水口，即每侧一个。例如，如图1所示，1-6为中间包的六个水口，a-c为中间包的氩气管道。根据本发明所述的方法，钢水在中间包向结晶器的开浇次序为：先进行3、4流次开浇，再进行2、5流次开浇，最后进行1、6流次开浇。

根据本发明所述的方法，打开与中间水口相邻的水口的塞棒的间隔时间为1-10秒。

根据本发明所述的方法，从开始开浇到最后一流开浇（即所有水口都打开）的时间间隔优选在2min以内，更优选为1-2min。

在现有的小方坯连铸轴承钢的生产过程中，中间包覆盖剂（保护渣）通常主要是在开浇之前（也即打开水口之前）加入。然而，本发明的发明人发现，在中间包所有流次都开浇（也即所有水口都打开）之后，当钢水达到中间包容量的50%以上（优选为50-70%）之后加入所述中间包覆盖剂，这样可以避免中间包内钢水液位较低时覆盖剂卷入钢水内。因此，本发明中优选在中间包中钢水的容量达到50%以上（优选50-70%）之后，向所述中间包中加入中间包覆盖剂，所述中间包覆盖剂的用量可以为3-5kg/吨钢。

本发明对所述中间包覆盖剂没有特别的限定，可以为本领域常用的中间包覆盖剂。优选地，所述中间包覆盖剂为复合型中间包覆盖剂。为了减少钢中的夹杂物，优选情况下，所述中间包覆盖剂的碱度为0.5-0.8，所述中间包覆盖剂中，主要组成及其含量分别为：C含量为15-20重量%，CaO含量为25-35重量%，SiO₂含量为30-35重量%，Al₂O₃的含量为0-10重量%，熔点为1250-1300℃，粒度为0.1-0.2mm。所述中间包覆盖剂以粉末或颗粒形式加入。

在优选的实施方式中，为了进一步对中间包钢水进行保温，在加入中间包覆盖剂后，所述方法还包括在中间包液面上加入保温剂碳化稻壳，所述碳化稻壳中：碳含量为50-70重量%，含氮量0.5-0.7重量%，容重为0.15-0.24g/立方厘米，总孔隙度82.5%，无肉眼可见杂质。所述碳化稻壳的用量可以为0.1-0.5kg/吨钢。

在本发明中，所述中间包覆盖剂、碳化稻壳的用量均指从钢包浇注到中间包的每吨钢水所需要的质量。

为了避免在浇注过程中钢坯产生裂纹，中间偏析严重，连铸坯壳薄厚不一或造成水口冻结的缺陷，在本发明中，所述中间包的过热度可以控制为20-45℃。由于第一炉钢水进入中间包时，中间包的温度较低，优选情况下，所述中间包第一炉钢水的过热度控制为35-45℃，第二炉起将过热度控制为25-35℃。

根据本发明所述的方法，为了保证铸坯成分均匀，所述结晶器包括电磁搅拌器，所述电磁搅拌器的操作条件包括：频率为2.5-3.5Hz，优选为2.8-3.2Hz；搅拌电流为350-400A，优选为370-390A。

根据本发明所述的方法，所述方法还包括在将钢水送至结晶器之后进行铸坯的连铸，所述铸坯的连铸的过程包括：开动引锭杆，拉坯，使铸坯进入二冷段区冷却。

根据本发明所述的方法，为了避免连铸拉速过快造成的连铸坯壳太薄，或连铸拉速过慢时影响到连铸机的生产能力，优选情况下，所述中间包第一炉的连铸拉速控制为0.85-0.95m/min，其它炉次的连铸拉速控制为0.80-1.40m/min，进一步优选为1.05-1.15m/min，保证拉速波动≤±0.05m/min。

根据本发明所述的方法，为了避免连铸坯表面和中心之间出现裂纹或鼓肚现象，优选情况下，所述二冷比水量为0.40-0.60L/kg，进一步优选为0.45-0.55L/kg。

以下的实施例将对本发明作进一步的说明，但并不因此限制本发明。

以下实施例和对比例中，按照连铸方坯评级标准YB/T153-1999，测试评价铸坯中心疏松、中心偏析，中心缩孔、中心裂纹、中间裂纹等内部缺陷。

所述高钙含量精炼渣含有80重量%的CaO、3重量%的SiO₂、3重量%的Al₂O₃、12重量%的CaF₂和1重量%的MgO，余量为杂质。所述含铝精炼渣含有52重量%的Al₂O₃、41重量%的CaO和7重量%的Al。

铝铁的成分为；56重量%的Fe，41重量%的Al，其余为杂质。

锰铁的成分为：77重量%的Mn和21重量%的Fe，其余为杂质。

铬铁的成分为：62重量%的Cr和37重量%的Fe，其余为杂质。

硅铁的成分为：78重量%的Si和21重量%的Fe，其余为杂质。

无烟煤增碳剂的成分为：94重量%的C、3.5重量%的灰分、0.15重量%的硫、1.1重量%的挥发物和0.5重量%的水，粒度为3-15mm。

铝粒的成分为：99.9重量%的Al，其余为微量元素和杂质。

碳粉的成分为：99重量%的C，其余为杂质。

钢水均采用200mm×200mm的六机六流方坯连铸机连铸，中间包的容量为45t。中间包覆盖剂购自攀枝花钢城集团公司，牌号为PC-1；碳化稻壳中：碳含量为60重量%，含氮量0.6重量%，容重为0.19g/立方厘米，总孔隙度82.5%，无肉眼可见杂质。

实施例1

经120t转炉冶炼后的钢水在出钢1/3时，即转炉内钢水向钢包内流入1/3时，开始加入铝铁385kg、铬铁3425kg、锰铁500kg、硅铁200kg、无烟煤增碳剂980kg；合金化原料加完后，约出钢1/2时，开始向钢包内加入活性石灰3kg/吨钢；加入萤石0.9kg/吨钢。当转炉内钢水完全流入钢包后，向钢包渣面加入高钙含量精炼渣4.0kg/吨钢，加入完成后，再加入含铝精炼渣3.0kg/吨钢。加入完成后，再进行钢包吹氩，此时氩气流量为0.7NL/吨钢水·分钟；吹氩压力保持0.8MPa，保证吹氩时间7分钟。吹氩时间到达后，将钢水送往LF。

钢水送到LF工位时，此时钢包顶渣A除不可避免的杂质外的主要成分如表1所示，钢水A除Fe及微量杂质外的成分及其含量如表2所示，此时钢水温度为1545℃。

钢水进入LF处理工位后，接通钢包底吹氩管，进行吹氩，吹氩流量为3.1NL/吨钢水·分钟，吹氩压力保持0.7MPa。先加入高钙含量精炼渣4.2kg/吨钢，高钙含量精炼渣加入完成后，再向钢包内加入含铝精炼渣3.6kg/吨钢。加入完成后进行精炼，保持精炼时间15分钟后，向钢包内再次加入含铝精炼渣2.4kg/吨钢；加入含铝精炼渣后，再次进行精炼，保持精炼时间16分钟。此时取样分析钢包顶渣的成分，钢包顶渣B除不可避免的杂质外的成分及其含量如表3所示，此时钢水B除Fe及微量杂质外的成分及其含量如表4所示，此时钢水温度为1562℃。然后再进行吹氩，此时氩气流量为0.4NL/吨钢水.分钟，吹氩压力保持0.7MPa。保证吹氩时间7分钟。钢水再送往RH进行处理。

钢水达到RH站后，进行测温取样，分析钢的成分。取样完成后，进行RH真空处理，开始抽真空，抽真空3.5分钟后，真空度降低到67Pa以内，保持该真空度17分钟后，根据进站取样结果，向钢水内加入碳粉1.2kg/吨钢、铬铁0.6kg/吨钢，保证钢水C除Fe及微量杂质外的成分及其含量如表5所示，此时钢水温度为1505℃。合金加入完成后，再继续真空处理7分钟后，进行破真空操作。然后向钢包渣面加入含铝精炼渣2.5kg/吨钢，再调整吹氩流量，吹氩流量为0.3NL/吨钢水·分钟。保持该条件下吹氩时间14分钟。钢水送往连铸平台进行浇钢，测得钢水的过热度为42℃。

连铸采用的中间包为实心塞棒砌筑的中间包，浇注过程塞棒不吹氩。

连铸开始前5min，接通氩管，向中间包内通入氩气，通入氩气的流量为450NL/min，压力为0.6MPa。钢包和中间包中间采用长水口密封，并在接缝处加入密封垫圈，开始向中间包内注入钢水，当钢水注入7吨时，打开3、4流塞棒，间隔10秒后，打开2、5流塞棒、再间隔10秒后，打开1、6流塞棒。塞棒打开后，钢水通过浸入式水口向结晶器内注入钢水，当结晶器液面达到65cm时，开动引锭杆，开始拉坯，拉坯速度由0逐步提高到0.85m/min。除中间包第一炉外，其它炉次钢水过热度控制在26-34℃。

上述过程中，当1、6流塞棒打开后，当钢水达到中间包容量的60%时，随即向中间包内加入中间包覆盖剂3.0kg/吨钢，覆盖剂加完后，停止充氩，再向中间包液面上加入保温剂碳化稻壳0.2kg/吨钢，以防止温度降低。

钢水开始浇注时，结晶器电磁搅拌开启，电流强度为380A、频率为3Hz，连铸拉速控制在1.05-1.15m/min，保证拉速波动≤±0.05m/min，二冷比水量采用0.53L/kg。

采用该方法进行开浇，一直到连续浇注12炉。

采用该方法浇注的200mm×200mm连铸坯，中间包第一炉铸坯表面无清理率达到98.3%，连铸坯低倍检查中心疏松1.0级，中心偏析0.5级，中心缩孔0.5级，无其他缺陷。其它炉次表面无清理率达到99.5%，连铸坯低倍检查中心疏松0.5级，中心偏析0.5级，无其他缺陷。中间包第一炉轴承钢钢坯T[O]为8×10^-6，杂物评级C类1.0级，无其它夹杂。其它炉次轴承钢钢坯T[O]7.5×10^-6，夹杂物评级均C类1.0级，无其它夹杂。

实施例2

经120t转炉冶炼后的钢水在出钢1/3时，即转炉内钢水向钢包内流入1/3时，开始加入铝铁410kg、铬铁3460kg、锰铁520kg、硅铁201kg、无烟煤增碳剂1108kg；合金化原料加完后，约出钢1/2时，开始向钢包内加入活性石灰3.8kg/吨钢；加入萤石1.2kg/吨钢。当转炉内钢水完全流入钢包后，向钢包渣面加入高钙含量精炼渣6kg/吨钢，加入完成后，再加入含铝精炼渣3.4kg/吨钢。加入完成后，再进行钢包吹氩，此时氩气流量为0.9NL/吨钢水·分钟；吹氩压力保持0.8MPa，保证吹氩时间9分钟。吹氩时间到达后，将钢水送往LF。

钢水送到LF工位时，此时钢包顶渣A除不可避免的杂质外的主要成分如表1所示，钢水A除Fe及微量杂质外的成分及其含量如表2所示，此时钢水温度为1544℃。

钢水进入LF处理工位后，接通钢包底吹氩管，进行吹氩，吹氩流量为4.4NL/吨钢水·分钟，吹氩压力保持0.6MPa。先加入高钙含量精炼渣3.8kg/吨钢，高钙含量精炼渣加入完成后，再向钢包内加入含铝精炼渣3.8kg/吨钢。加入完成后进行精炼，保持精炼时间16分钟后，向钢包内再次加入含铝精炼渣2.8kg/吨钢；加入含铝精炼渣后，再次进行精炼，保持精炼时间13分钟。此时取样分析钢包顶渣的成分，钢包顶渣B除不可避免的杂质外的成分及其含量如表3所示，此时钢水B除Fe及微量杂质外的成分及其含量如表4所示，此时钢水温度为1568℃。然后再进行吹氩，此时氩气流量为0.7NL/吨钢水.分钟，吹氩压力保持0.7MPa。保证吹氩时间7分钟。钢水再送往RH进行处理。

钢水达到RH站后，进行测温取样，分析钢的成分。取样完成后，进行RH真空处理，开始抽真空，抽真空4.2分钟后，真空度降低到65Pa以内，保持该真空度16分钟后，根据进站取样结果，向钢水内加入碳粉0.6kg/吨钢、铬铁1.0kg/吨钢，保证钢水C除Fe及微量杂质外的成分及其含量如表5所示，此时钢水温度为1510℃。合金加入完成后，再继续真空处理8分钟后，进行破真空操作。然后向钢包渣面加入含铝精炼渣2.5kg/吨钢，再调整吹氩流量，吹氩流量为0.3NL/吨钢水·分钟。保持该条件下吹氩时间14分钟。钢水送往连铸进行浇钢。

连铸采用的中间包为实心塞棒砌筑的中间包，浇注过程塞棒不吹氩。

连铸开始前5min，接通氩管，向中间包内通入氩气，通入氩气的流量为460NL/min，压力为0.5MPa。钢包和中间包中间采用长水口密封，并在接缝处加入密封垫圈，开始向中间包内注入钢水，当钢水注入8吨时，打开3、4流塞棒，间隔10秒后，打开2、5流塞棒、再间隔10秒后，打开1、6流塞棒。塞棒打开后，钢水通过浸入式水口向结晶器内注入钢水，当结晶器液面达到65cm时，开动引锭杆，开始拉坯，拉坯速度由0逐步提高到0.90m/min。除中间包第一炉外，其它炉次钢水过热度控制在26-33℃。

上述过程中，当1、6流塞棒打开后，当钢水达到中间包容量的65%时，随即向中间包内加入中间包覆盖剂3.2kg/吨钢，覆盖剂加完后，停止充氩，再向中间包液面上加入保温剂碳化稻壳0.18kg/吨钢，以防止温度降低。

钢水开始浇注时，结晶器电磁搅拌开启，电流强度为370A、频率为2.8Hz，连铸拉速控制在1.05-1.15m/min，保证拉速波动≤±0.05m/min，二冷比水量采用0.52L/kg。

采用该方法进行开浇，一直到连续浇注11炉。

采用该方法浇注的200mm×200mm连铸坯，中间包第一炉铸坯表面无清理率达到98.5%，连铸坯低倍检查中心疏松1.0级，中心偏析0.5级，中心缩孔0.5级，无其他缺陷。其它炉次表面无清理率达到99.6%，连铸坯低倍检查中心疏松0.5级，中心偏析0.5级，无其他缺陷。中间包第一炉轴承钢钢坯T[O]为10×10^-6，夹杂物评级均C类1.0级，无其它夹杂。其它炉次轴承钢钢坯T[O]7×10^-6，夹杂物评级均C类0.5级，无其它夹杂。

实施例3

经120t转炉冶炼后的钢水在出钢1/3时，即转炉内钢水向钢包内流入1/3时，开始加入铝铁450kg、铬铁3505kg、锰铁525kg、硅铁255kg、无烟煤增碳剂1140kg；合金化原料加完后，约出钢1/2时，开始向钢包内加入活性石灰4kg/吨钢；加入萤石1.5kg/吨钢。当转炉内钢水完全流入钢包后，向钢包渣面加入高钙含量精炼渣5kg/吨钢，加入完成后，再加入含铝精炼渣2.8kg/吨钢。加入完成后，再进行钢包吹氩，此时氩气流量为0.6NL/吨钢水·分钟；吹氩压力保持0.8MPa，保证吹氩时间6分钟。吹氩时间到达后，将钢水送往LF。

钢水送到LF工位时，此时钢包顶渣A除不可避免的杂质外的主要成分如表1所示，钢水A除Fe及微量杂质外的成分及其含量如表2所示，此时钢水温度为1548℃。

钢水进入LF处理工位后，接通钢包底吹氩管，进行吹氩，吹氩流量为4.4NL/吨钢水·分钟，吹氩压力保持0.6MPa。先加入高钙含量精炼渣3.7kg/吨钢，高钙含量精炼渣加入完成后，再向钢包内加入含铝精炼渣3.6kg/吨钢。加入完成后进行精炼，保持精炼时间16分钟后，向钢包内再次加入含铝精炼渣2.4kg/吨钢；加入含铝精炼渣后，再次进行精炼，保持精炼时间14分钟。此时取样分析钢包顶渣的成分，钢包顶渣B除不可避免的杂质外的成分及其含量如表3所示，此时钢水B除Fe及微量杂质外的成分及其含量如表4所示，此时钢水温度为1568℃。然后再进行吹氩，此时氩气流量为0.6NL/吨钢水.分钟，吹氩压力保持0.7MPa。保证吹氩时间6分钟。钢水再送往RH进行处理。

钢水达到RH站后，进行测温取样，分析钢的成分。取样完成后，进行RH真空处理，开始抽真空，抽真空4.2分钟后，真空度降低到65Pa以内，保持该真空度16分钟后，根据进站取样结果，向钢水内加入碳粉1.5kg/吨钢、铬铁1.0kg/吨钢，保证钢水C除Fe及微量杂质外的成分及其含量如表5所示，此时钢水温度为1508℃。合金加入完成后，再继续真空处理7分钟后，进行破真空操作。然后向钢包渣面加入含铝精炼渣3.0kg/吨钢，再调整吹氩流量，吹氩流量为0.25NL/吨钢水·分钟。保持该条件下吹氩时间13分钟。钢水送往连铸进行浇钢。

连铸采用的中间包为实心塞棒砌筑的中间包，浇注过程塞棒不吹氩。

连铸开始前5min，接通氩管，向中间包内通入氩气，通入氩气的流量为470NL/min，压力为0.8MPa。钢包和中间包中间采用长水口密封，并在接缝处加入密封垫圈，开始向中间包内注入钢水，当钢水注入6吨时，打开3、4流塞棒，间隔10秒后，打开2、5流塞棒、再间隔10秒后，打开1、6流塞棒。塞棒打开后，钢水通过浸入式水口向结晶器内注入钢水，当结晶器液面达到65cm时，开动引锭杆，开始拉坯，拉坯速度由0逐步提高到0.95m/min。除中间包第一炉外，其它炉次钢水过热度控制在26-33℃。

上述过程中，当1、6流塞棒打开后，当钢水达到中间包容量的60%时，随即向中间包内加入中间包覆盖剂3.5kg/吨钢，覆盖剂加完后，停止充氩，再向中间包液面上加入保温剂碳化稻壳0.2kg/吨钢，以防止温度降低。

钢水开始浇注时，结晶器电磁搅拌开启，电流强度为390A、频率为3.2Hz，连铸拉速控制在1.05-1.15m/min，保证拉速波动≤±0.05m/min，二冷比水量采用0.51L/kg。

采用该方法进行开浇，一直到连续浇注10炉。

采用该方法浇注的200mm×200mm连铸坯，中间包第一炉铸坯表面无清理率达到98.7%，连铸坯低倍检查中心疏松0.5级，中心偏析0.5级，中心缩孔0.5级，无其他缺陷。其它炉次表面无清理率达到99.5%，连铸坯低倍检查中心疏松0.5级，中心偏析0.5级，无其他缺陷。中间包第一炉轴承钢钢坯T[O]为11×10^-6，夹杂物评级C类0.5级，无其它夹杂。其它炉次轴承钢钢坯T[O]7×10^-6，夹杂物评级均C类0.5级，无其它夹杂。

对比例1

经120t转炉冶炼后的钢水在出钢1/3时，即转炉内钢水向钢包内流入1/3时，开始加入铝铁260kg、铬铁3398kg、锰铁504kg、硅铁255kg、无烟煤增碳剂1011kg；合金化原料加完后，约出钢1/2时，开始向钢包内加入活性石灰4.3kg/吨钢；加入萤石1.1kg/吨钢。当转炉内钢水完全流入钢包后，再向钢包渣面加入高钙含量精炼渣6kg/吨钢，加入完成后，再加入含铝精炼渣3.5kg/吨钢。加入完成后，再进行钢包吹氩，此时氩气流量为0.6NL/吨钢水·分钟；吹氩压力保持0.8MPa。保证吹氩时间7分钟。吹氩时间到达后，钢水送往LF。

钢水送到LF工位，此时钢包顶渣A除不可避免的杂质外的主要成分如表1所示，钢水A除Fe及微量杂质外的成分及其含量如表2所示，此时钢水温度为1545℃。

钢水进入LF处理工位后，接通钢包底吹氩管，进行吹氩，吹氩流量为3.5NL/吨钢水·分钟，吹氩压力保持0.3MPa。先加入高钙含量精炼渣4kg/吨钢，高钙含量精炼渣加入完成后，加入铝粒0.4kg/吨钢。加入完成后进行精炼，保持精炼时间15分钟后，向钢包内加入铝粒0.2kg/吨钢，再次进行精炼，保持精炼时间12分钟。此时取样分析钢包顶渣的成分，钢包顶渣B除不可避免的杂质外的成分及其含量如表3所示，钢水B中除Fe及微量杂质外的成分及其含量如表4所示，此时钢水温度为1565℃。然后再进行软吹氩，此时氩气流量为0.6NL/吨钢水·分钟，吹氩压力保持0.7MPa。保证吹氩时间7分钟。钢水再送往RH进行处理。

钢水达到RH站取样完成后，进行RH真空处理，开始抽真空，抽真空3.5分钟后，真空度降低到67Pa以内，保持该真空度15分钟后，根据进站取样结果，向钢水内加入碳粉2kg/吨钢、铬铁0.5kg/吨钢，保证钢水C除Fe及微量杂质外的成分及其含量如表5所示，此时钢水温度为1488℃。合金加入完成后，再继续真空处理6分钟后，进行破真空操作。然后向钢包渣面加入含铝精炼渣2.5kg/吨钢，再调整吹氩流量，吹氩流量为0.8NL/吨钢水·分钟，保持该条件下吹氩时间13分钟。钢水送往连铸进行浇钢。

根据实施例3所述的方法制备小方坯连铸轴承钢，所不同的是，当钢水注入15吨时，打开塞棒，进行开浇。

采用该方法进行开浇，一直到连续浇注4炉，由于结晶器浸入式水口堵塞，无法继续进行浇注。

采用该方法浇注的200mm×200mm连铸坯，中间包第一炉铸坯表面无清理率达到98.8%，连铸坯低倍检查中心疏松1.5级，中心偏析1.0级，中心缩孔0.5级，无其他缺陷。其它炉次表面无清理率达到99.5%，连铸坯低倍检查中心疏松1.5级，中心偏析1.0级，无其他缺陷。中间包第一炉轴承钢钢坯T[O]为11×10^-6，夹杂物评级均B类1.0级，C类1.0级。其它炉次轴承钢钢坯T[O]8×10^-6，夹杂物评级均B类1.0级，C类1.0级。

表1

表2

表3

表4

表5

根据实施例1-3与对比例1的对比可以看出，采用本发明所述的方法可以保证轴承钢连铸过程的稳定控制和铸坯质量的稳定，特别是满足单中间包连浇炉数≥10炉，而且可以实现合成的成品T[O]≤8×10^-6和各类夹杂评级均≤1.0级，符合轴承钢的要求。

Claims (17)

1.一种制备轴承钢的方法，该方法包括：将转炉内的钢水依次进行出钢合金化及出钢渣洗、LF炉精炼、RH真空处理和连铸，其中，所述出钢合金化的过程包括在出钢过程中向钢包中的钢水加入铝铁调整钢水中Als的含量，使得完成合金化过程后钢包内钢水中Als的含量为0.04-0.09重量%；所述出钢渣洗和所述LF炉精炼过程中均通过加入高钙含量精炼渣和含铝精炼渣调整钢包顶渣的组成，使得完成出钢渣洗后钢包顶渣中FeO和MnO的总含量为10重量%以下，使得完成LF炉精炼后钢包顶渣中FeO和MnO的总含量为1重量%以下；所述连铸的过程包括先向中间包吹氩，接着将RH真空处理后的钢水注入中间包中，当中间包中的钢水的容量达到10-20%时，再将中间包中的钢水注入结晶器中；所述中间包包括至少3个塞棒式水口，将中间包中的钢水注入结晶器的过程中，先打开中间水口的塞棒，再打开与中间水口相邻的水口的塞棒，最后依次扩展到两端水口的塞棒，使钢水先后从所述水口注入结晶器中。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述出钢合金化过程包括：所述转炉内的钢水向钢包内流入1/3-1/2时，向进入钢包的钢水中加入含铝铁和合金化材料的复合原料40-50kg/吨钢。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述复合原料含有铝铁、锰铁、铬铁、硅铁和无烟煤增碳剂，以所述复合原料的总重量为基准，所述铝铁的含量为6-8重量%，所述铬铁的含量为60-70重量%，所述锰铁的含量为8-10重量%，所述硅铁的含量为3-5重量%，所述无烟煤增碳剂的含量为12-20重量%。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中，所述铝铁中，铝的含量为39-41重量%，铁的含量为56-61重量%，其余为不可避免的杂质。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述出钢渣洗过程包括：所述转炉内的钢水向钢包内流入1/2-2/3时，向进入钢包的钢水中加入活性石灰2-8kg/吨钢和萤石0.5-2kg/吨钢，当所述转炉内的钢水全部流入钢包时，向钢包渣面加入高钙含量精炼渣3-8kg/吨钢，优选为4-6kg/吨钢，含铝精炼渣2-5kg/吨钢，优选为3-4kg/吨钢，然后进行吹氩。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述吹氩的流量为0.4-1.0NL/吨钢水·分钟，吹氩压力为0.5-1.0MPa，吹氩时间为5-10分钟。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述LF炉精炼过程包括：对钢包中的钢水吹氩，加入所述高钙含量精炼渣3-10kg/吨钢后，加入部分所述含铝精炼渣2-8kg/吨钢，保持精炼10-20分钟，接着加入剩余部分所述含铝精炼渣1-4kg/吨钢，然后再保持精炼10-20分钟。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述吹氩的流量为2-5NL/吨钢水·分钟，吹氩压力为0.5-1.0MPa。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述RH真空处理过程包括：对钢包中的钢水进行抽真空处理，使真空室内的真空度为60-70Pa，且保持所述的真空度15-20分钟，接着对钢水进行合金化处理，再进行破真空处理，破真空处理完成后向钢包渣面加入含铝精炼渣1-4kg/吨钢，最后向钢包中吹氩，所述吹氩的流量为0.2-0.8NL/吨钢水.分钟，吹氩的时间为5-20分钟。

10.根据权利要求1、5和7中任意一项所述的方法，其中，所述含铝精炼渣含有45-55重量%的Al₂O₃、35-45重量%的CaO和6-12重量%的Al；所述高钙含量精炼渣含有70-80重量%的CaO、1-5重量%的SiO₂、1-10重量%的Al₂O₃、7-15重量%的CaF₂和1-5重量%的MgO。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，向中间包吹氩的过程中，所述吹氩的流量为300-600NL/min，吹氩压力为0.5-1.0MPa，吹氩的最少时间满足公式：

T=1000×W/ρ/Q/n

其中，T—充氩时间，单位为min；W—中间包容量，单位为t；ρ为7.6-7.8t/m³，表示钢水在浇注温度下的密度；Q—吹氩流量，单位为NL/min；n—中间包内吹氩管的数量。

12.根据权利要求1所述的方法，其中，打开与中间水口相邻的水口的塞棒的间隔时间为1-10秒。

13.根据权利要求1或12所述的方法，其中，所述中间包中钢水的容量达到30%之前，完成所有塞棒式水口的塞棒的打开。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述方法还包括：在中间包中钢水的容量达到50%以上之后，向所述中间包中加入中间包覆盖剂，所述中间包覆盖剂的加入量为3-5kg/吨钢。

15.根据权利要求1和11-14中任意一项所述的方法，其中，注入所述中间包的第一炉钢水的过热度为35-45℃，其他炉次钢水的过热度为25-35℃。

16.根据权利要求1和11-15中任意一项所述的方法，其中，所述结晶器包括电磁搅拌器，所述电磁搅拌器的操作条件包括：频率为2.5-3.5Hz，优选为2.8-3.2Hz；搅拌电流为350-400A，优选为370-390A。

17.根据权利要求1和11-16中任意一项所述的方法，其中，所述方法还包括在将钢水送至结晶器之后进行铸坯的连铸，所述铸坯的连铸的条件包括：中间包第一炉的连铸拉速为0.85-0.95m/min，其它炉次的连铸拉速为0.80-1.40m/min，二冷比水量为0.40-0.60L/kg。