CN104087719A - 一种高碳轴承钢的冶炼工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高碳轴承钢冶炼工艺，通过调整渣料及脱氧剂加入，得到高碱度精炼渣，碱度值达到6～9，因此会有较好的脱硫、脱氧效果，能够将S脱至0.002%左右，O含量降低至7ppm以下。同时，为避免由于精炼渣碱度过高导致的脆性夹杂生成，在冶炼过程中严格控制钢液中[Al]含量，出钢过程中一次性加足铝块脱氧，后续工艺不补铝，以利于脱氧产物上浮；将成品[Al]含量控制在0.010%左右，减少浇铸过程中的二次氧化。另一方面，将精炼渣中CaO/Al2O3的值控制在1.7左右，该比值下炉渣熔点较低，炉渣流动性较好，利于钢渣分离，减少钢液在真空过程中卷渣和还原反应。从而有效的防止了轴承钢中D类夹杂物的增加，达到轴承钢夹杂物评级标准。
Description
技术领域
本发明属于冶金领域，涉及一种冶炼工艺，具体地说是一种高碳轴承钢的冶炼工艺。
背景技术
轴承钢中的非金属夹杂是影响其使用寿命的关键因素，而钢中非金属夹杂物，有相当一部分是由氧引起的，因此常将钢中夹杂物评级和钢中氧含量作为衡量轴承钢质量的重要指标。
为了有效地进行脱氧和最大限度地脱去钢中的夹杂物，使轴承钢获得较高的洁净度和质量，在确定脱氧剂后，选取合适的渣料组份确定精炼渣的物理化学性能是极其重要的。对于高质量、高洁净度的轴承钢，确定其所采用的精炼渣的化学成分的原则是：①有合适的熔化温度；②有较快的吸附和排除大颗粒夹杂物的能力；③不产生球状夹杂；④有较强的脱氧能力；⑤有良好的流动性，对钢包的侵蚀性要小。
目前，国内轴承钢生产厂家普遍采用日本的轴承钢冶炼工艺，采用碱度CaO/SiO2在3-5左右，Al2O3成分在10-20％，MgO成分在5-10％的精炼渣系。为了将轴承钢氧含量降至较低水平，该精炼渣在生产过程中一般要求钢中具有较高的溶解[Al]含量，甚至会在精炼过程中补加铝线，导致钢液中脱氧产物难以完全形成利于上浮的簇状夹杂；另外由于渣中Al2O3含量较低，精炼渣熔点相对较高，精炼渣系吸收球状夹杂的能力受限。
高碱度精炼渣虽然对轴承钢脱硫、脱氧有利，但是在轴承钢冶炼过程中容易在钢液中形成对轴承钢寿命危害极大的脆性夹杂，其生成原理为：在真空状态下，渣中CaO或炉衬中MgO被钢中[Al]或[C]还原进入钢液，与Al脱氧产物结合生成Ca、Mg、Al、O复合产物，由于上浮不充分滞留钢液中，形成大颗粒脆性夹杂。
公开号为CN1621538的专利公开了一种可以减少和细化高碳轴承钢D类夹杂的方法，其在LF工位采用高碱度渣脱硫，在VD工位采用低碱度渣，并且在VD取样后喂铝线0.2～0.5kg/t，其优点是可以在真空过程中降低渣中CaO活度，从而达到减少D类夹杂的目的，缺点是VD过程中喂铝线形成的夹杂在此过程中很难上浮，增加钢中夹杂物含量，另外，精炼和真空过程中两次造渣，成本大大增加。
发明内容
本发明的目的是提供一种高碳轴承钢的冶炼工艺，该工艺中采用高碱度精炼渣，碱度值达到6～9，因此会有较好的脱硫、脱氧效果，能够将S脱至0.002％左右，O含量降低至7ppm以下。
本发明的目的通过以下方案实现：
一种高碳轴承钢冶炼工艺，其特征在于：该工艺通过调整渣料及脱氧剂加入，得到高碱度精炼渣，碱度值达到6～9，精炼渣成分重量百分比控制在如下范围：CaO：45～55％、SiO2：5～10％、MgO：4～8％、Al2O3：25～35％，总量为100％；其中，CaO/SiO：6～9％、CaO/(SiO2+Al2O3)：1.3～1.7％、CaO/Al2O3：1.5～2％；同时，在冶炼过程中严格控制钢液中[Al]含量，出钢过程中一次性加足铝块脱氧，后续工艺不补铝，以利于脱氧产物上浮；将成品[Al]含量控制在0.010％，减少浇铸过程中的二次氧化；从而有效地减少钙、镁铝酸盐D类脆性夹杂的形成；具体步骤如下：
1)当钢水中C含量为0.10％～0.70％，P含量≤0.015％，温度＞1630℃时，电炉出钢；
2)电炉出钢同时加入增碳剂、铝块、合金、石灰及低钛预熔渣，增碳剂加入方法以每包10kg增碳剂增加0.08％碳含量计算；铝块根据出钢终点C含量加入；加入时间及顺序：出钢20秒加入总量30％铝块→总量60％的增碳剂→合金→剩余铝块→总量40％的增碳剂→石灰及低钛预熔渣；
3)放钢后到进LF炉的等待时间内控制好吹氩压力，防止钢水外露吸氮；严格执行吹氩制度，精炼前期和调整成分时采用大的吹氩强度，纯升温和造渣阶段控制好吹氩流量，确保钢水面不外露；
4)精炼过程中用碳化硅强化脱氧和脱硫操作，精炼过程不补铝；保证白渣时间≥30分钟，中后期加SiC以保持白渣，微调成分至高碳轴承钢目标值，防止钢水跳C和吸氮；
5)保证钢液在VD炉67帕下保持时间≥15分钟；真空后，确保软吹时间≥35分钟，并保证渣面微动不裸露钢液；
6)连铸开浇前，加强对中包状况检查，保证塞棒头和中包水口配合严密，开浇不漏钢，确保中包开浇和浇注正常；保证中包烘烤使用效果良好，中包烘烤温度达1100℃以上；开浇前，中间包先充氩，大包氩封好，再开浇，开浇后中包钢液面超过挡渣墙最上孔方加中包覆盖剂，中包覆盖剂覆盖好后，停止中间包充氩；
7)浇铸过程中，及时补加中包覆盖剂，严禁出现钢液裸露；保持中间包钢水在高液位浇注；保持结晶器钢液面稳定，保护渣勤加、少加；控制二冷区冷却强度；经连铸得到轴承钢连铸坯。
本发明的精炼渣中，CaO/SiO：8％，CaO/(SiO2+Al2O3)：1.4％、CaO/Al2O3：1.7％。将精炼渣中CaO/Al2O3的值控制在1.7左右，该比值下炉渣熔点较低，炉渣流动性较好，利于钢渣分离，减少钢液在真空过程中卷渣和还原反应。
出钢量为85t，电炉出钢同时加入增碳剂、铝块、合金、石灰及预熔渣，增碳剂加入方法以每包10kg增碳剂增加0.08％碳含量计算；铝块根据出钢终点C含量加入：出钢C＜0.08％加铝块120kg，出钢C：0.08％～0.30％加铝块100kg，出钢C＞0.30％加铝块80kg；合金为：硅锰FeMn65Si17，4.62kg/t；硅铁FeSi75，0.93kg/t；低钛高碳铬铁FeCr69C7，20.0kg/t；石灰及预熔渣的加入量为：石灰500kg，低钛预熔渣即52％CaO、33％Al2O3、5％MgO600kg；加入时间及顺序：出钢20秒加入30公斤铝块→总量60％的增碳剂→合金→剩余铝块→总量40％的增碳剂→石灰及预熔渣。
本发明采用非常高的碱度(碱度值6-9)轴承钢精炼渣系，有利于轴承钢脱氧和脱硫反应的进行，可以将成品氧含量降低至7ppm以下，S含量降低至0.002％以下；精炼渣系中Al2O3含量达到30％，有效降低精炼渣系熔点，同时将CaO/Al2O3比控制在1.7左右，使精炼渣具有较低的熔点和吸附夹杂能力；精炼过程中严格控制钢中[Al]含量，避免在精炼过程中补加Al脱氧，将轴承钢成品Al含量控制在0.010％左右，有效的防止了轴承钢中D类夹杂物的增加，达到轴承钢夹杂物评级标准。
具体实施方式
实施例1：
炉号为014040530高碳轴承钢GCr15冶炼工艺如下：
①电炉出钢温度为1627℃，终点C含量为0.56％，P含量为0.017％，出钢量86t，出钢不下渣；
②出钢加入增碳剂200kg，合金，铝块90kg以及低钛预熔渣600kg，石灰500kg；
③至精炼工位温度为1478℃，通电加热，同时向钢液面飘洒入碳化硅(共计170kg)进行扩散脱氧。保证精炼过程中白渣操作，同时加入合金微调成分。整个精炼时间为66min，钢包出精炼炉钢水温度为1584℃；
④取精炼后期炉渣，化验结果中主要成分为CaO：48.08％，SiO2：6.51％，MgO：7.69％，Al2O3：29.39％，化验结果中的总量不为100％，一方面是因为渣中主要成分为这些，还有少量一些其他成分，另一方面化学分析仪器一般也不能分析出100％成分。精炼渣二元碱度为7.38，三元碱度为1.34，CaO/Al2O3为1.64；
⑤钢包至VD工位，在67帕下保持真空时间15分钟，真空后定氧为3.5ppm，定氢为1.1ppm。在渣面洒入稻壳灰，根据生产节奏，软吹35min后上钢至连铸，上钢温度为1510℃；
⑥连铸过程中，中包过温度为1485℃，过热度为32℃，拉速为0.7m/min。连铸出坯后立即吊入钢包车，热送至轧钢厂；
轧后，棒材规格为Φ60mm。测量钢材上氧含量5.8ppm，氮含量为42.0ppm，成品Al含量为0.013％；A(粗)类夹杂平均评级为0.0；A(细)类夹杂平均评级为0.4；B(粗、细)、C(粗、细)类评级均为0.0；D(粗)类夹杂平均评级为0.5，D(细)类夹杂平均评级为1.0；Ds类夹杂平均评级为0.0。氧含量和夹杂物含量均远好于国标GB/T18254-2002标准。
实施例2：
炉号为014050175高碳轴承钢GCr15冶炼工艺过程如下：
①电炉出钢温度为1632℃，终点C含量为0.56％，P含量为0.013％，出钢量89t，出钢未下渣；
②出钢加入增碳剂140kg，合金，铝块90kg以及低钛预熔渣600kg，石灰500kg；
③至精炼工位温度为1499℃，通电加热，同时向钢液面飘洒入碳化硅(共计160kg)进行扩散脱氧。保证精炼过程中白渣操作，同时加入合金微调成分。整个精炼时间为69min，钢包出精炼炉钢水温度为1577℃；
④取精炼后期炉渣，化验结果中主要成分为CaO：53.86％，SiO2：5.98％，MgO：4.12％，Al2O3：26.91％，精炼渣二元碱度为9.00，三元碱度为1.64，CaO/Al2O3为2.0；
⑤钢包至VD工位，在67帕下保持真空时间15分钟，真空后定氧为2.5ppm，定氢为1.3ppm。在渣面洒入稻壳灰，根据生产节奏，软吹41min后上钢至连铸，上钢温度为1508℃；
⑥连铸过程中，中包过温度为1479℃，过热度为26℃，拉速为0.7m/min。连铸出坯后立即吊入钢包车，热送至轧钢厂；
轧钢厂轧后，棒材规格为Φ60mm，测量钢材上氧含量6.0ppm，氮含量为26.8ppm，成品Al含量为0.014％；A(粗)类夹杂平均评级为0.0；A(细)类夹杂平均评级为0.3；B(粗、细)、C(粗、细)类评级均为0.0；D(粗)类夹杂平均评级为0.5，D(细)类夹杂平均评级为1.0；Ds类夹杂平均评级为0.0。氧含量和夹杂物含量均远好于国标GB/T18254-2002标准。
本发明为避免由于精炼渣碱度过高导致的脆性夹杂生成，与传统工艺相比，在冶炼过程中采取了以下工艺：一方面严格控制钢液中[Al]含量，出钢过程中一次性加足铝块脱氧，使铝脱氧尽量在出钢过程中发生，利于脱氧产物形成簇状夹杂，并充分上浮；后续工艺不补铝，此过程中补铝很难形成利于上浮的簇性夹杂，滞留钢液中，成为大颗粒夹杂的形核点；将成品[Al]含量控制在0.010％左右，减少浇铸过程中因二次氧化而产生的脆性夹杂。另一方面，将精炼渣中CaO/Al2O3的值控制在1.7左右，由CaO-Al2O3二元相图可知，该比值下炉渣主要生成物为12CaO·7Al2O3，炉渣熔点较低，炉渣流动性较好，利于钢渣分离，减少钢液在真空过程中卷渣和还原反应，从而有效地减少钙、镁铝酸盐的形成，使轴承钢D(粗)类夹杂评级达到0.5级以下，D(细)夹杂评级达到1.0以下，基本不存在B类、C类和Ds类夹杂，远远高于国标中轴承钢氧含量和夹杂物评级要求。
Claims (3)
1.一种高碳轴承钢冶炼工艺，其特征在于：该工艺通过调整渣料及脱氧剂加入，得到高碱度精炼渣，碱度值达到6～9，精炼渣成分重量百分比控制在如下范围：CaO：45～55％、SiO2：5～10％、MgO：4～8％、Al2O3：25～35％；其中，CaO/SiO：6～9％、CaO/(SiO2+Al2O3)：1.3～1.7％、CaO/Al2O3：1.5～2％；同时，在冶炼过程中严格控制钢液中[Al]含量，出钢过程中一次性加足铝块脱氧，后续工艺不补铝，以利于脱氧产物上浮；将成品[Al]含量控制在0.010％，减少浇铸过程中的二次氧化；从而有效地减少钙、镁铝酸盐D类脆性夹杂的形成；具体步骤如下：
1)当钢水中C含量为0.10％～0.70％，P含量≤0.015％，温度＞1630℃时，电炉出钢；
2)电炉出钢同时加入增碳剂、铝块、合金、石灰及低钛预熔渣，增碳剂加入方法以每包10kg增碳剂增加0.08％碳含量计算；铝块根据出钢终点C含量加入；加入时间及顺序：出钢20秒加入总量30％铝块→总量60％的增碳剂→合金→剩余铝块→总量40％的增碳剂→石灰及低钛预熔渣；
3)放钢后到进LF炉的等待时间内控制好吹氩压力，防止钢水外露吸氮；严格执行吹氩制度，精炼前期和调整成分时采用大的吹氩强度，纯升温和造渣阶段控制好吹氩流量，确保钢水面不外露；
4)精炼过程中用碳化硅强化脱氧和脱硫操作，精炼过程不补铝；保证白渣时间≥30分钟，中后期加SiC以保持白渣，微调成分至高碳轴承钢目标值，防止钢水跳C和吸氮；
5)保证钢液在VD炉67帕下保持时间≥15分钟；真空后，确保软吹时间≥35分钟，并保证渣面微动不裸露钢液；
6)连铸开浇前，加强对中包状况检查，保证塞棒头和中包水口配合严密，开浇不漏钢，确保中包开浇和浇注正常；保证中包烘烤使用效果良好，中包烘烤温度达1100℃以上；开浇前，中间包先充氩，大包氩封好，再开浇，开浇后中包钢液面超过挡渣墙最上孔方加中包覆盖剂，中包覆盖剂覆盖好后，停止中间包充氩；
7)浇铸过程中，及时补加中包覆盖剂，严禁出现钢液裸露；保持中间包钢水在高液位浇注；保持结晶器钢液面稳定，保护渣勤加、少加；控制二冷区冷却强度；经连铸得到轴承钢连铸坯。
2.根据权利要求1所述的高碳轴承钢精炼渣冶炼工艺，其特征在于：步骤2)中，CaO/SiO：8％，CaO/(SiO2+Al2O3)：1.4％、CaO/Al2O3：1.7％。
3.根据权利要求1所述的高碳轴承钢精炼渣冶炼工艺，其特征在于：步骤2)中，出钢量为85t，电炉出钢同时加入增碳剂、铝块、合金、石灰及预熔渣，增碳剂加入方法以每包10kg增碳剂增加0.08％碳含量计算；铝块根据出钢终点C含量加入：出钢C＜0.08％加铝块120kg，出钢C：0.08％～0.30％加铝块100kg，出钢C＞0.30％加铝块80kg；合金为：硅锰FeMn65Si17，4.62kg/t；硅铁FeSi75，0.93kg/t；低钛高碳铬铁FeCr69C7，20.0kg/t；石灰及预熔渣的加入量为：石灰500kg，低钛预熔渣即52％CaO、33％Al2O3、5％MgO 600kg；加入时间及顺序：出钢20秒加入30公斤铝块→总量60％的增碳剂→合金→剩余铝块→总量40％的增碳剂→石灰及预熔渣。
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