CN106591536A

CN106591536A - 一种高纯净轴承钢的生产工艺

Info

Publication number: CN106591536A
Application number: CN201611183695.7A
Authority: CN
Inventors: 王二庆; 朱富强; 徐必靖
Original assignee: Zenith Steel Group Co Ltd
Current assignee: Zenith Steel Group Co Ltd
Priority date: 2016-12-20
Filing date: 2016-12-20
Publication date: 2017-04-26

Abstract

本发明属于钢材制备技术领域，特别涉及一种高纯净轴承钢的生产工艺。首先将高炉铁水和废钢加入电转炉进行冶炼；再将合金、铝饼及低氮增碳剂对钢包进行合金化；然后冶炼完成后出钢至合金化处理后的钢包中，造渣并在精炼前期满足白渣要求，白渣后进行喂铝线操作；再将精炼合格后的钢水吊至真空罐进行真空处理；最后连铸。实现了取消钢水变性处理，且钢水可浇性良好，满足高标轴承钢的生产要求。

Description

一种高纯净轴承钢的生产工艺

技术领域

本发明属于钢材制备技术领域，特别涉及一种高纯净轴承钢的生产工艺。

背景技术

高标准轴承钢对纯净度有特别严格的要求，钢的纯净度是指钢中所含非金属夹杂物的多少，纯净度越高，钢中夹杂物越少。轴承钢中的氧化物、氮化物、硅酸盐等有害夹杂物是导致轴承早期疲劳剥落、显著降低轴承疲劳寿命的主要原因，特别是大颗粒点状夹杂物(Ds类)对轴承钢疲劳寿命有较深远影响，最新研究观点认为：大颗粒点状夹杂物是轴承钢内部疲劳裂纹源产生的主要因素。目前国标GB/T18254-2002虽未对Ds进行规定，但国内部分轴承钢生产企业已对高标准轴承钢Ds级别进行严格要求(≤0.5％(重量百分比，下同))，同时对钢的残余元素及氧含量提出更高要求：[P]≤0.015％、[Ca]≤5ppm、[Ti]≤15ppm、全氧≤8ppm。

目前，多数钢厂采用高炉铁水+废钢电炉(转炉)冶炼-钢包合金化-精炼-真空炉-连铸工艺生产轴承钢，并采用铝进行深脱氧。但是一方面使钢中全氧、残余元素及夹杂物控制不稳定；同时因用Al深脱氧假如后续不进行变性处理将极易造成连铸结瘤，不能实现多炉连浇，同时铸坯质量也无法得到保障，对此，有些钢厂为了保证钢水可浇性，在真空处理后对钢水进行变性处理，却反而造成点状夹杂物增多且级别增大，无法实现高标准轴承钢的生产要求。如何提高钢水纯净度、控制点状夹杂物级别，并保证钢水可浇性成为各钢厂技术攻关的主要难题。

发明内容

针对以上的技术问题，本发明提供了一种高纯净轴承钢的生产工艺，通过控制工艺顺序、参数，在无需对钢水进行变性处理的前提下，得到了纯净度高的轴承钢并且确保了钢水的可浇性，

工艺包括：高炉铁水+废钢后的电转炉冶炼、钢包合金化、出钢精炼、真空处理、连铸，

具体操作为：

(1)将高炉铁水和废钢加入电转炉进行冶炼，冶炼过程中加石灰和石灰石进行造渣脱磷及控制温度，

高炉铁水成分要求为P≤0.10％(重量百分比，下同)、0.30％≤Si≤0.50％、S≤0.025％，高炉铁水温度≥1280℃；废钢成分要求不含Ti等有害元素，

高炉铁水通过倾翻装置以2.0～4.0吨/分钟的速度加入到电转炉中，

冶炼过程中，钢水中碳含量控制在0.70-0.90％，终点出钢[C]≥0.50％、[P]≤0.12％，出钢钢水温度≥1650℃；

(2)将合金、铝饼及低氮增碳剂混匀后加在钢包包底并于在线烘烤位进行烘烤，

其中，对冶炼含钛钢种的钢包，需要冶炼不含钛钢种2次后才能在本发明中使用，相当于洗包处理，

上述合金包括高碳低钛铬铁、低碳锰铁、低钛低铝硅铁；

(3)步骤(1)冶炼完成后出钢至步骤(2)合金化处理后的钢包中，造渣并在精炼前期10min内满足白渣要求，白渣后根据钢水铝含量进行喂铝线操作，中期铝控制在0.045-0.055％之间，过后不再补喂铝线，保证精炼出钢铝在0.025-0.035％之间，

其中，采用电转炉偏心炉底出钢，确保不下渣，同时出钢量进行严格控制以满足钢水液面距包沿350-450mm，

采用低钛预熔渣和石灰进行造渣，并在精炼全程使用碳化硅和铝粒进行渣面脱氧，

低钛预熔渣中二氧化硅为2～5％(重量百分比，下同)、三氧化二铝为35～45％、碳酸钙为40～50％、氧化镁4～6％、二氧化钛≤0.06％，低钛预熔渣熔点在1200-1300℃，

基于低钛预熔渣和石灰所造的精炼渣系含有CaO、SiO₂、MgO、Al₂O₃多中组分，具体为：CaO 47.15-54.23％、Si0₂ 5.92-11.17％、MgO 4.68-8.27％、Al₂O₃ 25.26-34.77％、FeO+MO5.21-7.97％、碱度R 0.44-0.86，使炉渣具有低熔点、良好流动性，渣中含有较高的Al₂O₃，其余钢中的氧化物界面张力小，因此，对夹杂物吸附能力强；渣中FeO+Mn0含量低，炉渣还原性强，钢水扩散脱氧完全，二次氧化趋弱；碱度也是炉渣还原性的体现，同时也是控制夹杂物类型及尺寸的关键指标，本渣系碱度R在5-8之间较稳定，

精炼时间控制在50-70min/炉，同时白渣维护时间在30min以上，

本步骤中，提前白渣、后喂铝线目的在于：白渣后钢水及炉渣氧含量较容易判断，便于控制精炼补喂铝线量；保证精炼中后期不补喂铝线，精炼终点铝可以稳定控制在0.025-0.035％之间；保持精炼终点铝的稳定性，且提高了后续VD炉的终点铝的可控、稳定性，防止VD后铝波动较大而导致钢水氧含量不稳定给钢水可浇性带来影响，更好地保障了钢水质量的稳定性；

(4)将经过步骤(3)精炼合格后的钢水吊至真空罐进行真空处理，真空度≤67Pa，真空保持时间在15min以上，真空过程中控制底搅流量在150-200L/min、压力在0.3-0.4MPa，真空解除后，钢水软吹液面微动35min以上(而常规真空处理真空保持时间在10min左右，真空过程中控制底搅流量在80-120L/min、压力在0.2-0.3MPa，真空解除后，钢水软吹液面微动20min左右)，通过真空过程的氩气控制保证铝损在40-60％，是为了满足真空过程钢渣混冲，实现钢水中Al₂O₃等夹杂物相互碰撞、聚集并上浮达到去除夹杂物的目的；

(5)连铸：钢包至结晶器使用全保护浇注，钢包至中包长水口使用氩封保护，中间包水口内装，使用挡渣堰、双层保护渣，使用轴承钢专用结晶器保护渣，中包水口腕部采用镁碳质材料，水口组分Si0₂≤6％，中包涂抹料使用镁质材料，要求MgO≥90％，Si0₂≤6％，中包烘烤温度在1100℃。

本发明的有益效果在于：

电转炉较传统电炉在配料方面相比，可提高铁水比达85-95％，提高热量来源，无需供电，避免供电导致钢水氮含量的增高，并且通过提高铁水比，降低废钢装入量，残余元素得到有效控制；

采用电转炉冶炼，冶炼终点[C]≥0.50％、[P]≤0.012％、温度＞1640℃，高碳出钢降低钢水原始氧含量，同时电转炉偏心炉底出钢，避免下渣，减少残余元素P、Ti的带入量；

钢包合金化采用低钛合金及低氮增碳剂，减少钛、氮的带入量；

出钢钢包顶渣使用低钛预熔渣，促进提前化渣、促进吸附夹杂物、避免钢水吸气及二次氧化，且渣料带入Ti较低；

精炼炉白渣保持时间30min以上，保证精炼过程深脱氧剂夹杂物充分上浮时间，出钢铝在0.025-0.035％，以控制过真空炉后钢水自由氧在3ppm以下；

真空过程控制氩气流量及压力，真空过程铝损在40-60％，保证钢渣充分的混冲、脱气效果；

真空解除后，不需进行钢水变性处理，可实现钢水可浇性，控制点状夹杂物尺寸是本发明的最大优点；

连铸中间包水口腕部采用镁碳质，辅助避免了二次氧化及水口结瘤情况；

本发明冶炼的轴承钢具有低的残余元素、气体含量和低的夹杂物总量，残余夹杂物以细小、均匀、弥散的塑性夹杂物分布。同时本发明实现了钢水取消变性处理的需求，有效控制Ds的级别(Ds≤0.5)，满足高标轴承生产要求，且钢水可浇性良好，实现10炉连浇，有效控制钢水纯净度及生产成本，符合高标准高附加值的钢种生产工艺。

具体实施方式

生产工艺流程：90吨电转炉-90吨钢包-90吨钢包精炼炉-90吨VD炉-五机五流连铸机(断面220*260)；冶炼钢种为轴承钢GCr15-Y。

(1)将高炉铁水和废钢加入电转炉进行冶炼，废钢通过炉子上方兑入，铁水通过倾翻装置以3.5吨/min均匀兑入炉内，石灰通过高位料仓从炉体上方加入炉内，铁水比例为90％，实现电炉充足配碳量，通过氧气脱碳升温；

(2)将高碳低钛铬铁、低碳锰铁、低钛低铝硅铁、铝饼及低氮增碳剂混匀后加在钢包包底并于在线烘烤位进行烘烤，实现钢包合金化；

(3)步骤(1)冶炼完成后出钢至步骤(2)合金化处理后的钢包中，电炉终点碳≥0.50％、温度≥1640℃，采用电转炉偏心炉底高碳出钢，避免出钢下渣；出钢量进行严格控制，保证钢水液面距包沿400mm，

采用低钛预熔渣、石灰造钢包渣，并在精炼全程采用碳化硅和铝粒进行渣面脱氧，确保在精炼前期10min内满足白渣要求，根据炉渣中CaO、Al₂O₃含量的变化及时补加石灰或萤石进行调整，同时按前大后小的原则进行氩气底搅拌，保证白渣时间30min以上，白渣后根据钢水铝含量进行喂铝线操作，中期铝控制在0.045-0.055％之间，过后不再补喂铝线，保证精炼出钢铝含量为0.030％，精炼时间控制在50-70min/炉；

(4)将经过步骤(3)精炼合格后的钢水吊至真空罐进行真空处理，真空度60Pa，真空保持时间20min，真空过程中控制底搅流量180L/min、压力0.35MPa，真空解除后，钢水软吹液面微动42min；

本实例所得轴承钢GCr15-Y中夹杂物级别如表1所示；氧含量、氮含量、钙含量及浇注炉数如表2所示：

表1

表2

	氧含量/ppm	氮含量/ppm	钙含量/ppm	钛含量/ppm	连浇炉数
						第1组	5.5	39.9	2	13	9
第2组	6.0	45.1	2	12	9
						第3组	5.6	42.8	1	13	9

对比实施例1

在钢水出钢时、白渣之前喂入铝线，并同样控制精炼出钢时铝含量与实施例1一致，为0.030％，其余工艺环节控制如实施例1：

同样进行三组实验，发现该三组的连浇炉数分别为3炉、4炉、3炉。这也说明本对比实施例中，由于喂入铝的时机与本发明不同，导致了后续VD炉的终点铝可控性差、不稳定，铝波动较大而导致了钢水氧含量不稳定，最终给钢水可浇性带来影响。

Claims

1.一种高纯净轴承钢的生产工艺，其特征在于：所述工艺包括，高炉铁水+废钢后的电转炉冶炼、钢包合金化、出钢精炼、真空处理、连铸。

2.如权利要求1所述的高纯净轴承钢的生产工艺，其特征在于：所述工艺的具体步骤为，

(1)将高炉铁水和废钢加入电转炉进行冶炼；

(2)将合金、铝饼及低氮增碳剂对钢包进行合金化；

(3)步骤(1)冶炼完成后出钢至步骤(2)合金化处理后的钢包中，造渣并在精炼前期10min内满足白渣要求，白渣后根据钢水铝含量进行喂铝线操作；

(4)将经过步骤(3)精炼合格后的钢水吊至真空罐进行真空处理，真空度≤67Pa，真空保持时间在15min以上，真空过程中控制底搅流量在150-200L/min、压力在0.3-0.4MPa，真空解除后，钢水软吹液面微动35min以上；

(5)连铸。

3.如权利要求2所述的高纯净轴承钢的生产工艺，其特征在于：步骤(1)中所述高炉铁水成分为P≤0.10％、0.30％≤Si≤0.50％、S≤0.025％；所述高炉铁水温度≥1280℃。

4.如权利要求2所述的高纯净轴承钢的生产工艺，其特征在于：步骤(1)中，所述的高炉铁水通过倾翻装置以2.0～4.0吨/分钟的速度加入到电转炉中。

5.如权利要求2所述的高纯净轴承钢的生产工艺，其特征在于：步骤(1)中，冶炼过程中加石灰和石灰石进行造渣脱磷及控制温度，冶炼过程中钢水中碳含量控制在0.70-0.90％。

6.如权利要求2所述的高纯净轴承钢的生产工艺，其特征在于：步骤(2)中所述合金包括高碳低钛铬铁、低碳锰铁或低钛低铝硅铁。

7.如权利要求2所述的高纯净轴承钢的生产工艺，其特征在于：步骤(3)中，采用电转炉偏心炉底出钢，确保不下渣，终点出钢[C]≥0.50％、[P]≤0.12％，出钢钢水温度≥1650℃，同时出钢量进行严格控制以满足钢水液面距包沿350-450mm。

8.如权利要求2所述的高纯净轴承钢的生产工艺，其特征在于：步骤(3)中，采用低钛预熔渣和石灰进行造渣；采用碳化硅和铝粒进行渣面脱氧。

9.如权利要求2所述的高纯净轴承钢的生产工艺，其特征在于：步骤(3)中，精炼时间控制在50-70min/炉，同时白渣维护时间在30min以上。