CN112981032B - 高钛铁水冶炼低钛高碳铬轴承钢的方法 - Google Patents

高钛铁水冶炼低钛高碳铬轴承钢的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高钛铁水冶炼低钛高碳铬轴承钢的方法，其包括转炉、LF精炼和RH精炼工序；各工序工艺如下所述：（1）转炉工序：吹氧至1/5～1/4时提枪倒前期钛渣，倒渣量控制在总渣量的2/3～3/4；出钢过程利用三挡出钢，出钢时加入低钛合金进行脱氧合金化，并加入6～9kg/t预熔渣预调精炼渣组分；（2）LF精炼工序：LF精炼前期加入铝制品，钢水铝含量控制在0.02～0.04wt%；同时控制精炼渣系快速成渣，且渣中的Al2O3≥30wt%，控制Al2O3/TiO2≥150；LF后期静吹5～15min；（3）RH精炼工序：RH精炼过程不向钢水加入铝制品。本方法工艺简单、操作性强、效果显著，解决了原来钛含量的控制问题，可以实现连铸生产轴承钢成分的稳定控制，降低了生产成本。

Description

高钛铁水冶炼低钛高碳铬轴承钢的方法
技术领域
本发明涉及一种冶金方法，尤其是一种高钛铁水冶炼低钛高碳铬轴承钢的方法。
背景技术
高碳铬轴承钢是目前应用最广泛的轴承钢系列，主要是用于制造轴承套圈、滚动体的重要材料。进行长期的试验研究，发现影响轴承钢疲劳寿命的主要原因就是夹杂物，尤其的氮化钛夹杂；有研究表明轴承钢中Ti含量由0.0040%降低至0.0015%时，轴承的疲劳寿命可以提升一倍。因此在GB/T 18254-2016标准中新增了轴承钢的Ti含量要求，从而降低轴承钢内的TiN含量；优质轴承钢中Ti≤0.0050wt%，高级优质轴承钢中Ti≤0.0030wt%，特级优质轴承钢中Ti≤0.0015wt%。
目前在成本的压力下，高炉不断配加低价的含钛矿石，而高炉是还原性气氛、钛含量在高炉内不断富集，只能随铁水带走；因此铁水钛含量不断升高，目前铁水Ti含量约0.12%～0.2%，在实际生产中经常出现成品Ti≥0.0015%的情况，影响特级优质高碳铬轴承钢正常生产，造成产品降级。
常规的控制方法为控制铁水钛含量在0.05%以下，并利用低钛高碳铬铁等低钛合金进行脱氧合金化来控制钢水钛含量，但铁水降钛成本太高，不经济适用；还有部分方法采用在转炉内加部分高碳铬铁进行进行脱氧合金化，但转炉内铬铁是吸收率低约50%，此方法也不同样不经济实用。因此在炼铁配加含钛低价矿成本大幅降低的基础上，如何利用高钛铁水冶炼低钛高碳铬轴承钢，成为一项技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种成品钛能够稳定控制0.015%及以下的高钛铁水冶炼低钛高碳铬轴承钢的方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：其包括转炉、LF精炼和RH精炼工序；各工序工艺如下所述：
（1）转炉工序：吹氧至1/5～1/4时提枪倒前期钛渣，倒渣量控制在转炉前期总渣量的2/3～3/4；出钢过程利用三挡出钢，出钢时加入低钛合金进行脱氧合金化，并加入6～9kg/t预熔渣预调精炼渣组分；
（2）LF精炼工序：LF精炼前期加入铝制品，钢水铝含量控制在0.02～0.04wt%；同时控制精炼渣系快速成渣，且渣中的Al2O3≥30wt%，控制Al2O3/TiO2≥150；LF后期静吹5～15min；
（3）RH精炼工序： RH精炼过程不向钢水加入铝制品。
本发明所述转炉工序，倒前期钛渣时温度控制在1300～1350℃。
本发明所述转炉工序，开吹稳定后，加入石灰8～12kg/t、石灰石5～10kg/t、轻烧白云石5～10kg/t；倒渣后，再次加入石灰10～15kg/t、轻烧白云石5～10kg/t，进行吹炼；转炉终点控制C≥0.08wt%。
本发明所述转炉工序中预熔渣的组分为：CaO 40～55%、SiO2≤10%、Al2O3 30～45%、MgO≤8%、Al 3～8%。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、转炉采用双渣操作，可减少转炉终渣中的TiO2负荷，并采用三挡操作，减少转炉下渣量。2、LF精炼前期铝控制在0.02～0.04%，避免LF精炼初期大量增钛；转炉加入预熔渣提前造渣、精炼采用预熔渣快速造渣，抑制TiO2的还原，减少精炼过程增钛量；可较正常转炉操作时Ti含量降低0.015～0.020%。3、本发明工艺简单、操作性强、效果显著，解决了原来钛含量的控制问题，可以实现连铸生产轴承钢成分的稳定控制；且生产简单，对周期的影响较小，保证了炼钢厂的正常生产，降低了生产成本，提高了企业的效益，在本行业中有极好的推广应用价值。本发明在小方坯连铸机生产低钛高碳铬轴承钢时，成品钛能够稳定控制0.015%以下，Ti≤0.015%的比例达到99%以上，有效地减少生产事故并提升产品质量，保证生产过程稳定受控。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本高钛铁水冶炼低钛高碳铬轴承钢的方法，所述低钛高碳铬轴承钢的钢种为GCr15，其成分要求为：C 0.95%～1.05wt%，Si 0.15%～0.35wt%，Mn 0.25%～0.45wt%，Cr1.40%～1.65wt%，P≤0.015wt%，S≤0.015wt%，O≤0.006wt%，Ti≤0.0015wt%。由上述可知，需要控制Ti≤0.0015wt%；为实现这一目的，本方法采用下述设计原理和工艺：
（1）转炉工序：开吹稳定后，加入石灰8～12kg/t、石灰石5～10kg/t、轻烧白云石5～10kg/t，矿石根据温度情况调整；吹氧至1/5～1/4时提枪倒前期钛渣，倒渣量控制在前期总渣量的2/3～3/4；然后再次加入石灰10～15kg/t、轻烧白云石5～10kg/t，进行吹炼，矿石根据温度情况调整；转炉终点控制C≥0.08wt%；出钢过程利用三挡出钢，出钢时加入低钛合金进行脱氧合金化，并加入6～9kg/t预熔渣预调精炼渣组分；出钢时间4.5～5min。所述预熔渣的组分为：CaO 40～55%、SiO2≤10%、Al2O3 30～45%、MgO≤8%、Al 3～8%。采用上述工艺可将钛含量为0.12%～0.20%的高钛铁水经过转炉冶炼，将钢水中钛含量控制住Ti 0.0001～0.0003%之间。
设计原理为：①钛是一种活泼金属，与氧的亲和力仅次于铝，要强于硅和锰，因此在转炉吹炼前期，在硅氧化完前与钛已氧化完形成TiO2进入渣中，因此倒前期钛渣时要选择好到渣时机，将炉渣尽量倒进，减少转炉内的钛负荷。
②传统的脱磷双渣控制为倒渣前加入冷球尽快控制温度，延长脱磷时间，最大限度的去磷，但时间延长碳不可避免的氧化量多，在转炉倒炉过程中随着碳的持续氧化炉渣不断变黏，倒渣量最多能达倒渣量1/2，倒渣量少。因此倒钛渣的倒渣时机的选择主要以尽量多倒倒出炉渣为宜，本方法控制在供氧时间的1/5～1/4，较正常脱磷双渣期操作的倒渣时机提前约60秒，温度控制在1300～1350℃；此时硅已氧化完毕，碳刚开始少量氧化，炉渣流动性较好，炉渣容易倒出，能倒出前期总渣量的的2/3～3/4。且此时能脱除部分磷，更有利于后期的终点拉碳，减少下渣。
③出钢过程利用三挡出钢，即出钢前利用滑板挡住前期渣，出钢中后期利用挡渣锥档中后期渣，后期再用滑板挡渣，可保证下渣量控制在300kg及以内。减少下渣量可减少转炉渣中的TiO2在LF精炼时被还原，从而降低钢水钛含量。
（2）LF精炼工序：LF精炼前期加入铝制品，钢水铝含量控制在0.02～0.04wt%，所述铝制品为铝线或铝豆；同时采用预熔渣控制精炼渣系快速成渣，且精炼渣中的Al2O3含量≥30%，控制Al2O3/TiO2≥150，以抑制TiO2的还原；LF后期避免大气量（大气量定义：吹开直径≥500mm）搅拌，静吹5～15min。所述预熔渣的组分要求与步骤（1）转炉工序所述预熔渣的组分要求相同。
设计原理为：LF精炼前期存在如下反应（Ⅰ）：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
（Ⅰ）
在炼钢温度范围内均可反应，因此在保证脱氧造渣的能满足的条件下，钢水铝含量尽量向下控制，控制0.02～0.04wt%。同时控制精炼渣系快速成渣，且渣中的Al2O3含量≥30wt%，增加Al2O3/TiO2的比值，以抑制上述反应的进行、抑制TiO2的还原，因此控制Al2O3/TiO2≥150。 LF后期避免大气量搅拌，静吹5～15min。
（3）RH精炼工序： RH精炼过程不向钢水加入铝制品。RH精炼过程，真空度≤100Pa，真空保持时间≥15min，钢水破空后，钢水软吹20～30min。
（4）LF精炼后期及RH精炼过程中不向钢水加入铝制品，即不进行补铝操作，以避免铝的加入避免与TiO2发生反应增钛。
实施例1-8：本高钛铁水冶炼低钛高碳铬轴承钢的方法的具体工艺如下所述。
（1）生产工艺流程为：转炉、LF精炼、RH精炼和小方坯连铸工序。设备工艺参数为：转炉为120t顶底复吹转炉，装入量在148±2t、钢水量135±2t；LF精炼炉为电极旋转式双工位；RH精炼炉为双工位；小方坯连铸机为8机8流的200mm×200mm方坯连铸机，一个中包，中包液面高度350mm时对应的钢水重量20t，中包液面高度700mm时对应的钢水重量39t（正常浇钢液面高度）。
（2）各实施例所述转炉工序的工艺参数见表1；各实施例所述转炉工序预熔渣的组分见表2。
表1：转炉工序的工艺参数
Figure DEST_PATH_IMAGE004
表2：转炉工序预熔渣的组分（wt%）
Figure DEST_PATH_IMAGE006
（3）各实施例所述LF精炼和RH精炼工序的工艺参数见表3；所述LF精炼后期及RH精炼过程中不向钢水加入铝制品。
表3：LF精炼和RH精炼工序的工艺参数
Figure DEST_PATH_IMAGE008
（4）各实施例所述各工序钢水中的钛含量，以及所得钢坯中钛、磷、硫、氧含量见表4。
表4：各工序钢水中的钛含量以及钢坯中成分含量
Figure DEST_PATH_IMAGE010
。

Claims (3)

1.一种高钛铁水冶炼低钛高碳铬轴承钢的方法，其特征在于，其包括转炉、LF精炼和RH精炼工序；各工序工艺如下所述：
（1）转炉工序：吹氧至1/5～1/4时提枪倒前期钛渣，倒渣量控制在转炉前期总渣量的2/3～3/4；出钢过程利用三挡出钢，出钢时加入低钛合金进行脱氧合金化，并加入6～9kg/t预熔渣预调精炼渣组分；倒前期钛渣时温度控制在1300～1350℃；所述钛含量为0.12%～0.20%的高钛铁水经过转炉冶炼，将钢水中钛含量控制在Ti 0.0001～0.0003%之间；
（2）LF精炼工序：LF精炼前期加入铝制品，钢水铝含量控制在0.02～0.04wt%；同时控制精炼渣系快速成渣，且渣中的Al2O3≥30wt%，控制Al2O3/TiO2≥150；LF后期静吹5～15min；
（3）RH精炼工序： RH精炼过程不向钢水加入铝制品；
所述低钛高碳铬轴承钢中Ti≤0.0015wt%。
2.根据权利要求1所述的高钛铁水冶炼低钛高碳铬轴承钢的方法，其特征在于：所述转炉工序，开吹稳定后，加入石灰8～12kg/t、石灰石5～10kg/t、轻烧白云石5～10kg/t；倒渣后，再次加入石灰10～15kg/t、轻烧白云石5～10kg/t，进行吹炼；转炉终点控制C≥0.08wt%。
3.根据权利要求1或2所述的高钛铁水冶炼低钛高碳铬轴承钢的方法，其特征在于，所述转炉工序中预熔渣的组分为：CaO 40～55%、SiO2≤10%、Al2O3 30～45%、MgO≤8%、Al 3～8%。
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