CN116790960A

CN116790960A - 一种基于生态电炉的轴承钢冶炼方法

Info

Publication number: CN116790960A
Application number: CN202310634467.0A
Authority: CN
Inventors: 宋铁鹏; 王德勇; 卢秉军; 齐锐; 熊洪进; 阚开; 齐峰
Original assignee: Bengang Steel Plates Co Ltd
Current assignee: Bengang Steel Plates Co Ltd
Priority date: 2023-05-31
Filing date: 2023-05-31
Publication date: 2023-09-22

Abstract

本发明公开了一种基于生态电炉的轴承钢冶炼方法，采用ECOARC生态电炉、炉外精炼、连铸中方坯、棒材轧机等工艺路径生产低氧钛钙、高碳出钢的轴承用钢GCr15，既保证轴承钢低钛含量，又具有低氧、低钙、低夹杂物含量等指标，还保证轴承钢具有较高的纯净度，满足轴承用钢的高疲劳强度、弹性强度、屈服强度和韧性，高的耐磨性能，高且均匀的硬度，高寿命等一系列要求，产品质量稳定。外置式结晶器电磁搅拌及凝固末端电磁搅拌，改善铸坯表面和内部质量。成品钢材低倍组织、非金属夹杂物、金相均满足高端产品要求；采用的竖炉废钢预热、连续加料、平熔池冶炼、烟气极冷等节能环保技术国际领先，达到超低排放标准，符合国家双碳政策要求。

Description

一种基于生态电炉的轴承钢冶炼方法

技术领域

本发明属于特殊钢生产技术领域，具体涉及一种基于生态电炉的轴承钢冶炼方法。

背景技术

随着材料转型将向高精特方向发展，对钢水纯净度要求越来越高。对于轴承钢来说，需求量将进一步扩大，轴承钢质量等级要求也会越来越高。虽然目前国内生产轴承钢的钢厂已初具规模，例如兴澄、宝钢等。但与国外钢厂相比，在产品质量等级上还有差距，主要体现在夹杂物控制水平方面，而夹杂物的含量直接与钢水中氧势有关。目前轴承钢生产一般采用转炉低碳复吹双渣或多渣冶炼方法，此方法终点碳含量低，出钢温度高，出钢氧势高，对后续精炼处理、成品氧含量产生不利影响。降低钢水氧含量可显著降低成本，提高钢水纯净度，降低钢水[O]含量，可节约合金消耗，降低钢水成本，为此，如何稳定控制轴承钢电炉高碳出钢，对于电炉生产轴承钢夹杂物控制，提高轴承钢产品质量等级意义重大。发展电炉炼钢，尤其是ECOARC生态电炉冶炼，符合“双碳政策”要求；钢铁行业产业升级，大力支持电炉短流程工艺发展，注重绿色制造，强化协同发展概念；发展生态电炉炼钢符合短流程炼钢趋势，符合低碳电炉短流程发展战略。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明目的在于提供一种基于生态电炉的轴承钢冶炼方法，采用ECOARC生态电炉+炉外精炼(LF+RH)+连铸中方坯(210mm×210mm)+棒材轧机工艺路径生产低氧钛钙、高碳出钢的轴承用钢GCr15，既保证轴承钢低钛含量，又具有低氧、低钙、低夹杂物含量等指标，还保证轴承钢具有较高的纯净度，满足了高端轴承用钢的需求。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种基于生态电炉的轴承钢冶炼方法，为了满足高纯净轴承钢节约合金消耗，降低钢水成本要求，所述轴承钢由如下重量百分含量的化学元素组成，C：0.96～1.04％，Si：0.17～0.30％，Mn：0.27～0.35％，P：≤0.020％，S：≤0.020％，Cr：1.41～1.50％，Alt：0.010～0.030％，Ni：≤0.18％，Mo：≤0.07％，Cu：≤0.15％。

为了保证钢材纯净度，需要钢材氧含量≤6ppm、钛含量≤10ppm。

一种基于生态电炉的轴承钢冶炼方法，所述方法包括如下工序步骤：ECOARC生态电炉冶炼→高碳出钢→LF炉外精炼→RH炉外精炼→连铸方坯(210mm×210mm)→热送(缓冷)→加热→轧制→冷却(入坑缓冷或堆冷)→退火(软化退火/球化退火)→精整→检验→包装缴库→发货。

一种上述的基于生态电炉的轴承钢冶炼方法，进一步的，所述生态电炉冶炼工序，采用废钢加铁水作为炉料，废钢采用的是不含杂质元素的优质废钢，配比为40％～100％，铁水采用低钛铁水，配比0％～60％，要求每炉铁水与废钢配比稳定；要求铁水成份P：≤0.07％，S：≤0.04％，Si：0.25％～0.60％，铁水要求≥1300℃且稳定控制。三相电极升温，氧气氧化，激烈沸腾，自动流渣；出钢要求，C≥0.20％、P≤0.008％，其它残余元素合格，温度1610～1630℃，合金化顺序：出钢15-20t加入铝锭-增碳剂-合金-石灰-合成渣，出钢70t前物料加完。辅料使用轴承钢合成渣500kg/炉、钢包石灰20-25kg/t、低钛增碳剂、碳化硅、特种硅铁等。

上述技术方案中，进一步的，在高碳出钢工序，根据钢中碳含量的变化来控制氧气流量，将电炉终点碳控制在0.2％(质量分数)以上，高碳出钢。在2级操作画面中选择60％铁水比模型供电，供电时间参考值10-20min，电能消耗参考值0-50kwh/t。高碳出钢条件下出钢碳质量分数控制≥0.2％，w(P)≤0.01％的冶炼工艺技术，充分发挥电炉高碳出钢时钢水洁净度高的技术优势，形成电炉高拉碳生产方式冶炼轴承钢的工艺技术。通过稳定的钢包预热，弥补出钢过程钢包至精炼站温度。

上述技术方案中，进一步的，在LF炉外精炼工序，精炼时间≥60min，当渣面波动、钢水及电弧不裸露时，补加活性石灰。初送电2～3min液渣形成后开始增碳，结束后分批加入脱氧剂1-2kg/t进行扩散脱氧，关闭炉门，10min后，渣白、温度达到要求，取一次全分析样，一次全分析温度为1530～1580℃。一次样报回后根据钢水铝成分喂入铝线，将钢水铝调整到0.015％～0.030％。取样后继续分批加入0.5～1kg/t脱氧剂，保证全程白渣操作。当钢水温度达到1580～1600℃温度时第二次取样分析化学成分，以确认各化学元素成分含量距目标值要求的偏离值。补加扩散脱氧剂继续调渣。补加合金：高碳锰铁0.03～0.1kg/t，低钛高铬0.06～0.20kg/t，特种硅铁0.15～0.26kg/t，碳化硅0.06～0.1kg/t，铝粒0.05～0.1kg/t。辅料：活性石灰3～5kg/t，萤石0～10kg/t，增碳剂0.4～0.5kg/t。同时继续保持白渣熔炼≥30min。

LF终点成分按质量百分比计控制为C：0.95～0.98％，Si：0.16～0.30％，Mn：0.26～0.35％，Cr：1.41～1.50％，P：≤0.015％，S：≤0.015％。LF离站Al含量目标控制0.015～0.030％。LF后渣样成分要求。二元碱度(CaO/SiO₂)保证R1≥6，三元碱度(CaO+MgO)/SiO₂保证R2≥7，四元碱度(CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃)保证R3≥1.6。

上述技术方案中，进一步的，在RH炉外精炼工序，入RH温度1610-1630℃，真空度67Pa以下保持时间≥15min，目标≥20min。真空后定氢，定氢含量不超过1.2ppm，“软吹氩”搅拌时间≥20min，目标≥30min。软吹以渣面微动，钢水不裸露为宜，防止二次氧化，化学成分满足目标要求。吊包温度控制在1530～1540℃，RH过程未补加合金和增碳剂。

上述技术方案中，进一步的，在连铸工序，大包平台第一炉温度1560～1570℃，中间包温度1470～1490℃，拉速1～1.2m/min，结晶器水流量140m³/h，结晶器电磁搅拌电流350A，频率2Hz，末端电磁搅拌电流400A，频率7Hz。严格执行全过程保护浇铸，结晶器保护渣使用高碳钢保护渣。铸坯热送或保温，保温时间≥30h。中方坯铸机投入轻压下，改善铸坯质量。

上述技术方案中，进一步的，在加热工序，高温扩散温度1200～1230℃，高温扩散时间不小于3h，总加热时间5h，出炉温度1190～1210℃。

上述技术方案中，进一步的，在轧制工序，产材规格Φ80mm，开轧温度1100℃～1200℃，终轧温度850℃～1000℃；钢坯出加热炉后须经高压水除鳞方可轧制，除鳞压力参考范围20-30MPa，实际以表面除净为准，采用穿水工艺，穿水钢材终轧温度目标控制在750-850℃。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

①采用ECOARC生态电炉+LF+RH+连铸锭冶炼工艺和轧制工艺生产高品质轴承钢，生产规格为80mm，满足了GB/T18254特级轴承钢标准。

②合理的成分设计和生产工艺使该轴承钢具有较低的氧、钛、钙含量，钛含量达到了10ppm以内、氧含量达到6ppm以内，完全满足轴承用钢高的疲劳强度、弹性强度、屈服强度和韧性，高的耐磨性能，高且均匀的硬度，高寿命等一系列要求，产品质量稳定。

③成品钢材低倍组织、非金属夹杂物、金相均满足高端产品要求。

④节能减排：采用竖炉废钢预热、连续加料、平熔池冶炼、烟气极冷等技术，节能环保技术国际领先，达到超低排放标准，符合国家双碳政策。二噁英排放值≤0.1ng-TEQ/Nm³，远低于国家排放标准的≤0.5ng-TEQ/Nm³；粉尘排放≤8mg，低于国家排放标准的≤10mg。

⑤外置式结晶器电磁搅拌及凝固末端电磁搅拌，改善了铸坯表面和内部质量。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不以任何方式限制本发明。为免赘述，以下实施例中的原材料若无特别说明则均为市售产品，所用方法若无特别说明则均为常规方法。

实施例

一种基于生态电炉的轴承钢冶炼方法，所述轴承钢由如下重量百分含量的化学元素组成，C：1.02％、Si：0.23％、Mn：0.30％、Cr：1.43％、Alt：0.012％、P：0.007％、S：0.001％、Mo：0.01％、Cu：0.01％、Ni：0.02％、O：0.0006％、Ti：0.0010％。

一种基于生态电炉的轴承钢冶炼方法，所述方法包括如下工序步骤：ECOARC生态电炉冶炼→高碳出钢→炉外精炼LF→炉外精炼RH→连铸方坯(210mm×210mm)→热送(缓冷)→加热→轧制→冷却(入坑缓冷或堆冷)→(软化退火/球化退火)→精整→检验→包装缴库→发货。

1、ECOARC生态电炉冶炼：采用废钢加铁水作为炉料，废钢采用的是不含杂质元素的优质废钢，配比为40％，铁水采用低钛铁水，配比60％，要求每炉铁水与废钢配比稳定；要求铁水成份P：≤0.07％，S：≤0.04％，Si：0.25％～0.60％，铁水要求≥1300℃且稳定控制。三相电极升温，氧气氧化，激烈沸腾、自动流渣，出钢要求，C≥0.20％、P≤0.008％，其它残余元素合格，温度1610～1630℃，预脱氧采用铝锭200kg，合金化顺序：出钢15-20t加入低钛高铬2180kg，高锰370kg，石灰500kg，合成渣500kg。

2、高碳出钢：根据钢中碳含量的变化来控制氧气流量，将电炉终点碳控制在0.2％(质量分数)以上，高碳出钢。在2级操作画面中选择60％铁水比模型供电，供电时间参考值10-20min。高碳出钢条件下出钢碳质量分数控制在≥0.2％钢水，w(P)≤0.01％的冶炼工艺技术，充分发挥电炉高碳出钢时钢水洁净度高的技术优势，形成电炉高拉碳生产方式冶炼轴承钢的工艺技术。通过稳定的钢包预热，弥补出钢过程钢包至精炼站温度。

3、LF炉精炼：精炼时间85min，当渣面波动、钢水及电弧不裸露时，补加活性石灰。初送电2～3min液渣形成后开始增碳，结束后分批加入脱氧剂1-2kg/t进行扩散脱氧，关闭炉门，10min后，渣白、温度达到要求，取一次全分析样，一次全分析温度为1565～1570℃。一次样报回后根据钢水铝成分喂入铝线，将钢水铝调整到0.015％～0.030％。取样后继续分批加入0.5～1kg/t脱氧剂，保证全程白渣操作。当钢水温度达到1590～1595℃温度时第二次取样分析化学成分，以确认各化学元素成分含量距目标值要求的偏离值。补加扩散脱氧剂继续调渣。补加合金：高碳锰铁0.03kg/t，低钛高铬0.20kg/t，特种硅铁0.26kg/t，碳化硅0.06kg/t，铝粒0.05kg/t。辅料：活性石灰4kg/t，增碳剂0.5kg/t。同时继续保持白渣熔炼≥30min。

LF终点成分按质量百分比计控制为C：0.95～0.98％、Si：0.16～0.30％、Mn：0.26～0.35％、Cr：1.41～1.50％、P：≤0.015％、S：≤0.015％。LF离站Al含量目标控制0.015～0.030％。LF后渣样成分要求。二元碱度(CaO/SiO₂)保证R1≥6，三元碱度(CaO+MgO)/SiO₂保证R2≥7，四元碱度(CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃)保证R3≥1.6。

4、RH精炼：入RH温度1610-1630℃，真空度67Pa以下保持时间20min。真空后定氢，定氢含量1.0ppm，“软吹氩”搅拌时间30min。软吹以渣面微动，钢水不裸露为宜，防止二次氧化，化学成分满足目标要求。吊包温度控制在1530～1540℃，RH过程未补加合金和增碳剂。

5、连铸：大包平台温度1515℃，中间包温度1471℃、1473℃、1473℃，1474℃拉速1.1m/min，过热度分别为21℃、23℃、23℃、24℃，结晶器电磁搅拌电流350A，频率2Hz，末端电磁搅拌电流400A，频率7Hz。严格执行全过程保护浇铸，结晶器保护渣使用高碳保护渣。铸坯热送或保温，保温时间≥30h。中方坯铸机投入轻压下，改善铸坯质量。成品成分：C：1.03％、Si：0.23％、Mn：0.29％、Cr：1.43％、Alt：0.011％、P：0.007％、S：0.001％、Mo：0.01％、Cu：0.01％、Ni：0.02％、O：0.0006％、Ti：0.0010％。

6、加热工艺

坯料优先热装，不具备热装条件坯料保温时间≥30h，坯料加热温度控制在1200℃～1230℃，并应保证坯料高温扩散时间≥200min。预热段温度≤800℃，坯料保温时间≥30h，加热1段温度800-950℃，升温速度≤100℃/h，加热2段温度950-1190℃，升温速度≤180℃/h，均热段温度1200-1230℃，保温4h，出炉温度1200-1230℃。

7、产材规格Φ80mm轧制工艺：

开轧温度1100℃～1200℃，终轧温度850℃～1000℃；钢坯出加热炉后须经高压水除鳞方可轧制，除鳞压力25MPa，采用穿水工艺，穿水钢材终轧温度目标控制在750℃～850℃。

实施例的成品210*210中方坯铸坯内部质量检验结果，如表1所示；实施例的夹杂物评级如表2所示。

表1本发明实施例的210*210中方坯铸坯内部质量

项目	0.5级	1.0级	1.5级	2.0级
					中心缩孔	≥92％	≥97％	100％
中心疏松		≥90％	≥95％	100％
					中心偏析	≥90％		100％

表2实施例的夹杂物评级

规格	A(粗)	A(细)	B(粗)	B(细)	C(粗)	C(细)	D(粗)	D(细)	(DS)
										Φ80	1.0	0.5	0.5	0.5	0	0	0.5	0	0
Φ80	1.0	1.0	0.5	0.5	0	0	0.5	0	0

对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims

1.一种基于生态电炉的轴承钢冶炼方法，其特征在于，所述轴承钢由如下重量百分含量的化学元素组成，C：0.96～1.04％，Si：0.17～0.30％，Mn：0.27～0.35％，P≤0.020％，S≤0.020％，Cr：1.41～1.50％，Alt：0.010～0.030％，Ni≤0.18％，Mo≤0.07％，Cu≤0.15％，氧含量≤6ppm，钛含量≤10ppm，余量为铁和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的基于生态电炉的轴承钢冶炼方法，其特征在于，所述方法包括如下工序步骤：生态电炉冶炼→高碳出钢→LF炉外精炼→RH炉外精炼→连铸方坯→热送→加热→轧制→冷却→退火→精整→检验→包装缴库→发货。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述生态电炉冶炼工序，采用废钢加铁水作为炉料，废钢配比为40-100％，铁水配比0-60％；出钢要求C≥0.20％，P≤0.008％。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在高碳出钢工序，电炉终点碳控制在0.2wt％以上。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在LF炉外精炼工序，LF终点成分按质量百分比计控制为C：0.95-0.98％，Si：0.16-0.30％，Mn：0.26-0.35％，Cr：1.41-1.50％，P≤0.015％，S≤0.015％；LF离站Al含量目标控制0.015～0.030％，二元碱度R1≥6，三元碱度R2≥7，四元碱度R3≥1.6。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在RH炉外精炼工序，入RH温度1610-1630℃，真空度67Pa以下保持时间≥20min，真空后定氢含量不超过1.2ppm。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在连铸工序，中间包温度1470-1490℃，拉速1-1.2m/min，结晶器水流量140m³/h，结晶器电磁搅拌电流350A，频率2Hz，末端电磁搅拌电流400A，频率7Hz。

8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在加热工序，高温扩散温度1200-1230℃，高温扩散时间不小于3h，总加热时间5h，出炉温度1190-1210℃。

9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在轧制工序，开轧温度1100-1200℃，终轧温度850-1000℃；钢坯出加热炉后经高压水除鳞，除鳞压力20-30MPa，穿水钢材终轧温度控制在750-850℃。