CN116790961A - 一种基于生态电炉采用全废钢冶炼轴承钢的方法 - Google Patents

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卢秉军
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Abstract

本发明公开了一种基于生态电炉采用全废钢冶炼轴承钢的方法，该方法以全废钢为炉料，采用生态电炉高碳出钢、炉外精炼、连铸、轧制等工艺路径生产低氧钛钙轴承用钢，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，同时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。采用竖炉废钢预热、连续加料、平熔池冶炼、烟气极冷等技术，节能环保效果国际领先，达到超低排放标准，符合国家政策要求。

Description

一种基于生态电炉采用全废钢冶炼轴承钢的方法
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采用全废钢冶炼轴承钢的方法。
背景技术
国内电炉全废钢冶炼工艺相比于转炉冶炼工艺，在生产效率和成本方面竞争力不足。因此国内一般采用电炉热装铁水的方法来提高电炉的冶炼效率，降低电耗。但是随着中国的废钢积蓄量不断增加，以及对环境保护问题的逐渐重视，电炉短流程工艺在国内得到迅速发展成为大势所趋。
电炉大量热装铁水存在以下几方面的问题：一方面难以发挥电炉短流程能耗和低排放的优势；另一方面，部分企业没有高炉难以热装铁水，无法实现电炉热装铁水。长流程工艺中高炉炼铁能耗高、原料消耗量大，环境治理成本高，并且受高炉使用的焦炭产量所限，但又承担着骨架等不可替代的作用，迫于环保压力以及可持续发展方针要求，电炉炼钢必定成为未来发展趋势。相比于国外发达国家，中国的废钢利用率有待提高，废钢量大，发展电炉钢空间巨大且任重道远。
结合压缩粗钢产量以及鼓励电炉相关政策，电弧炉是未来炼钢的重要发展方向。尤其是生态电炉冶炼(ECOARC环保型高效电弧炉)，符合“国家政策引导趋势”，生态电炉炼钢有以下主要优势：吨钢能耗低，二氧化碳排放量低，绿色环保节能；冶炼钢种丰富，可生产优特钢种；在铁水价格贵的情况下，电炉可以使用大比例废钢。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明采用ECOARC生态电炉+LF+RH+连铸冶炼工艺和轧制工艺生产轴承用钢GCr15棒材，按全废钢冶炼，吨钢耗电小于240kwh/t，吨钢碳排放0.255吨，达到国内领先水平；冶炼周期达38分钟以内，大大提升了生产节奏；产材规格为Φ80mm，开发的具有低氧钛钙含量和高纯净度用钢GCr15，满足高端产品要求；实现了电炉连铸流程批量生产高品质轴承用钢GCr15棒材的突破。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种基于生态电炉采用全废钢冶炼轴承钢的方法，所述方法包括电炉冶炼、LF精炼、RH精炼、连铸、加热、轧制工序；
所述电炉冶炼工序采用全废钢作为炉料，电炉终点控制C≥0.20％，P≤0.008％；
所述LF精炼工序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含量控制为0.015～0.030％，二元碱度R1≥7，三元碱度R2≥8，四元碱度R3≥1.4；
所述RH精炼工序真空后定氢，定氢含量不超过1.2ppm；
所述连铸工序采用外置式结晶器电磁搅拌及凝固末端电磁搅拌，铸坯压下参数控制：1、2、3、5、1mm，共12mm。
上述技术方案中，进一步的，所述电炉冶炼工序采用ECOARC生态电炉，加料过程采用废钢加生铁，生铁添加量0.14kg/t；配入石墨压球增碳，加入量0.8-1.0kg/t；出钢过程加入铝锭、增碳剂、合金、造渣剂。
采用全废钢作为炉料，废钢采用的是不含杂质元素的优质废钢。三相电极升温，氧气氧化，激烈沸腾、自动流渣，加料过程采用废钢加生铁，加石墨压球方式进行增碳，生铁添加量0.14kg/t，分两次，通过推钢机加入，此外配入石墨压球，加入量0.8-1.0kg/t，增碳量出钢要求，C≥0.20％、P≤0.008％，其它残余元素合格，温度1610～1630℃，出钢15-20t后，一次性加入铝锭100kg，到精炼位目标Al：0.15％-0.20％；先后加入铝锭、增碳剂、合金(低钛高铬、高锰)、造渣剂(活性灰600kg，轴承钢合成渣900kg)，且在出钢70t前加完；目标成分：C：0.96～1.04％，Si：0.17～0.30％，Mn：0.27～0.35％，P：≤0.015％，S：≤0.015％，Cr：1.41～1.50％，Ni：≤0.18％，Mo：≤0.05％，Cu：≤0.15％。
高碳出钢：为提高钢水碳含量，电炉配料采取添加生铁的形式，生铁添加量0.14kg/t，分两批次与重型废钢混合同时加入，此外配入石墨压球，加入量0.8-1.0kg/t，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0％铁水比模型供电，电能消耗控制在240kwh/t以内，增加产品竞争力。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。
上述技术方案中，进一步的，所述LF精炼工序，精炼时间≥60min，补加活性石灰3-4kg/t，液渣形成后分批加入脱氧剂0.5-1kg/t；一次样报回后喂入铝线，将钢水铝调整到0.015-0.030％；分批加入0.2-0.5kg/t脱氧剂；加入合金，硅铁：0.5-1kg/t，高碳锰铁0.3-0.5kg/t，增碳剂：5.7-6kg/t，碳化硅：1.6-2kg/t，低钛高铬3.3-4kg/t。
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，液渣形成后分批加入脱氧剂0.5-1kg/t进行扩散脱氧，15min后，渣白取一次全分析样，一次全分析温度为1530～1560℃。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％，取样报回后继续分批加入0.2kg/t～0.5kg/t脱氧剂，加入低钛高铬、Fe-Si合金，调整合金成分。当钢水温度达到1560～1600℃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成分。补加合金：硅铁：0.5-1kg/t，高碳锰铁0.3～0.5kg/t，增碳剂：5.7-6kg/t，碳化硅：1.6-2kg/t，低钛高铬3.3-4kg/t。辅料：活性石灰3～4kg/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含量目标控制为0.015～0.030％。LF后渣样成分要求，二元碱度(CaO/SiO2)保证R1≥7，三元碱度(CaO+MgO)/SiO2保证R2≥8，四元碱度(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3)保证R3≥1.4。
上述技术方案中，进一步的，所述RH精炼工序，入RH温度1610-1630℃，真空度67Pa以下保持时间≥20min；软吹氩搅拌时间≥30min；吊包温度控制为1530-1540℃。
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，所述连铸工序的中间包温度1470-1490℃，拉速1-1.1m/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；钢液过热度控制在15-25℃。
大包平台第一炉温度1560～1570℃，中间包温度1470～1479℃，拉速1～1.1m/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。搅拌方式：交替(10s-3s-10s)；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≥32h。中方坯铸机投入轻压下，改善铸坯质量。铸坯压下参数控制：1、2、3、5、1mm，共12mm；钢液过热度控制在15-25℃，大包长水口保护浇注氩气参考流量20-40L/min，以中包液面微动，不露钢液面为准。大包余钢量：≥3.5吨；中包余钢量：尾炉≥10吨。
上述技术方案中，进一步的，所述加热工序，高温扩散温度1200-1230℃，高温扩散时间不小于3.5h，总加热时间5h，出炉温度1190-1210℃。
上述技术方案中，进一步的，所述轧制工序，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，节能环保国际领先，达超低排放标准，符合国家政策。全废钢冶炼电耗小于240kwh/t、电极消耗0.85kg/t、冶炼周期小于38min/炉，能耗比传统电炉减少约30％；吨钢碳排放0.255吨，达到国内领先水平。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≤10mg。
⑤中间包感应加热技术，可实现中间包低过热度恒拉速浇注，中间包过热度控制可达±3℃，为提供高附加值产品提供了技术支撑。
⑥外置式结晶器电磁搅拌及凝固末端电磁搅拌，连铸轻压下，改善铸坯表面和内部质量。一般疏松级别0.5级以下达到100％，中心疏松1.0级以下≥95％，中心偏析1.0级以下≥90％。缩孔1.0级以下≥95％。
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
一种基于生态电炉采用全废钢冶炼轴承钢的方法，所述轴承钢由如下重量百分含量的化学元素组成，C：0.97％，Si：0.18％，Mn：0.28％，P：≤0.007％，S：≤0.003％，Cr：1.43％，Ni：0.04％，Mo：0.02％，Cu：0.07％，Alt：0.012％，O：0.0006％、Ti：0.0010％。
一种基于生态电炉采用全废钢冶炼轴承钢的方法，所述方法包括如下工序：
1、ECOARC生态电炉冶炼：采用全废钢作为炉料，废钢采用的是不含杂质元素的优质废钢。三相电极升温，氧气氧化，激烈沸腾、自动流渣，加料过程采用废钢加生铁，加石墨压球方式进行增碳，生铁添加量0.28kg/t，分两次，通过推钢机加入，此外配入石墨压球，加入量0.8kg/t，出钢C：0.20％、P：0.006％，其它残余元素合格，温度1610～1630℃，出钢15-20t后，一次性加入铝锭100kg，到精炼位目标Al：0.15％；先后加入铝锭、增碳剂、合金(低钛高铬、高锰)、造渣剂(活性灰600kg，轴承钢合成渣900kg)，且在出钢70t前加完。
2、高碳出钢：为提高钢水碳含量，电炉配料采取添加生铁的形式，生铁添加量0.14kg/t，分两批次与重型废钢混合同时加入，此外配入石墨压球，加入量0.8kg/t，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)，高碳出钢。在2级操作画面中选择0％铁水比模型供电，电能消耗控制在240kwh/t以内，增加产品竞争力。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70min，当渣面波动、钢水及电弧不裸露时，补加活性石灰。初送电3min，液渣形成后分批加入脱氧剂0.5kg/t进行扩散脱氧，15min后，渣白取一次全分析样，一次全分析温度为1550℃。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％，取样报回后继续分批加入脱氧剂，加入低钛高铬、Fe-Si合金，调整合金成分。当钢水温度达到1590℃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成分。补加合金，硅铁：0.5kg/t，高碳锰铁0.3kg/t，增碳剂：5.7kg/t，碳化硅：1.6kg/t，低钛高铬3.3-4kg/t；辅料：活性石灰3kg/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含量目标控制为0.015～0.030％。LF后渣样成分要求：二元碱度(CaO/SiO2)保证R1≥7，三元碱度(CaO+MgO)/SiO2保证R2≥8，四元碱度(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3)保证R3≥1.4。
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℃，1472℃，1471℃，过热度分别为21℃、23℃、23℃、24℃，22℃，21℃，拉速1.1m/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。搅拌方式：交替(10s-3s-10s)；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。铸坯保温，保温时间48h。中方坯铸机投入轻压下，改善铸坯质量。铸坯压下参数控制：1mm、2mm、3mm、5mm、1mm，共12mm；大包长水口保护浇注氩气参考流量20-40L/min，以中包液面微动，不露钢液面为准。大包余钢量：3.5吨；中包余钢量：尾炉10吨。
6、加热工艺：高温扩散温度1200～1230℃，高温扩散时间不小于3.5h，总加热时间5h，出炉温度1190～1210℃。
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 ≥95％ ≥97％ 100％
中心疏松 ≥95％ ≥97％ 100％
中心偏析 ≥92％ 95％ 100％
一般疏松 ≥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 (8)

1.一种基于生态电炉采用全废钢冶炼轴承钢的方法，其特征在于，所述方法包括电炉冶炼、LF精炼、RH精炼、连铸、加热、轧制工序；
所述电炉冶炼工序采用全废钢作为炉料，电炉终点控制C≥0.20％，P≤0.008％；
所述LF精炼工序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含量控制为0.015～0.030％，二元碱度R1≥7，三元碱度R2≥8，四元碱度R3≥1.4；
所述RH精炼工序真空后定氢，定氢含量不超过1.2ppm；
所述连铸工序采用外置式结晶器电磁搅拌及凝固末端电磁搅拌，铸坯压下参数控制：1、2、3、5、1mm，共12mm。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电炉冶炼工序采用ECOARC生态电炉，加料过程采用废钢加生铁，生铁添加量0.14kg/t；配入石墨压球增碳，加入量0.8-1.0kg/t；出钢过程加入铝锭、增碳剂、合金、造渣剂。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述LF精炼工序，精炼时间≥60min，补加活性石灰3-4kg/t，液渣形成后分批加入脱氧剂0.5-1kg/t；一次样报回后喂入铝线，将钢水铝调整到0.015-0.030％；分批加入0.2-0.5kg/t脱氧剂；加入合金，硅铁：0.5-1kg/t，高碳锰铁0.3-0.5kg/t，增碳剂：5.7-6kg/t，碳化硅：1.6-2kg/t，低钛高铬3.3-4kg/t。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述RH精炼工序，入RH温度1610-1630℃，真空度67Pa以下保持时间≥20min；软吹氩搅拌时间≥30min；吊包温度控制为1530-1540℃。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述连铸工序的中间包温度1470-1490℃，拉速1-1.1m/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；钢液过热度控制为15-25℃。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述加热工序，高温扩散温度1200-1230℃，高温扩散时间不小于3.5h，总加热时间5h，出炉温度1190-1210℃。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述轧制工序，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为750-850℃。
8.一种如权利要求1-7任一方法生产的轴承钢，所述轴承钢由如下质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％，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。
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