CN117385132A - 一种轴承钢Ds类夹杂物的半钢水冶炼控制方法 - Google Patents

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CN117385132A CN202311447750.9A CN202311447750A CN117385132A CN 117385132 A CN117385132 A CN 117385132A CN 202311447750 A CN202311447750 A CN 202311447750A CN 117385132 A CN117385132 A CN 117385132A
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Abstract

本发明提供了一种轴承钢Ds类夹杂物的半钢水冶炼控制方法，从轴承钢Ds类夹杂物形成机理入手，基于轴承钢Ds类夹杂物的形成与硫元素含量具有密切关系，在LF精炼前的KR脱硫进行深脱硫，在LF精炼前的转炉炼钢进行深脱氧，使得LF精炼在保证高碱度渣系可脱硫的情况下，有更大的能力去吸附夹杂物，尤其是在半钢水冶炼脱硫中的KR脱硫步骤进行主要脱硫，并控制KR脱硫得到的半钢水中S含量≤0.01wt％，可以大大减轻后续脱硫压力，保证了LF精炼的离站S含量≤0.003wt％，使得最终轴承钢Ds类夹杂物≤0.5级合格率100％，达到特级优质钢标准。

Description

一种轴承钢Ds类夹杂物的半钢水冶炼控制方法
技术领域
本发明涉及钢铁冶炼领域，涉及Ds类夹杂物的控制方法，具体涉及一种轴承钢Ds类夹杂物的半钢水冶炼控制方法。
背景技术
随着科技的快速发展，对原材料的质量要求日益提高，下游客户对钢中夹杂物含量的要求也越来越苛刻。其中，大型球状夹杂物(Ds类)会显著降低产品的疲劳寿命，然而在实际生产中不可避免的会产生Ds类夹杂物，且只要产生相应级别基本都高于0.5级。
轴承钢是用来制造滚珠、滚柱和轴承套圈的钢。轴承钢有高而均匀的硬度和耐磨性，以及高的弹性极限。对轴承钢的化学成分的均匀性、非金属夹杂物的含量和分布、碳化物的分布等要求都十分严格，是所有钢铁生产中要求最严格的钢种之一。
研究表明，Ds类夹杂物主要分为几种：一种为形核部位为镁铝尖晶石，外层钙铝酸盐的二层复合物；一种为心部含有钙铝酸盐，其外围附有CaS的二层复合物；再有就是三层复合物，镁铝尖晶石(熔点2135℃)首先形成Ds类夹杂物的核心，钙铝酸盐(熔点1455-1875℃)包裹镁铝尖晶石，最外层为CaS。镁铝尖晶石是构成Ds类夹杂物的主因之一，不含镁铝尖晶石的纯钙铝酸盐的Ds夹杂物仅占20％。
CN113621758A公开了一种炼钢连铸过程Ds夹杂物的控制方法及应用，具体公开了一种真空后喂钙线处理工艺条件下Ds类夹杂物控制方法，通过控制钢水中Ca含量在2～5ppm，并通过长时间钢水静置处理+中包感应加热进行温度补偿的方式，实现Ds类夹杂物稳定、有效控制，但是该方法存在处理周期长、过程温降大、生产成本高等问题。
CN109055664A公开了一种无Ds类夹杂物的轴承钢钢液脱氧控制方法，具体公开了无Ds类夹杂物的轴承钢钢水脱氧控制方法，通过出钢硅脱氧，造低碱度精炼渣(CaO/SiO2终渣碱度1.1～1.6)，RH真空处理时间控制在15～20min、软吹时间≥35min，可保证Ds类夹杂物为0级，该方法适用于硅锰脱氧钢，对于铝镇静钢，低碱度精炼渣会导致钢渣之间的持续反应，不利于钢中氧含量的控制，且会降低钢的纯净度。
CN108456762A公开了一种合金工具钢中Ds类夹杂物的控制方法，具体公开了高碱度渣条件下控制Ds类夹杂物的方法，通过控制精炼渣CaO/SiO2碱度在6～8、Al2O3含量30～40％，LF精炼过程小批量、多批次进行炉渣脱氧，并控制RH真空处理时间≥20min、软吹时间≥20min，可将钢中Ds类夹杂级别控制到≤1.0级，但在LF精炼过程分批次、小批量进行炉渣脱氧，会导致后脱氧产物细小难以上浮去除，不利于钢中全氧的控制。
CN114086062A公开了一种高铁车轴用钢及其生产方法，具体提供了一种VD真空处理前进行倒渣操作(倒出精炼渣30～40％)，真空处理后喂入30～80m硅钙线进行钙处理，对夹杂物进行变性处理，并强化软吹(软吹时间达30～40min)，实现了车轴Ds夹杂物稳定控制在0.5级以下，该方法需要倒渣，一方面冶炼周期长、另一方面过程温降大，此外，喂线后的软吹时间较长，不利于高效、经济生产。
为提升产品质量，并满足客户的严格要求。发明人从Ds类夹杂物形成机理入手，致力于消除Ds类夹杂物的生成或降低Ds类夹杂物的级别。通过在显微镜下寻找大级别Ds类夹杂物，再用SEM观察形态，并利用能谱分析定性鉴定以及电镜扫描，发明人发现轴承钢Ds类夹杂物分为几种：第一类轴承钢Ds类夹杂物是形核部位为镁铝尖晶石且外层部位为钙铝酸盐的二层复合物，图1与图2分别示出了其形核部位的金相检测的取样位置示意图与取样结果谱图，图3与图4分别示出了其外层部位的金相检测的取样位置示意图与取样结果谱图，其中图1与图3中的取样位置用白色框线标出；第二类轴承钢Ds类夹杂物是Ca-Mg-Al-O复合态夹杂物；第三类轴承钢Ds类夹杂物是外包有硫化物的复合型夹杂物。其中，第三类轴承钢Ds类夹杂物最多，并经常伴有Ba元素。可以看出，轴承钢Ds类夹杂物的形成与硫元素含量具有密切关系，发明人为此开发出一种轴承钢Ds类夹杂物的半钢水冶炼控制方法。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供了一种轴承钢Ds类夹杂物的半钢水冶炼控制方法，从轴承钢Ds类夹杂物形成机理入手，基于轴承钢Ds类夹杂物的形成与硫元素含量具有密切关系，在LF精炼前的KR脱硫进行深脱硫，在LF精炼前的转炉炼钢进行深脱氧，使得LF精炼在保证高碱度渣系可脱硫的情况下，有更大的能力去吸附夹杂物，尤其是在半钢水冶炼脱硫中的KR脱硫步骤进行主要脱硫，并控制KR脱硫得到的半钢水中S含量≤0.01wt％，可以大大减轻后续脱硫压力，保证了LF精炼的离站S含量≤0.003wt％，使得最终轴承钢Ds类夹杂物≤0.5级合格率100％，达到特级优质钢标准。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的目的在于提供一种轴承钢Ds类夹杂物的半钢水冶炼控制方法，所述半钢水冶炼控制方法包括以下步骤：
(1)半钢水冶炼脱硫；
将含钒铁水依次进行提钒吹炼、KR脱硫，控制所述提钒吹炼得到的半钢水中C含量≥3.5wt％，Mn含量≥0.05wt％，V含量≤0.04wt％，控制所述KR脱硫得到的半钢水中S含量≤0.01wt％；
(2)转炉炼钢；
控制所述转炉炼钢的终点C含量0.05～0.08wt％，终点P含量≤0.012wt％，终点S含量≤0.015wt％；
(3)LF精炼；
控制所述LF精炼的离站S含量≤0.003wt％，离站Al含量0.02～0.03wt％；
(4)VD真空精炼；
(5)连铸保护浇注。
为提升产品质量，并满足客户的严格要求。本发明所述轴承钢Ds类夹杂物的半钢水冶炼控制方法从轴承钢Ds类夹杂物形成机理入手，基于轴承钢Ds类夹杂物的形成与硫元素含量具有密切关系，发明人经过多次实验研究，在LF精炼前的KR脱硫进行深脱硫，在LF精炼前的转炉炼钢进行深脱氧，使得LF精炼在保证高碱度渣系可脱硫的情况下，有更大的能力去吸附夹杂物，尤其是在半钢水冶炼脱硫中的KR脱硫步骤进行主要脱硫，并控制KR脱硫得到的半钢水中S含量≤0.01wt％，可以大大减轻后续脱硫压力，保证了LF精炼的离站S含量≤0.003wt％，使得最终轴承钢Ds类夹杂物≤0.5级合格率100％，达到特级优质钢标准。
值得说明的是，步骤(2)所述转炉炼钢基本没有脱硫功能，反而可能引入少量硫杂质，但是并不会影响本发明最终轴承钢Ds类夹杂物的等级，因而限定转炉炼钢的终点S含量≤0.015wt％即可。
值得说明的是，本发明所述半钢水是指在提钒转炉吹炼提钒后的铁水，提钒后到转炉炼钢冶炼前都是半钢水，KR脱硫预处理工序对应的也是半钢水，主要处理半钢水中的硫。
值得说明的是，步骤(1)所述KR脱硫限定出站S含量≤0.01wt％，同时需要限定进站S含量≤0.12wt％，因为KR脱硫工序的脱硫量一般是一定量的，如果进站S含量较高，脱硫量一般固定，出站S含量也会高；而限定出站S含量是因为炼钢转炉冶炼过程中基本不脱硫，控制KR脱硫的出站S含量≤0.01wt％，LF精炼进站硫就低，在精炼脱硫就容易。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)中所述提钒吹炼的终点温度为1360～1400℃，例如1360℃、1365℃、1370℃、1375℃、1380℃、1385℃、1390℃、1395℃或1400℃等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)中所述提钒吹炼包括加入提钒物料。
优选地，所述提钒物料包括竖炉球团和氧化铁皮。
优选地，所述竖炉球团的加入量为20～30kg/吨钢，例如20kg/吨钢、21kg/吨钢、23kg/吨钢、25kg/吨钢、27kg/吨钢、29kg/吨钢或30kg/吨钢等，所述氧化铁皮的加入量为10～15kg/吨钢，例如10kg/吨钢、11kg/吨钢、12kg/吨钢、13kg/吨钢、14kg/吨钢或15kg/吨钢等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)中所述提钒吹炼的供氧强度为2～2.3m3/吨钢，例如2m3/吨钢、2.1m3/吨钢、2.2m3/吨钢或2.3m3/吨钢等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)中所述提钒吹炼的供氧吹炼时间为5～6min，例如5min、5.2min、5.5min、5.8min或6min等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)中所述KR脱硫的脱硫率≥80％。
优选地，步骤(1)中所述KR脱硫的转速为80～100r/min，例如80r/min、85r/min、90r/min、95r/min或100r/min等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)中所述KR脱硫的搅拌时间为12～15min，例如12min、13min、14min或15min等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)中所述KR脱硫的脱硫剂包括石灰粉800～1200kg，例如800kg、900kg、1000kg、1100kg或1200kg等，萤石50～90kg，例如50kg、60kg、70kg、80kg或90kg等，铝粒60～70kg，例如60kg、62kg、64kg、65kg、68kg或70kg等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
值得说明的是，本发明所述KR脱硫的脱硫剂是针对单包钢包的钢水量来计量加入的，而一钢包钢水量往往在80吨左右浮动。
优选地，步骤(1)中所述KR脱硫的脱硫钢种吊包温度为1380～1390℃，例如1380℃、1382℃、1385℃、1388℃或1390℃等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
值得说明的是，为给后续工序脱硫减轻困难，KR脱硫中使用新鲜石灰粉；而且，为保证扒渣效果，脱硫钢种吊包温度按1380～1390℃控制，避免扒渣周期较长温度偏低，影响脱硫效果。
作为本发明优选的技术方案，步骤(2)中所述转炉炼钢为转炉吹氧炼钢。
优选地，步骤(2)所述转炉炼钢包括加入造渣物料。
优选地，所述造渣物料包括化渣球、磁选粉球、石灰或镁球中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述造渣物料中化渣球的加入量为450～800kg，例如450kg、500kg、550kg、600kg、650kg、700kg、750kg或800kg等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述造渣物料中磁选粉球的加入量为60～150kg，例如60kg、70kg、80kg、90kg、100kg、110kg、120kg、130kg、140kg或150kg等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述造渣物料中石灰的加入量为2400～3500kg，例如2400kg、2800kg、3000kg、3300kg或3500kg等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述造渣物料中镁球的加入量为400～1000kg，例如400kg、500kg、600kg、700kg、800kg、900kg或1000kg等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，在步骤(2)所述转炉炼钢中进行吹氧。
优选地，所述吹氧的时间为10～12min，例如10min、10.5min、11min、11.5min或12min等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)中所述转炉炼钢的终点温度为1600～1650℃，例如1600℃、1610℃、1620℃、1630℃、1640℃或1650℃等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)中所述转炉炼钢的出钢过程中加入铁源、深脱氧剂和造渣剂。
优选地，所述铁源包括锰铁、铬铁、钒铁、钼铁或硅铁中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述深脱氧剂包括铝锭，且铝锭的加入量为70kg。
优选地，所述造渣剂包括精炼渣，且精炼渣的加入量为1000kg。
作为本发明优选的技术方案，步骤(3)中所述LF精炼的精炼时间≥48min。
优选地，步骤(3)所述LF精炼中加入扩散脱氧物料及造渣料。
优选地，所述造渣料包括石灰100～200kg，例如100kg、120kg、150kg、180kg或200kg等，和精炼渣100～200kg，例如100kg、120kg、150kg、180kg或200kg等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述扩散脱氧物料包括铝粒20～50kg，例如20kg、30kg、40kg或50kg等，和碳化硅80～120kg，例如80kg、90kg、100kg、110kg或120kg等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(3)所述LF精炼的顶渣为高铝渣系，且所述高铝渣系的质量百分比成分CaO含量45～55wt％，SiO2含量≤8wt％，Al2O3含量35～40wt％，R碱度保证6～12，保证硫溶比。
值得说明的是，本发明所述高铝渣系是LF精炼的顶渣，限定Al2O3含量35～40wt％才能保证顶渣为高铝渣系，限定SiO2含量≤8wt％是因为要保障R碱度，保证钢水流动性及硫溶比，浅脱硫深吸附夹杂物。
值得说明的是，本发明步骤(2)所述转炉炼钢中采用的精炼渣与步骤(3)所述LF精炼中采用的精炼渣相同，且成分为CaO含量≥49wt％、MgO含量≤1.5wt％、SiO2含量≤1.5wt％、Al2O3含量≥40％，精炼渣是本领域技术人员熟知的造渣物料。
值得说明的是，本发明所述铝粒与铝锭是有区别的，铝锭用于深脱氧，自身在没有钢水搅拌的情况下，凭借自身重力下沉与钢水接触脱氧，铝粒用于扩散脱氧，体积小，在钢水的搅拌下充分与钢水混匀脱氧。因为在步骤(2)所述转炉炼钢中，会产生大量夹杂物和氧气，在此处加入的物料是为了提前处理钢水中夹杂物与氧气，因为后续想除硫就需要先除氧，采用的铝锭因为自身重力可以在下沉过程中充分跟所有钢水接触反应，下沉过程中本身因为活泼与氧结合生成一种夹杂物，去除掉氧，采用的精炼渣吸附夹杂物。
作为本发明优选的技术方案，步骤(4)中所述VD真空精炼的保真空时间≥12min。
优选地，步骤(4)中所述VD真空精炼的软吹时间≥25min。
优选地，步骤(4)中控制所述VD真空精炼的离站Al含量为0.021～0.028wt％。
优选地，步骤(4)中所述VD真空精炼在破空前控制氢含量为≤1.5ppm。
优选地，步骤(4)中所述VD真空精炼的Ti/N比为4～8，例如4、5、6、7或8等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(4)中所述VD真空精炼的钙处理控制首炉硅钙线45～55m/炉，例如45m/炉、47m/炉、50m/炉、51m/炉、53m/炉或55m/炉等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
值得说明的是，首炉硅钙线45～55m/炉，而连浇炉次不进行钙处理，减少Ds类夹杂物的形成。
优选地，步骤(4)中所述VD真空精炼采用钢包为二类包。
作为本发明优选的技术方案，步骤(5)中所述连铸保护浇注采用的耐材为高MgO耐材，且MgO含量≥85wt％。
优选地，步骤(5)中所述连铸保护浇注采用大包留钢操作，且控制2.3～5.4吨/炉，例如2.3吨/炉、2.5吨/炉、3吨/炉、3.5吨/炉、4吨/炉、4.5吨/炉、4.8吨/炉、5吨/炉或5.4吨/炉等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(5)中所述连铸保护浇注的整浇次自动液面控制波动≤±2mm，避免液面波动大可能会导致卷渣，把夹杂物卷进钢水。
作为本发明优选的技术方案，所述半钢水冶炼控制方法包括以下步骤：
(1)半钢水冶炼脱硫；
将含钒铁水依次进行提钒吹炼、KR脱硫，控制所述提钒吹炼得到的半钢水中C含量≥3.5wt％，Mn含量≥0.05wt％，V含量≤0.04wt％，所述提钒吹炼的终点温度为1360～1400℃；所述提钒吹炼包括加入提钒物料；所述提钒物料包括竖炉球团和氧化铁皮；所述竖炉球团的加入量为20～30kg/吨钢，所述氧化铁皮的加入量为10～15kg/吨钢；所述提钒吹炼的供氧强度为2～2.3m3/吨钢；所述提钒吹炼的供氧吹炼时间为5～6min；
控制所述KR脱硫得到的半钢水中S含量≤0.01wt％；所述KR脱硫的脱硫率≥80％；所述KR脱硫的转速为80～100r/min；所述KR脱硫的搅拌时间为12～15min；所述KR脱硫的脱硫剂包括石灰粉800～1200kg，萤石50～90kg，铝粒60～70kg；所述KR脱硫的脱硫钢种吊包温度为1380～1390℃；
(2)转炉炼钢；
所述转炉炼钢包括加入化渣球450～800kg、磁选粉球60～150kg、石灰2400～3500kg和镁球400～1000kg作为造渣物料，所述转炉炼钢为转炉吹氧炼钢，在所述转炉炼钢中进行吹氧，吹氧的时间为10～12min；转炉炼钢的终点温度为1600～1650℃；控制所述转炉炼钢的终点C含量0.05～0.08wt％，终点P含量≤0.012wt％，终点S含量≤0.015wt％；所述转炉炼钢的出钢过程中根据成分要求加入铁源，所述铁源包括锰铁、铬铁、钒铁、钼铁或硅铁中的任意一种或至少两种的组合，加入70kg铝锭作为深脱氧剂，加入1000kg精炼渣作为预熔造渣剂；
(3)LF精炼；
控制所述LF精炼的离站S含量≤0.003wt％，离站Al含量0.02～0.03wt％；所述LF精炼的精炼时间≥48min；所述LF精炼中加入扩散脱氧物料及造渣料；所述造渣料包括石灰100～200kg和精炼渣100～200kg；所述扩散脱氧物料包括铝粒20～50kg和碳化硅80～120kg；保证所述LF精炼的顶渣为高铝渣系，且所述高铝渣系的质量百分比成分CaO含量45～55wt％，SiO2含量≤8wt％，Al2O3含量35～40％，R碱度保证6～12，保证硫溶比；
(4)VD真空精炼；
所述VD真空精炼的保真空时间≥12min；所述VD真空精炼的软吹时间≥25min；控制所述VD真空精炼的离站Al含量为0.021～0.028wt％；所述VD真空精炼在破空前控制氢含量为≤1.5ppm；所述VD真空精炼的Ti/N比为4～8；所述VD真空精炼的钙处理控制首炉硅钙线45～55m/炉，连浇不进行钙处理；所述VD真空精炼采用钢包为二类包；
(5)连铸保护浇注；
所述连铸保护浇注采用的耐材为高MgO耐材，且MgO含量≥85wt％；所述连铸保护浇注采用大包留钢操作，且控制2.3～5.4吨/炉；所述连铸保护浇注的整浇次自动液面控制波动≤±2mm。
与现有技术方案相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明提供了一种轴承钢Ds类夹杂物的半钢水冶炼控制方法，从轴承钢Ds类夹杂物形成机理入手，基于轴承钢Ds类夹杂物的形成与硫元素含量具有密切关系，在LF精炼前的KR脱硫进行深脱硫，在LF精炼前的转炉炼钢进行深脱氧，使得LF精炼在保证高碱度渣系可脱硫的情况下，有更大的能力去吸附夹杂物，尤其是在半钢水冶炼脱硫中的KR脱硫步骤进行主要脱硫，并控制KR脱硫得到的半钢水中S含量≤0.01wt％，可以大大减轻后续脱硫压力，保证了LF精炼的离站S含量≤0.003wt％，使得最终轴承钢Ds类夹杂物≤0.5级合格率100％，达到特级优质钢标准。
附图说明
图1是本发明所述第一类轴承钢Ds类夹杂物的形核部位的取样位置示意图；
图2是图1的取样结果谱图；
图3是本发明所述第一类轴承钢Ds类夹杂物的外层部位的取样位置示意图；
图4是图3的取样结果谱图；
图5是本发明所述轴承钢Ds类夹杂物的半钢水冶炼控制方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：
本发明提供了一种轴承钢Ds类夹杂物的半钢水冶炼控制方法，工艺流程图如图5所示，所述半钢水冶炼控制方法包括以下步骤：
(1)半钢水冶炼脱硫；
将含钒铁水依次进行提钒吹炼、KR脱硫，控制所述提钒吹炼得到的半钢水中C含量≥3.5wt％，Mn含量≥0.05wt％，V含量≤0.04wt％，控制所述KR脱硫得到的半钢水中S含量≤0.01wt％；
(2)转炉炼钢；
控制所述转炉炼钢的终点C含量0.05～0.08wt％，终点P含量≤0.012wt％，终点S含量≤0.015wt％；
(3)LF精炼；
控制所述LF精炼的离站S含量≤0.003wt％，离站Al含量0.02～0.03wt％；
(4)VD真空精炼；
(5)连铸保护浇注。
(一)试验结果及验证：
经过工艺试验，在各工序取样分析Ds夹杂物演变。VD真空精炼到站取到的Ds夹杂大部分为LF精炼过程内生Ds(主体为铝酸钙，外层包裹CaS)，少量为LF精炼渣卷入Ds(中心含Si)。VD软吹15min、20min、25min捕捉到的Ds夹杂物对比，随着软吹时间的延长，数量整体趋势减少，并且形状也发生变化，有的内生Ds夹杂形状由圆形变得不规则。连铸中包未捕捉到中包覆盖剂超大型Ds类夹杂。
整体工艺优化后，Ds夹杂物能够达到≤0.5级，并且Ds夹杂物基本不含Ba，分别为铝酸钙内生型和精炼渣卷入型两类，没有发现以铝镁尖晶石形核，外围铝酸钙型Ds夹杂物。
(二)生产控制方案：
对含钒铁水依次进行提钒吹炼和KR脱硫，得到脱硫后半钢水，进行转炉炼钢，LF精炼和VD真空精炼，得到处理后钢水进行连铸保护浇注。
产前准备：生产前准备高镁质(MgO≥85wt％)中包，中间包烘烤前做好中间包内及包盖的清扫，减少外来大颗粒夹杂；生产前对相关设备进行确认，确保KR、喂线机、VD定氢仪、连铸首末端电磁搅拌、液面自动控制、火切机等设备运行正常；钢包须保证透气砖良好，包沿干净、平整，使用二类钢包；生产前组织相关作业区、班组对生产相关工艺要求进行培训。
物料准备：为保障80％脱硫效率，KR使用新鲜石灰粉，搅拌头提前预热3炉，转炉和精炼采用竖炉新鲜石灰；选用自开率高的引流砂，确保自开；使用低硫覆盖剂，防止增硫。
过程关键控制点：KR进站铁水条件S含量≤0.120wt％；KR搅拌转速为80～100r/min，目标离站S含量≤0.020％，脱硫率≥80％；LF精炼的顶渣为高铝渣系，目标渣系：CaO含量45～55wt％，SiO2含量≤8wt％，Al2O3含量35～40wt％，R碱度保证6～12，保证硫溶比，精炼炉炉取离站渣样送检；精炼离站每炉取N样，VD根据N检验结果，调整Ti含量，确保钛氮比控制在4～8之间，避免由于N含量波动导致Ti/N超标；使用二类钢包，避免二次升温；VD工序Ti加入后软吹3min再加入B铁，确保B因子有效性；炉炉定氢，H要求≤2ppm；最终浇注成品的Al目标控制含量≤0.025％；钙处理：首炉硅钙线50m/炉，连浇炉次不进行钙处理；VD深真空保持时间≥12min，软吹时间≥25min，确保非金属夹杂物充分上浮；压水时间严禁超出引流砂要求上限，避免引流砂变性导致烧氧问题；采用大包留钢操作。
实施例1
本实施例提供了一种轴承钢Ds类夹杂物的半钢水冶炼控制方法，所述半钢水冶炼控制方法包括以下步骤：
(1)半钢水冶炼脱硫；
将含钒铁水依次进行提钒吹炼、KR脱硫；所述提钒吹炼的终点温度为1380℃；所述提钒吹炼包括加入提钒物料；所述提钒物料包括竖炉球团和氧化铁皮；所述竖炉球团的加入量为25kg/吨钢，所述氧化铁皮的加入量为13kg/吨钢；所述提钒吹炼的供氧强度为2.3m3/吨钢；所述提钒吹炼的供氧吹炼时间为5.5min；所述提钒吹炼得到的半钢水中C含量≥3.5wt％，Mn含量≥0.05wt％，V含量≤0.04wt％；
为给后续工序脱硫减轻困难，使用新鲜石灰粉，KR进站S含量≤0.120wt％；所述KR脱硫的脱硫剂包括石灰粉1000kg，萤石70kg，铝粒65kg；所述KR脱硫的转速为80r/min；所述KR脱硫的搅拌时间为13min；所述KR脱硫的脱硫钢种吊包温度为1380℃；所述KR脱硫得到的半钢水中S含量≤0.01wt％；所述KR脱硫的脱硫率≥80％；
(2)转炉炼钢；
所述转炉炼钢包括加入化渣球600kg、磁选粉球100kg、石灰3000kg和镁球800kg作为造渣物料，所述转炉炼钢为转炉吹氧炼钢，在所述转炉炼钢中进行吹氧，吹氧的时间为11min；转炉炼钢的终点温度为1630℃；所述转炉炼钢的出钢过程中加入硅铁作为铁源，加入70kg铝锭作为深脱氧剂，加入1000kg精炼渣作为预熔造渣剂；所述转炉炼钢的终点C含量0.05～0.08wt％，终点P含量≤0.012wt％，终点S含量≤0.015wt％；
(3)LF精炼；
所述LF精炼中加入扩散脱氧物料及造渣料；所述造渣料包括石灰100kg和精炼渣100kg；所述扩散脱氧物料包括铝粒50kg和碳化硅100kg；保证所述LF精炼的顶渣为高铝渣系，且所述高铝渣系的质量百分比成分CaO含量45～55wt％，SiO2含量≤8wt％，Al2O3含量35～40wt％，R碱度保证6～12，保证硫溶比，渣样检验全部符合设计要求，渣系合格率100％；所述LF精炼的离站S含量≤0.003wt％，离站Al含量0.02～0.03wt％；所述LF精炼的精炼时间为72min；为保证渣系，LF精炼未进行深脱硫，LF精炼的离站S含量≤0.003wt％的合格率为95.7％，精炼过程无二次补铝情况
(4)VD真空精炼；
所述VD真空精炼的保真空时间为12min又13s；所述VD真空精炼的软吹时间为28min；控制所述VD真空精炼的离站Al含量为0.0317wt％，后续操作的铝损为0.0087wt％，使得最终浇注成品的Al含量为0.023wt％，满足Al目标控制含量≤0.025％的要求；氢控制0.94-1.12，符合所述VD真空精炼在破空前控制氢含量为≤1.5ppm；所述VD真空精炼的Ti含量为0.026wt％，N含量为0.0035wt％，则最终浇注成品的Ti/N比7.4，满足Ti/N比为4～8的目标要求；所述VD真空精炼的钙处理控制首炉硅钙线50m/炉，连浇不进行钙处理；所述VD真空精炼采用钢包为二类包；
(5)连铸保护浇注；
所述连铸保护浇注采用的耐材为高MgO耐材，且MgO含量≥85wt％，上线检查清扫干净，中包吹氩更换新管提高吹氩效果，充氩时间满足要求；所述连铸保护浇注采用大包留钢操作，且控制4.5吨/炉；所述连铸保护浇注的整浇次自动液面控制波动≤±2mm。
实施例2-5分别提供了一种轴承钢Ds类夹杂物的半钢水冶炼控制方法，相比于实施例1，区别之处汇总在表1中，且相关检测结果也汇总在表1中。
对比例1提供了一种轴承钢Ds类夹杂物的半钢水冶炼控制方法，相比于实施例1，最大的区别在于步骤(1)中所述KR脱硫的石灰粉减少了200kg，即，所述KR脱硫的脱硫剂包括石灰粉800kg，萤石70kg，铝粒65kg，其他区别之处汇总在表1中，且相关检测结果也汇总在表1中。
表1
注：“/”表示没有标准要求。
值得说明的是，表1中实施例1-5与对比例1所对应数值的单位与标准要求的单位相一致；而且，铝损指的是在VD真空精炼之后操作等原因导致的铝含量损失，最终浇注成品的Al含量为VD真空精炼减去铝损后的差值。
对实施例1-5与对比例1所得轴承钢的非金属夹杂物进行表征，相关结果汇总在表2中，实际表征过程中，每炉次需检验四个样块(表中数据为四个数据的平均值)，分别对成分、气体含量、铝脱氧非金属夹杂物B类、DS类、Ti/N等做检验，单项目不合格一炉次判不合格；通过前期试验及本次生产严格按照控制计划执行，整体检验情况：化学成分检验全部合格；Ti/N要求控制在4～8，但本发明可以控制在4.8-7.4；非金属夹杂物：A、B、C、D、DS类夹杂均合格，合格率100％；DS类0.5级仅仅检出5块，合格率94.79％。该批次铸坯经检验全部合格，发客户使用。
表2
实施例1-5与对比例1中，进行如下说明：
(a)在步骤(1)所述半钢水冶炼脱硫中，要缩短等样时间，此时间段石灰加入量无指导标准；为保证扒渣效果，脱硫钢种吊包温度按1380～1390℃控制，避免扒渣周期较长温度偏低，影响脱硫效果；
(b)在步骤(3)所述LF精炼中，离站取渣样送检，稳定过程化学成分控制，离站取N样及时检出；
(c)在步骤(4)所述VD真空精炼中，保障钢包透气性，保证脱氢效果，H目标H≤1.5ppm；破空根据成分先喂钛线，根据精炼离站N检验结果，调整Ti含量，确保钛氮比控制在4～8之间，避免由于N含量波动导致Ti/N超标；钙处理首炉硅钙线50m/炉，连浇炉次不进行钙处理；软吹时间≥25min，重点关注软吹效果，确保非金属夹杂物充分上浮，产品质量满足客户要求；
(d)本发明所述轴承钢Ds类夹杂物的半钢水冶炼控制方法，高硫铁水提钒、半钢水冶炼，通过转炉高拉碳降低总氧量，优化高铝精炼渣系(提高钢渣流动性，控制钢中Al、Ca、Mg及Ba等形成Ds夹杂的元素含量)，缩短VD真空时间(减少钢包包衬Mg的还原及钢渣混冲Ca的还原)，增加软吹时间保证软吹效果，首炉减少硅钙线用量，连浇不进行钙处理，并辅以连铸保护浇注等一系列措施，有效控制钢中夹杂物成分及类型。
综上所述，本发明提供了一种轴承钢Ds类夹杂物的半钢水冶炼控制方法，从轴承钢Ds类夹杂物形成机理入手，基于轴承钢Ds类夹杂物的形成与硫元素含量具有密切关系，在LF精炼前的KR脱硫进行深脱硫，在LF精炼前的转炉炼钢进行深脱氧，使得LF精炼在保证高碱度渣系可脱硫的情况下，有更大的能力去吸附夹杂物，尤其是在半钢水冶炼脱硫中的KR脱硫步骤进行主要脱硫，并控制KR脱硫得到的半钢水中S含量≤0.01wt％，可以大大减轻后续脱硫压力，保证了LF精炼的离站S含量≤0.003wt％，使得最终轴承钢Ds类夹杂物≤0.5级合格率100％，达到特级优质钢标准。
本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种轴承钢Ds类夹杂物的半钢水冶炼控制方法，其特征在于，所述半钢水冶炼控制方法包括以下步骤：
(1)半钢水冶炼脱硫；
将含钒铁水依次进行提钒吹炼、KR脱硫，控制所述提钒吹炼得到的半钢水中C含量≥3.5wt％，Mn含量≥0.05wt％，V含量≤0.04wt％，控制所述KR脱硫得到的半钢水中S含量≤0.01wt％；
(2)转炉炼钢；
控制所述转炉炼钢的终点C含量0.05～0.08wt％，终点P含量≤0.012wt％，终点S含量≤0.015wt％；
(3)LF精炼；
控制所述LF精炼的离站S含量≤0.003wt％，离站Al含量0.02～0.03wt％；
(4)VD真空精炼；
(5)连铸保护浇注。
2.根据权利要求1所述的半钢水冶炼控制方法，其特征在于，步骤(1)中所述提钒吹炼的终点温度为1360～1400℃；
优选地，步骤(1)中所述提钒吹炼包括加入提钒物料；
优选地，所述提钒物料包括竖炉球团和氧化铁皮；
优选地，所述竖炉球团的加入量为20～30kg/吨钢，所述氧化铁皮的加入量为10～15kg/吨钢。
3.根据权利要求1或2所述的半钢水冶炼控制方法，其特征在于，步骤(1)中所述提钒吹炼的供氧强度为2～2.3m3/吨钢；
优选地，步骤(1)中所述提钒吹炼的供氧吹炼时间为5～6min。
4.根据权利要求1～3任一项所述的半钢水冶炼控制方法，其特征在于，步骤(1)中所述KR脱硫的脱硫率≥80％；
优选地，步骤(1)中所述KR脱硫的转速为80～100r/min；
优选地，步骤(1)中所述KR脱硫的搅拌时间为12～15min；
优选地，步骤(1)中所述KR脱硫的脱硫剂包括石灰粉800～1200kg，萤石50～90kg，铝粒60～70kg；
优选地，步骤(1)中所述KR脱硫的脱硫钢种吊包温度为1380～1390℃。
5.根据权利要求1～4任一项所述的半钢水冶炼控制方法，其特征在于，步骤(2)中所述转炉炼钢为转炉吹氧炼钢；
优选地，步骤(2)所述转炉炼钢包括加入造渣物料；
优选地，所述造渣物料包括化渣球、磁选粉球、石灰或镁球中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述造渣物料中化渣球的加入量为450～800kg；
优选地，所述造渣物料中磁选粉球的加入量为60～150kg；
优选地，所述造渣物料中石灰的加入量为2400～3500kg；
优选地，所述造渣物料中镁球的加入量为400～1000kg；
优选地，在步骤(2)所述转炉炼钢中进行吹氧；
优选地，所述吹氧的时间为10～12min；
优选地，步骤(2)中所述转炉炼钢的终点温度为1600～1650℃；
优选地，步骤(2)中所述转炉炼钢的出钢过程中加入铁源、深脱氧剂和造渣剂；
优选地，所述铁源包括锰铁、铬铁、钒铁、钼铁或硅铁中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述深脱氧剂包括铝锭，且铝锭的加入量为70kg；
优选地，所述造渣剂包括精炼渣，且精炼渣的加入量为1000kg。
6.根据权利要求1～5任一项所述的半钢水冶炼控制方法，其特征在于，步骤(3)中所述LF精炼的精炼时间≥48min；
优选地，步骤(3)所述LF精炼中加入扩散脱氧物料及造渣料；
优选地，所述造渣料包括石灰100～200kg和精炼渣100～200kg；
优选地，所述扩散脱氧物料包括铝粒20～50kg和碳化硅80～120kg；
优选地，步骤(3)所述LF精炼的顶渣为高铝渣系，且所述高铝渣系的质量百分比成分CaO含量45～55wt％，SiO2含量≤8wt％，Al2O3含量35～40wt％，R碱度保证6～12，保证硫溶比。
7.根据权利要求1～6任一项所述的半钢水冶炼控制方法，其特征在于，步骤(4)中所述VD真空精炼的保真空时间≥12min；
优选地，步骤(4)中所述VD真空精炼的软吹时间≥25min；
优选地，步骤(4)中控制所述VD真空精炼的离站Al含量为0.021～0.028wt％；
优选地，步骤(4)中所述VD真空精炼在破空前控制氢含量为≤1.5ppm；
优选地，步骤(4)中所述VD真空精炼的Ti/N比为4～8。
8.根据权利要求1～7任一项所述的半钢水冶炼控制方法，其特征在于，步骤(4)中所述VD真空精炼的钙处理控制首炉硅钙线45～55m/炉；
优选地，步骤(4)中所述VD真空精炼采用钢包为二类包。
9.根据权利要求1～8任一项所述的半钢水冶炼控制方法，其特征在于，步骤(5)中所述连铸保护浇注采用的耐材为高MgO耐材，且MgO含量≥85wt％；
优选地，步骤(5)中所述连铸保护浇注采用大包留钢操作，且控制2.3～5.4吨/炉；
优选地，步骤(5)中所述连铸保护浇注的整浇次自动液面控制波动≤±2mm。
10.根据权利要求1～9任一项所述的半钢水冶炼控制方法，其特征在于，所述半钢水冶炼控制方法包括以下步骤：
(1)半钢水冶炼脱硫；
将含钒铁水依次进行提钒吹炼、KR脱硫，控制所述提钒吹炼得到的半钢水中C含量≥3.5wt％，Mn含量≥0.05wt％，V含量≤0.04wt％，所述提钒吹炼的终点温度为1360～1400℃；所述提钒吹炼包括加入提钒物料；所述提钒物料包括竖炉球团和氧化铁皮；所述竖炉球团的加入量为20～30kg/吨钢，所述氧化铁皮的加入量为10～15kg/吨钢；所述提钒吹炼的供氧强度为2～2.3m3/吨钢；所述提钒吹炼的供氧吹炼时间为5～6min；
控制所述KR脱硫得到的半钢水中S含量≤0.01wt％；所述KR脱硫的脱硫率≥80％；所述KR脱硫的转速为80～100r/min；所述KR脱硫的搅拌时间为12～15min；所述KR脱硫的脱硫剂包括石灰粉800～1200kg，萤石50～90kg，铝粒60～70kg；所述KR脱硫的脱硫钢种吊包温度为1380～1390℃；
(2)转炉炼钢；
所述转炉炼钢包括加入化渣球450～800kg、磁选粉球60～150kg、石灰2400～3500kg和镁球400～1000kg作为造渣物料，所述转炉炼钢为转炉吹氧炼钢，在所述转炉炼钢中进行吹氧，吹氧的时间为10～12min；转炉炼钢的终点温度为1600～1650℃；控制所述转炉炼钢的终点C含量0.05～0.08wt％，终点P含量≤0.012wt％，终点S含量≤0.015wt％；所述转炉炼钢的出钢过程中根据成分要求加入铁源，所述铁源包括锰铁、铬铁、钒铁、钼铁或硅铁中的任意一种或至少两种的组合，加入70kg铝锭作为深脱氧剂，加入1000kg精炼渣作为预熔造渣剂；
(3)LF精炼；
控制所述LF精炼的离站S含量≤0.003wt％，离站Al含量0.02～0.03wt％；所述LF精炼的精炼时间≥48min；所述LF精炼中加入扩散脱氧物料及造渣料；所述造渣料包括石灰100～200kg和精炼渣100～200kg；所述扩散脱氧物料包括铝粒20～50kg和碳化硅80～120kg；保证所述LF精炼的顶渣为高铝渣系，且所述高铝渣系的质量百分比成分CaO含量45～55wt％，SiO2含量≤8wt％，Al2O3含量35～40wt％，R碱度保证6～12，保证硫溶比；
(4)VD真空精炼；
所述VD真空精炼的保真空时间≥12min；所述VD真空精炼的软吹时间≥25min；控制所述VD真空精炼的离站Al含量为0.021～0.028wt％；所述VD真空精炼在破空前控制氢含量为≤1.5ppm；所述VD真空精炼的Ti/N比为4～8；所述VD真空精炼的钙处理控制首炉硅钙线45～55m/炉，连浇不进行钙处理；所述VD真空精炼采用钢包为二类包；
(5)连铸保护浇注；
所述连铸保护浇注采用的耐材为高MgO耐材，且MgO含量≥85wt％；所述连铸保护浇注采用大包留钢操作，且控制2.3～5.4吨/炉；所述连铸保护浇注的整浇次自动液面控制波动≤±2mm。
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