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西王特钢80T电炉生产GCr15轴承钢夹杂物控制研究

放大字体  缩小字体发布日期:2014-07-03  浏览次数:261
核心提示:1、前言  轴承钢主要用于制造轴承的滚珠和滚圈,它具有很高的硬度、强度和耐磨性。由于轴承在工作时受力的接触面积很小,同时
 1、前言

  轴承钢主要用于制造轴承的滚珠和滚圈,它具有很高的硬度、强度和耐磨性。由于轴承在工作时受力的接触面积很小,同时受高速度的反复不断变化的应力,所以对轴承钢的质量要求比较高。钢的纯净度和耐用寿命有着很密切的关系,因此对钢中气体的夹杂物的含量要求很严。为了进一步改善西王特钢的产品结构,提高公司的经济效益和企业美誉度,西王特钢瞄准高端市场,开发了GCr15轴承钢,西王特钢轴承钢GCr15棒线材已生产了2年,钢中氧含量均控制在12ppm以下,但钢中B、D类夹杂物(球状不变形夹杂物)级别仍然较高,普遍在粗系0.5~2.5级,细系0.5~2.0级(国际要求粗系≤1.0级,细系≤1.0级)。为了有效去除钢中的B、D类夹杂,通过对控制氧源、完善脱氧制度,优化精炼渣系、加强保护浇铸等措施,取得了显著效果。

  西王特钢炼钢厂轴承钢生产流程为:80t UHP(EBT)(铁水热装比40~60%)+80t LF+90t VD+五机五流方圆坯合金钢连铸机+铸坯入坑缓冷+轧制成材。连铸机弧形半径为R10m,铸坯断面为160mm方坯、Ф180mm、Ф220mm、Ф250mm圆坯,采用全过程全封闭无氧化保护浇注、结晶器液面自动控制、GCr15专用结晶器保护渣保护浇注、结晶器电磁搅拌、凝固末端电磁搅拌、二冷气雾冷却,更换结晶器浸入式水口连铸坯重接部分切除、头尾坯优化等技术。

  2、夹杂物关键控制技术

  2.1、控制氧源

  合理的出钢氧位,尽量减少氧化渣浸入钢包,切断电炉出钢后的氧来源。电炉出钢碳含量决定了钢中初始溶解氧的含量。为减少脱氧产物的生成量,应通过控制电炉出钢碳含量来降低钢中初始氧含量。同时为了降低钢水中的钛含量。因此,西王特钢炼钢厂将每炉热装铁水比例稳定在40%~60%,出钢温度1620~1680℃,电炉终点碳C≥0.20%,保证熔清碳含量、泡沫渣操作和足够的脱碳量(大于0.30%),充分脱气、去夹杂,有效降低了钢中气体含量。根据炉渣中FeO含量对钢液平衡氧位的影响,严格出钢程序,坚持留钢10~15%力争出钢带渣<0.5~1kg/t。

  2.2、优化脱氧制度

  脱氧合金种类、加入方式和加入时间决定了钢中夹杂物的种类、尺寸和数量。电炉出钢过程中首先加入硅锰合金进行预脱氧,当钢中含[Mn]为0.4%,[Si]为0.2%时,钢中的溶解氧含量能控制在50ppm左右。虽然Si-Mn脱氧速度比Al脱氧慢,脱氧产物与钢液的界面张力比较小。但其脱氧产物为熔点低,容易长大。关键是如何将Si-Mn脱氧产物从钢液中去除。采用钢包底吹Ar气,通过20min的弱搅拌,使钢液中的Si-Mn脱氧产物尽量脱除干净。根据川和高穗等人的研究结果来看,当用0.5%Mn+0.3%Si脱氧时,钢液中SiO2含量呈指数形式下降。

  SiO2(%)=0.100exp(-0.63)

  式中:t-为时间(min)

  通过计算5min后钢液中的SiO2含量就能够降到42ppm,10min后钢液中的SiO2含量就能够降到1.8ppm。脱氧产物的缺点是夹杂物不变形,残留在钢中的氧化物夹杂数量多,尺寸比较小。另外,容易生成团簇状夹杂物。当钢液中存在[Mg]时,铝脱氧的产物可能出现尖晶石;当钢液中存在[Ca]时,铝脱氧的产物可能出现铝酸钙。由于这些脱氧产物熔点高、硬度也高,不变形,容易成为点状夹杂物,大大降低了轴承钢的使用寿命,所以要保持电炉出钢过程中较高的铝含量,在精炼过程中不再加入铝块脱氧。出钢1/3之后加入铝块,根据钢种全氧含量情况、铝损及成品铝控制要求,保证钢水到精炼后第一个样全Al含量在0.45%~0.65%之间,最终保证成品全铝控制在0.1%~0.15%之间。

  2.3、精炼渣系的优化

  为了提高精炼渣系脱硫、降低氧含量的效果,高碱度炉渣为首选渣系但是精炼渣的碱度也不能过大如果碱度过大,如大于5.0时,精炼渣熔点变高,成渣慢,炉渣流动性变差钢中易出现D类点状夹杂,也会影响脱氧和脱硫效果。因此,不宜采用过高碱度精炼渣,实践表明,精炼渣碱度CaO/SiO2,即R值控制在3.5<R<4.0,CaO/Al2O3,即A值控制在1.6<A<2.3,白渣保持时间大于20min。LF精炼结束后,渣中w(TFe+MnO)控制在0.5%~0.9%范围内,钢中全氧控制在7ppm~14ppm。高碱度精炼渣,虽有利于硫的去除,降低钢种氧的含量,提高大颗粒夹杂物的上浮效果,但是将导致球状夹杂物出现几率的上升,尤其是D类夹杂物超标,为此,在进入VD脱气之间,要进行扒渣换渣,重新造渣的工作,此时碱度维持在2.0~3.0之间最为合适。

  2.4、夹杂物变性控制

  精炼软吹、脱氧完成后,钢液中的大颗粒夹杂基本上浮完毕,但是细小夹杂物含量增加,使钢液的可浇性变差,容易造成钢液在浇注过程中水口结瘤。上VD真空脱气之前,根据钢液中酸溶铝含量向钢液中喂入一定量的Ba-Si线进行变性处理,形成低溶点铝钡酸盐,将Al2O3类夹杂物转化为钡铝硅酸盐类夹杂物(mBaO·hAl2O3·xSiO2),来改变钢液的流动性,提高钢液的可浇性,减少连铸时中间包水口、结晶器浸入式水口结瘤,避免烧氧操作造成的二次氧污染。但是,在此情况下仍然会发生水口絮流现象的发生,为改善这种局面的发生。在进VD真空脱气之前,必须适当补加一定量的Ca-Si线,控制在1m/t-steel。

  2.5、全过程保护浇注,防止二次氧化

  连铸过程中,实施全过程无氧化保护浇注,是防止钢液二次氧化的有效措施。适时加入中间包专用覆盖剂量增加,可能来自空气、与钢液接触的耐火材料和保护渣。从钢包/中间包、结晶器采用全和保温剂,形成隔绝空气的液渣层,减少钢液的二次氧化生成Al2O3夹杂物。钢包烧氧导致钢液中的溶解氧含量增加Als被氧化,产生大量的Al2O3夹杂物,保证钢包水口自开率。浇注含铝齿轮钢,全程氩气密封保护浇注至关重要,避免钢液裸露,防止钢液二次氧化,形成Al2O3夹杂物。采用钢包长水口+钢包水口与大包长水口接缝氩气保护+碱性中间包包衬+钢包开浇中间包吹氩+中间包专用弱碱性覆盖剂+结晶器浸入式水口+预熔型颗粒保护渣保护浇注,避免吸气氧化钢液,防止钢液的二次氧化。

  3、效果

  通过降低氧含量和夹杂物变性等工艺优化措施,初炼钢液到LF精炼位时的溶解氧含量为(30~75)ppm、LF精炼结束时,钢液溶解氧含量为(7~14)ppm,中间包钢液溶解氧含量为5ppm以下,钢材中全氧含量为(6~12)ppm,全氧含量平均在9ppm。B、D类夹杂物含量全部符合国标,为下一步生产高纯净度钢奠定了基础。

  4、结语

  (1)全过程工艺方法的优化是控制夹杂物的有效途径。控制电炉终点碳,降低初始氧含量,优化脱氧方式,精炼采用两次变渣系法,连铸保护浇铸等措施,实现了高纯净钢的生产,达到了预期的目标。

  (2)精炼渣系的二次调整,既解决了钢水大颗粒(主要是B类)夹杂物上浮的问题,又有效解决了D类夹杂物超标的问题。

  (3)夹杂物变性控制措施的实施,既有效控制了D类夹杂物,又有效控制钢水絮流问题,杜绝了钢水,因烧氧引起的二次氧污染。

 
 
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