采用LFV工艺冶炼GCr15轴承钢.pdf

l主 术 9 采用 L F V工艺冶炼 GC r 1 5轴承钢 鉴 进(长特公 司第四钢 厂)TF7 6 2，z4 【摘要】通过 冶炼I 艺的改变可 以降低 G cr 1 5轴承 钢中氧含 量。本文针对轴承 钢冶炼工 艺特 点，论 证 了 L F V 工 艺 的可 行,il 并 且 在 4 0 t 钢 包精 炼 中提 出合理 工 艺 参数，取 得 明显 效 果。关 键 词竺：兰 兰 氧 化 性 铜 液堡 丝!翌 芝季 曲 承钢L F I 2 兹 z 笔 麓 裢 1 前 童 步入九十年代，用户对轴承材质的要求越来 越高 提高 轴承 钢的纯净度一直是冶金工作者所 面 临的重要课题。要获得 高纯净度钢主要取决于 冶金工艺。一方面是减少钢中夹杂钫的鼓量，另 一方面是 改善 夹杂物 性 质和形 态。减少夹 杂钫 数量主要是降低钢 中氧含量，手 段是炉外二次槽 炼 I改善夹 杂物 的性 质和形 态 则依 赖精炼渣 的 化学 成分。目前，国际上较 为流行 的冶炼轴承锕 工 艺是 EF+L F+RH+C C，氧 含 量 已降至 5 4 p p m。而 我国的特钢冶 金行 业 由于 设备 系统 的 不完善，采用此工艺还不成熟 近年来，长城特殊 钢公 司第 四钢 厂在 降 低氧含 量，减 少 夹杂物 数 量，改善夹杂物 性质和 形态 方面做 了大量 工作，取得 了突破性进展，形 成了完整的精炼工艺。它 将韧 炼锕液置于 L F炉 低碱 度渣 下埋 弧加热 并 进行 V D脱气处理，出罐喂 AI 丝终脱氧 大气 下下注成锭。九 四年四至六月生产 1 5 7炉合格钢 锭坯 检氧含量 1 0 3 9 p p m 最低达 5 p p m，某些炉 号已接近。极低氧含量、超纯轴承钢，达到国 际先进水平。不仅如此，还打破了传统冶炼工艺，缩短了橹炼时问，节约了能耗。2 轴承钢生产特点 影响轴承钢接触疲劳寿命的主要因素是钢 中非金属夹杂物，尤其 是氧化 钫夹杂因而 降低 钢中氧含量，改善夹杂钫分布是 当前主要研究课 题 之一。目前，国外 生产轴 承 钢 的 主要 方法 为 S KF类法 和蒂森类法，在去除钢液夹杂钫上有 氧含 量(p p r a)l 9 4 卑 4 6 月 u 工艺鲁井右 氧吉量(p p m)2 9 卑 l 3 月 E F+V D+兰工艺音量井布 一个共 同特 点，即真空下长时间搅拌钢液 而 山 阳类法采 用偏 心 炉底 出钢，L F炉加 热 RH 精 环脱气 连铸成坯，氧含量降至 5 4 p p m；上钢五 。一一。，。L 维普资讯 http:/ 1 O 1 9 9 5 年第 4 期 厂氧化性钢液 出钢工 艺使氧含量降至 1 1 0 p p m 氧化性 钢液 出钢 二 次精炼 已成为 降低 钢液 夹杂 物的又一手段。基 于这 两个特点，长特四厂制订 出了 L F V工艺。营 16 加 嬖 (年)3 3 0吨 EF真 空精蝽 工艺历 年鼻古 量变化 3 精炼工艺流程爰冶金效果 3 1 E F 十VD十喂丝工艺流程 3 0吨 电弧炉装 科煤 氧助熔 吹氧助熔，熔清 后用 矿石和 氧气综 合氧化降碳去磷，当初炼钢液 P0 0 1 2 时，扒 除丈 部分 氧化 渣 遣 还 原渣，快白渣下取样。预聪氧加 F e-,A I 块 钢液调 合金 后升温 至 1 6 2 0 出钢，真 空 vD处理 1 5 2 5 rai n，破空 喂丝 吊包。3 2 L F V十喂丝工 艺流程 3 O吨 电弧炉煤 氧助熔，吹氧助 熔，熔清 后甩 矿石和氧气综合氧化降碳去磷，当初炼钢液 P 0 0 1 2 时 扒 尽 氧化渣，造低碱 度 精练渣，加 入少许 F e-S i 和 J块，调 台金出 钢，出钢过 程 中补加脱 碱荆，包 中温度 1 5 5 0 左右 进到 L F 工位 搅拌 加热 3 0 6 0 mi n左 右，温度 达 1 6 2 0 时开进 到 vD工 位，处 理 2 O 3 0 rai n 破 空喂丝 吊包。3 3 冶金效果 3 3 1 氧含量 两种不 同的工艺处理 轴承钢 GCr l 5氧含量 情况见 图 1、2。由于 9 4年 4月以后采 甩 L F v工 艺，使 年平均 氧含 量 由 9 3年 的 1 2 9 5 p p m 降 至 1 2 1 8 p p m，效果 非常 显著。见 图 3。3 3 2 脱 硫及 回磷 原工 艺的钢液 脱硫是经 过初 炼炉予 还原 出 钢钢液 混 冲而实现，而 L F V 工 艺在炉 内基本 不 经脱 氧操作，采用 氧化性钢液 出钢，所 以脱硫 基 本完垒靠精炼炉来完成 结果证 明在碱度 为 1 5 2 5的精炼渣 中强 烈搅 拌，钢 中的硫在 0 0 0 8 0 0 2 5 波动平均 为 0 0 1 3 LF V工 艺对 氧 化末期磷要求较严，回磷在 0 0 0 2 0 0 0 5 之 间波动，比较稳定。3 3 3 夹杂 物含量 由于精练渣化学成分控制得当，A、B类夹 杂 最高 级 为 1级，A 类 平 均级 别 为 0 7 7级，B 类夹杂平均级别为 0 6 9 级，不出现 C、D类夹 杂。4 分析与讨论 4 1 优 良的精练渣 系 选择优 良的精练渣系对高清洁度轴承铜的 获得起封了关键作用。日本山阳钢厂选择高碱度 精炼渣减少了氧化物数量，D类夹杂却高达 0 9 级L F V工艺在降低夹杂物致量的同时也改善 夹杂物的性质和形态 它将初炼钢液置于碱度为 1 5 2 5 的低碱度渣下埋弧加热渣子流动性 好，吸收 AI 脱氧钢中的 A l i 0|夹杂能力量强，铜 藏在这种渣下长时间搅拌，精炼效果好并且由 寰 1 精蝽前后麓中(A I z O 1)壹化与t奉关囊 妒 号 l 岔 3 4 5 6 7 8 9 1 O 精炼前崔中(A b o|，7 76 6 04 6 0 O 80 7 5 2 2 l l 吼 o 8 47 ，3 6 87 精炼后崔中(A I,OI，l 仉 讫 0 g 7 0 2&9B 8 0 8 吼 5 6 l l I B 5 g 25 B 6 7 7 O L-_ 艇簟事()8 4 7 1 6 5 6 3 s 雹 5 5 B 5 3 S l 0 2 4 8 ，维普资讯 http:/ 特锕技术 于 控 制 了钢 中 Ca的 含 量，钢 中 无 点 状 夹 杂。L F V工艺渣的成分 为 C a O：4 2 4 8 ，S i O 2 1 7 2 0 ；Mg O l O 2 O ，Ah O，I 5 1 0 =+M n O：0 1 5 w1 5 。4 2 渣 中(F e O)对氧含量影 响 初炼钢液钢渣之间 服从6：的分配 规律，渣 中(F e O)低，钢 中氧就越低。L F V 工艺将 氧化渣扒 尽，精 炼渣 中(F e O)、(Mn O)等 易还 原 氧化物减少，避免 了炉渣 向钢液 供氧。同时钢 中 的氧却处于被还原状 态，如溶解氧、Mn O等氧化 物。使初炼钢 液成 为氧化 性很强的钢液，为真空 碳脱氧提 供了 良好 的动 力学条件。如 图 4所示，当=T F +Mn O0 0 2 2 ，川 O 3 S p p m。而实际上钢液中氧含量 很难达到这个极限含量，因为其脱氧产物 Al。O。没有完全上浮 众所周知，加入 A1 块沉 淀脱 氧后 会立刻生成一次夹杂物 脱氧后钢藏冷 却列藏相 线温度过程 中，由于脱氧常数 的减少而析 出二次 夹杂物，钢 液凝同过程中在藏相线和 同相线 间的 二相 区内析 出三次夹 杂物 钢 液凝 同有 部分夹 杂物析出称为四次夹杂物，而后三种夹杂物是很 难去除的脱氧产物的形成比排除要快得多，因 此，脱氧产物的排除是脱氧过程中的限棚性环 节。精练吹氢可使表面活性元素聚集在气泡表 面，使之上浮，搅拌导致熔体各种结构单元相互 作用增强，使表面张力增大而引起饲液与夹杂物 问界张力增大，有利于夹杂物上浮。L F V土艺在 包中予插 A l 块，先将锕水中的溶解氧转换戚夹 杂物，然后通过长时间搅拌促进夹杂物聚集、长 大、上 浮通过表 l可 以看到精蒜 前 后渣 中(A l。O，)变化和脱氧丰的美系 为了防止钢液精炼后二次氧化以及能形成 弥散的 Al N细化晶粒 L F V工艺在饲包出赡后 喂入 Al 线以终脱氧 使其酸溶 AI 在 0 0 2 5 0 0 3 5 之 间 4 4 真空与吹氯 瑞典 s K F精练 工艺在事真空下搅拌 选到 8 0 5 p p m，大 冶钢厂 在 粗真 空下 吹氯 撵拌 选到 维普资讯 http:/ 1 9 9 5年第 4期 9 8 5 p p m而 山 阳工 艺在真 空下精 炼 钢 的纯 净 度 同样达到 了很高水平。因此，不管是在真空或 非真空状态 下强烈 地搅拌 钢藏 都 可以减少 夹杂 物数量，降低氧含量。但非真空下搅拌的缺陷是 不能脱氢。真空下搅拌不但能脱氢还能以一定的 搅拌能进行吹 A 控制，降低 Ar 气消耗，获得理 想的氧含量。据 资料 表明吹 Ar 参数中最 重要 的 是吹 Ar 搅拌时 间和 吨钢 Ar气流量。4 4 1 1 吹 Ar 搅拌精炼时 间-钢包 吊入精 炼工位 起 至吊离精炼 工位 止为 吹 Ar 气 的起 始和结束时问。原 工艺因为 出钢温 度的限制，吹 A r 气搅拌时间为 2 5 3 5 m i n，真 空下吹 Ar 时 间为 l O 2 0 mi n。L F V工 艺中增加 了给钢液加 热 的装置 电弧对钢 浪的加 热补 偿 了真 空过 程、吹 Ar过 程等 方 面的温 度 损失，提 供了熔化掭加合金及渣料(脱硫剂、泡沫渣等)的 热量，使真空精炼初始温度、出钢 目标温度、浇 铸 时 问得 到控 制，吹 Ar精炼 时 间远远 大 于原 工 艺，达 到 6 0 8 0 mi n，真 空下达 2 0 3 0 ml n，极 限 真空下也 可达 1 0 1 5 mi n，为夹杂物上 浮提 供 了 充分 聚集、长大、上浮 的时间。尤其在真空下保持 时间达 2 0 3 0 min，使氧含量、夹杂物级别降低 程度大大高于原工艺。4 4 2 吨钢 Ar 气量和恒搅拌功 原工 艺为 了在 极短 的吹 Ar时 间 内达 到 降 低氧化物夹杂的目的，必须加大吹压强度，增大 吹 A r 量，并在吨钢 山r 量为 3 2 L t(表 2)时取得 较好的氧含量，却导致在低真空下严重溢渣，使 工人劳动强度、工作负荷加大。结果在冶炼操作 中经 常达不到 这样的欢 参鼓，氧含量 的不 稳 定性非常突出。影响了整体的氧含量水平。毫 2 一-m组蕾用一种工艺裘并相同吉的唬 Ar t比较 L ：1O坤 m n 15仰 m 15p即 +阱 拽、3 3 5 0 5 O 昭 Z 9 6 l 3 9 7 O 2 9 6 5 4 0 6 8 晚Ar 精I 末 挺拌藏量 55 6 4 3 7 7 3 35 1 51 3 3 2 7 真空下 A r 搅拌藏量 4 0 7 2 5 口 l O 2 3 O 7 2 3 3 6 6 3 6 B g 3 7?n (Ll mi n)5 饥 5 8 3 9 4 B 6 5。5 4 5 2 5 1 1 真空下嚏悄 A r 气量 2 o 3 7 2 6 5 l 1 4 3 6 1 6 3 2 1 0 3 3 1 9 4 0 (L 悄)2 7 5 3 2 O Z I 7 2 0 2 1 8 2 6 O 在执行 L F V工艺中，部分班组进行了恒功 吹氢搅拌实验。根据真空室残余压力调整 A r 巍 量t 保证了 A r 气搅拌的稳定性。较好的控制住 了渣子的溢出，氧古量也稳定下降。搅 拌 功 t=旦 1n 导+(1 一 鲁)Q 其 中-TL 钢液温度 K T A r 气温度 K P。锕包底部压力 P P 二-真 空室压力 P a M 钢浪质量t QAr 气流量L rain c 吨钢搅拌功率 w t 据文献研究结果搅拌功在 5 0 W 7 0 W 时，搅拌效果最佳同一班组操作参数见表 2，采甩 恒功搅择在吨锕 气量 为 2 7 5 L时可以得到 ：1 0 p p m的氧含量。远低于原工艺的 3 2 L 钢。不但节约了 A r 气，而且不发生溢渣现象。既保 证了气体和夹杂物充分上浮，又不致造成钢渣飞 溅抽进管道 卷渣等不利因素 5 经济鼓聱诂算 L F V工艺在增产、提质、降耗方面明显优于 原工艺。表 3 是泊炼 G C r 1 5 时 L F V工芑和原工 艺在冶炼时 何、冶炼电耗方面的对 比情况。薪工 艺在初 炼炉可 节约 1 8 2 n d n。节 约冶炼 电耗 4 0 4 k wh t，同时精炼炉糟炼时I可 增加 3 7 5 ml n，冶 维普资讯 http:/ 特钢技术 1 3 炼 电耗 增 加 3 0 2 k wh t，总 结 果 冶耗 降 低 1 0 2 k wh t。按 年耩炼 4 5万 吨滚珠钢计算 可节 约 电 4 5 9万度。另外 由于初炼炉冶炼时间缩短可 提高生产率 9 左右，虽然精炼过程 中使 用泡 沫 埋弧渣、脱硫 剂、增 碳剂等使 成本 上 升，但 总 的 来说经济效益仍非常明显、可观。囊 3 E F -VD工艺和 L nr 工艺冶棒时 间，沽蝽电耗对比情况 韧 炼 炉 精 炼 炉 炉 柏炼时间 冶炼电耗 薮 冶炼时间(m l n)砖蒜电耗(k Wh O (ml n)(k W h t)EF+VD+嚏墼 4 0 1 6 6 5 5 4 7 1 9 0 EF-4-L n r+t 兰 4 O l B I 7 5 3 、O 3 4 4 3 0 2 差 值 一 l 8，2 4 0 4 3 7 5 3 O，2 6结论 采用 EF+L F+VD+喂线 工艺精僚 滚 珠轴承钢是我厂较为优化的精炼工艺。它将降低 氧台量与改善夹杂钧性质、形态相结合，作为精 僚方法 巳趋于完善和稳定。如果有连婷工艺配 套，钢的清洁度还将发生一次质的飞跃。氧化性钢 液 出钢 增 强了真空 碳脱 氧动 力学条件，并且在增 产降耗方 面有 巨大 的潜力 要进一步完善这个工艺，在 电炉初僚 中完全取 清 还原 期。为 了使 初 炼 钢 液 中的 游离 氧 生成 Al O，夹杂物，使 它在钢包 炉 中上浮。L F V工艺 在造精僚渣时或在钢包 中予 加 J块 由于 是氧 化性钢 藏予 加 AI 块 应适 量增 加，在 脱气后终 脱 氧可酌量减步些 L F V 工艺的 精僚渣 碱度要 控制 在 1 5 z 5之 问，同 时 保 证 渣 中 珥+Mn O 0 5 钢液可以得蓟扳 低氧吉量 在 L F V工艺 中推广恒功搅拌 吹 Ar。当 搅拌功在 5 0 7 0 W 时，吨钢 Ar 气 清耗为 2 5 、3 0 L t，不 但可 以得到较低的氧古量，而 且渡 莉范 围小，不 溢渣。致射 李文得到了黄租昌高工、高斯盂高工及马璃 馨高工的指导，在此表示衷心感射 参考文教 I 电 炉一炉外精焦拄木簟 3 中一生擎岳t 帮 镰 一部|9 9 l 【2 王生辱5 0 I 电曩炉轴承帮生产的置晨1 9 9 3 s 事蠼辱革三属夹囊暂掌耆电文寨申一生一掌 喜蝽帮学台吏 蜘学木叠置喜1 9 J 0 C 4 3 黄希牯砖童物化重庆大学出社l 9 躺 C s 王平辱恒功吹 r 搅摔攥曩宴硷1 9 9 4 每 麟 蛹 美国具有竞争力的两家钢铁厂家最大的小钢厂组柯公司与最大的钢铁审 合企业美国锕公 司联合开发新的炼钢技术 据称，在组柯公司希克曼广将安装一反应器 新的炼钢工艺将以碳化铁 为 原料，在 碳 的 化合 钧的 作 用 下，碳 化 铁 在类 似 于 转 炉 的容 器中 氧 化 砉 崭 工艺 开 发 成 功，将 促 进 高 碳直接还 原铁 的应用，因该熔炼操作中无需 电瞻。-摘 自 世界金属导报 l 9 9 5年第 2 I 期 维普资讯 http:/