1前言

高質(zhì)量的軸承鋼要求高的純凈度和組織均勻即雜質(zhì)元素和非金屬夾雜少碳化物細(xì)小且分布均勻精煉渣具有脫氧脫硫去夾雜的作用其性質(zhì)直接影響LF精煉過程的冶金效果當(dāng)堿性還原渣同鋼液密切接觸時(shí)鋼液中實(shí)際的氧硫的數(shù)值大于同渣平衡的氧硫的數(shù)值使鋼液中的氧和硫向渣中擴(kuò)散精煉渣中CaOAl2O3等成分能夠與SiAlMn等的脫氧產(chǎn)物結(jié)合成低熔點(diǎn)的化合物從而降低脫氧產(chǎn)物的活度強(qiáng)化脫氧反應(yīng)由于精煉渣均由氧化物組成氧化物之間的界面張力小易于結(jié)合成低熔點(diǎn)化合物而鋼液與脫氧產(chǎn)物間的界面張力大于渣和脫氧產(chǎn)物之間的界面張力精煉渣可以吸收脫氧產(chǎn)物使脫氧產(chǎn)物容易從鋼液中排除此外精煉渣融化后形成泡沫渣渣層覆蓋鋼液可有效防止氣體吸入且有利于埋弧操作減輕電弧對鋼包內(nèi)襯和鋼包蓋的損害提高熱效率因此研究精煉渣成分變化及其對鋼潔凈度的影響對LF精煉作用的充分發(fā)揮具有重要意義

要對軸承鋼中夾雜物進(jìn)行控制首先要對鋼中夾雜物的種類形貌進(jìn)行定性分析根據(jù)精煉工藝可知鋼中可能存在A類硫化物夾雜B類氧化鋁夾雜C類鋁酸鈣復(fù)合夾雜物以及鎂鋁尖晶石和氮化鈦夾雜等由于全程采用沉淀脫氧工藝爐渣對脫氧產(chǎn)物（主要是氧化鋁）的吸附作用尤為重要通過氬氣弱攪拌等手段可改善夾雜物上浮的動(dòng)力學(xué)條件但是如果熔渣本身吸收夾雜物的性能不好使得夾雜物不能從鋼水中徹底分離會(huì)惡化軸承鋼的機(jī)械性能因此精煉渣的組成性質(zhì)直接影響軸承鋼的使用性能本研究系統(tǒng)地討論精煉渣成渣工藝和組成對成渣過程的影響作用規(guī)律并對精煉渣的堿度和脫硫效果進(jìn)行系統(tǒng)探討獲得能夠有效去除鋼中硫和氧化物夾渣的精煉渣系

2生產(chǎn)工藝對精煉成渣的影響

2.1精煉渣組成

傳統(tǒng)的軸承鋼精煉渣系主要是以CaO-Al2O3和CaO-SiO2-Al2O3的高堿度精煉渣系為主由CaO-Al2O3二元相圖可知渣中存在低熔點(diǎn)的化合物12CaO7Al2O3可通過調(diào)節(jié)精煉渣中Al2O3含量降低熔渣的熔點(diǎn)改善合成渣精煉的動(dòng)力學(xué)條件SiO2屬于酸性氧化物不利于精煉渣脫硫但SiO2對熔渣的泡沫化性能有較大的影響由CaO-Al2O3二元系和CaO-SiO2-Al2O3三元系表面張力圖可知SiO2屬表面活性物質(zhì)其含量增加可降低表面張力促進(jìn)發(fā)泡增加渣膜的彈性和強(qiáng)度

2.2生產(chǎn)工藝對渣成分的影響

生產(chǎn)軸承鋼GCr15精煉過程采用三元精煉渣系分別采取LD+LF+CC和LD+LF+VD+CC兩種工藝生產(chǎn)本研究以精煉渣系中的3種主要成分為研究對象探討其在精煉過程中的變化規(guī)律圖1是不同成渣工藝路線從煉鋼出鋼到精煉結(jié)束過程中渣樣成分變化規(guī)律圖2是不同成渣工藝路線精煉過程二元堿度的變化規(guī)律

從兩種工藝路線來看成渣的過程基本一致主要分為兩個(gè)階段

第1階段從轉(zhuǎn)爐出鋼到精煉站之前轉(zhuǎn)爐冶煉采用高拉補(bǔ)吹操作終點(diǎn)渣的堿度控制在3~3.5左右出鋼時(shí)采用擋渣塞擋渣出鋼出鋼過程加入脫氧劑脫氧和合金化并在爐后加入二元合成渣進(jìn)行渣洗以防止回磷由于二元渣的加入渣中CaO含量略有增加轉(zhuǎn)爐吹煉過程中未用含鋁氧化物化渣出鋼渣的Al2O3含量不高煉鋼結(jié)束用鋁鎮(zhèn)定渣中的Al2O3有所增加利用硅鐵錳鐵進(jìn)行合金化渣中的SiO2含量有所提高

第2階段為鋼包精煉爐造渣過程此過程中加入了合成渣埋弧渣以及渣脫氧劑鋁和電石在此過程中渣中SiO2和Al2O3的含量會(huì)有明顯的降低一方面在精煉過程中加入的脫氧劑鋁會(huì)將渣中的SiO2還原鋼水會(huì)有不同程度的增硅現(xiàn)象另一方面主要是精煉過程中加入渣料稀釋了渣中SiO2和Al2O3的濃度

造渣過程前10min內(nèi)形成白渣精煉結(jié)束后控制終渣堿度為4.5~5.0高堿度流動(dòng)性好氧化性低的鋼渣利于鋼渣界面反應(yīng)最大程度去除鋼中的氧并使鋼中氧化物夾雜上浮被精煉渣所吸收提高鋼水的純凈度

軸承鋼從轉(zhuǎn)爐出鋼到精煉結(jié)束的成渣路線如圖1所示由圖1可知CaO在此過程含量基本維持不變SiO2的含量是減少的這是由于鋼水中有較多的酸溶鋁的緣故而渣中Al2O3含量是略有增加的一方面隨著鋼包處理時(shí)間的延長大顆粒夾雜物有充足的時(shí)間上浮另一方面精煉結(jié)束后對鋼水進(jìn)行弱攪拌使細(xì)小的夾雜物能相互碰撞長大上浮后被精煉渣所吸附最后對鋼水進(jìn)行鈣處理使Al2O3系夾雜物得到變性有效避免堵水口情況的發(fā)生保證生產(chǎn)的穩(wěn)定順行

2.3精煉過程堿度的變化規(guī)律

精煉渣應(yīng)具有吸收脫氧產(chǎn)物Al2O3夾雜的能力以便在鋼液進(jìn)行吹氬攪拌過程中最大限度地降低氧化物夾雜的數(shù)量以日本山陽工藝為代表的高堿度（R=4.5）渣系精煉軸承鋼硫以及Al2O3夾雜含量都降到了很低的程度

軸承鋼精煉過程堿度的變化以二元堿度為例LD+LF+CC工藝到達(dá)精煉站的堿度在3左右精煉造渣過程堿度上升很快精煉結(jié)束后的堿度維持在4~5之間而LD+LF+VD+CC工藝精煉過程的堿度能達(dá)到6~7的水平經(jīng)真空脫氣后二元堿度略有下降最后基本也在4左右

3精煉渣脫硫效果

合成渣配合埋弧渣一起使用造渣過程埋弧效果好大大提高了LF爐的熱效率造渣10min后基本形成了w（FeO+MnO）＜1%的渣系且堿度較高滿足了脫硫的熱力學(xué)條件獲得了良好的脫硫效果從表2可以看出在平均噸鋼用量為9.31kg合成渣和2.79kg埋弧渣的條件下脫硫率達(dá)到80%左右尤其在造渣開始的10min內(nèi)脫硫效果明顯脫硫率達(dá)75%左右

注S1S2S3S4分別表示轉(zhuǎn)爐出鋼時(shí)精煉前精煉10min后及精煉完成時(shí)的硫含量η12η14分別表示出鋼到精煉前及出鋼到精煉完成的脫硫率

4軸承鋼中的氧含量

氧含量是衡量軸承鋼質(zhì)量水平的一個(gè)重要指標(biāo)對于鋁脫氧的軸承鋼而言要求鋼液中的溶解氧含量＜2×10-6因此去除鋼液中氧化物夾雜物就顯得尤為重要

軸承鋼中的全氧包括溶解氧和夾雜物中的氧故從兩方面來討論氧的去除一方面鋼液中氧通過擴(kuò)散進(jìn)入精煉渣因此要保證鋼渣氧化性低只有鋼渣之間具有一定的氧勢差鋼中的氧才能不斷地向渣中擴(kuò)散精煉渣中的氧主要以FeO和MnO的形式存在在軸承鋼精煉過程的不同時(shí)期取渣樣采用化學(xué)分析法分析各組分含量FeO和MnO兩者之和變化規(guī)律如圖3所示結(jié)果表明在造渣過程中由于脫氧劑的加入渣中氧急劇下降還原渣形成后渣中氧穩(wěn)定在1%左右圖3不同生產(chǎn)工藝精煉渣中FeO+MnO含量

另一方面通過以上工藝可知精煉過程盡早形成流動(dòng)性較好的高堿度白渣吸收鋼液中的非金屬夾雜物（主要是Al2O3）并且在生產(chǎn)過程中盡量保證精煉后期有足夠的吹氬去除非金屬夾雜物的操作時(shí)間以使軸承鋼軋材上的全氧含量較低提高軸承鋼的抗疲勞壽命

經(jīng)過此改進(jìn)工藝冶煉后的軸承鋼鋼材上全氧含量均＜12×10-6最低的全氧含量為5×10-6完全能滿足軸承鋼的生產(chǎn)要求

5結(jié)論

5.1根據(jù)精煉設(shè)備條件制定符合軸承鋼生產(chǎn)的兩種精煉工藝路線（LD+LF+CC和LD+LF+VD+CC）精煉過程選用CaO-SiO2-Al2O3三元精煉渣系并給出了精煉渣系的組成范圍在精煉過程中各組分的變化規(guī)律是CaO含量基本維持不變SiO2的含量略有減少而Al2O3含量稍有增加采用LD-LF-CC和LD-LF-VD-CC工藝均能生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品

5.2精煉過程中堿度逐漸升高精煉結(jié)束后終渣堿度維持在4.5~5.0在噸鋼用量9.31kg合成渣和2.79kg埋弧渣的條件下精煉渣脫硫率達(dá)到80%5.3CaO-SiO2-Al2O3精煉渣系能夠較好地去除鋼中的游離氧及氧化物夾雜鋼材中的全氧含量低于12×10-6