摘要：分析了電爐一精煉過程中氧、氮含量的變化及爐渣成分變化。減少鋁線喂人量，降低爐渣堿度、控制渣中A1₂O₃含量可有效減少D類夾雜物的生成。保證弱攪拌時間，促進夾雜物的上浮，可有效地去除D類夾雜物。

 

　　關鍵詞：軸承鋼；氧含量；D類夾雜物；堿度

 

　　軸承鋼主要用于制造軸承的滾珠和滾圈，它具有很高的硬度、強度和耐磨性。由于軸承在工作時受力的接觸面積很小，同時受高速度的反復不斷變化的應力，所以對軸承鋼的質量要求比較高。鋼的純凈度和耐用壽命有著很密切的關系，因此對鋼中氣體和夾雜物的含量要求很嚴。一般廣泛應用的軸承鋼為GCrl5。南京鋼鐵聯(lián)合有限公司(以下簡稱南鋼)軸承鋼GCrl5棒線材已生產了2年，實物質量取得了明顯提高，鋼中氧質量分數(shù)基本上能控制在12×10^-6以下，但鋼中的D類夾雜物(球狀不變形夾雜物)級別仍然較高，普遍在粗系0．5～1．5級，細系0．5～2．0級(國標要求粗系≤1．0級，細系≤1．0級)。為了有效去除鋼中的D類夾雜，對LF、VD工序專門取過程鋼樣和渣樣，做O、N氣體分析和渣樣分析，然后做脫氧工藝優(yōu)化試驗，取得了顯著效果。

 

　　1  氧、氦和夾雜物分析

 

　　O、N數(shù)據(jù)見表1，LF吊桶樣叫([O])=(8～13)×10^-6 ，ω(N])=(48～54)×10^-6，VD吊桶樣ω([O)=(9～14)×10^-6，ω([N])=(32~40)×10^-6，VD過程ω(O])下降14 ×10^-6。可見，原冶煉工藝中的鋼液脫氧任務主要在LF完成，VD主要作用是脫氮，脫氧效果并不明顯。個別爐號[O]上升，這是由于VD初始[O]已經很低、真空處理時真空度不夠低，真空時間不足或VD前后鋼水可能有裸露現(xiàn)象等原因而造成。鋼材成品中的D類夾雜物(球狀不變形夾雜物)級別較高，普遍在粗系0．5～1．5級，細系0．5～2．0級(國家標準要求粗系≤1．0級，細系≤1．0級)。

 

　　2　精煉渣成分分析

 

　　表2為8爐渣樣的分析數(shù)據(jù)。VD過程中渣中ω(CaO)平均上升0．16％，基本不變，下降爐次是由于鋼中SiO₂、Al₂O₃夾雜上浮后渣量增加而造成。

 

　　VD過程ω(SiO₂)平均下降3．04％，這是因為在真空條件下，碳的脫氧能力超過硅，碳將(SiO₂)還原成Si，生成CO。(SiO₂)的下降導致R₂平均上升5．53，VD后平均R₂高達12．58。這么高的爐渣堿度惡化爐渣流動性，對脫氧、脫硫均很不利。

 

　　VD過程ω(Al₂O₃)平均上升2．95％，表明脫氧產物(Al₂O₃)在真空的良好攪拌下從鋼液中分離，被渣吸附。有關研究表明，有44％的脫氧產物在真空處理過程中上浮。

 

　　VD過程叫(S)上升0．05％，說明VD過程鋼水在進一步脫硫。

 

　　3　脫氧工藝分析

 

　　3．1脫氧劑的分析

 

　　GCrl5脫氧元素主要是Si和Al，出鋼時喂A1線進行鋼液的脫氧，精煉開始和結束時喂Al絲脫氧，使鋼中氧含量進一步下降。運用吹氬攪拌，除了起攪拌作用外，同時還有脫氣的作用。有關資料顯示，當每噸鋼吹Ar量達0．1m³時，常壓下的吹Ar脫氣率可達70％，當真空度達50．66kPa時，吹Ar脫氧量大于90％。為此，脫氧工藝可以作適當調整：(1)適當減少加Al量，以減少Al₂O₃的生成量，提高LF結束時的[O]，充分發(fā)揮VD的脫氧作用。(2)延長吹Ar時間，一方面提高吹Ar脫氣率，另一方面促進Al₂O₃夾雜物的上浮。

 

　　3．2渣系成分分析

 

　　在采用鋁脫氧的情況下，脫氧夾雜物主要是Al₂O₃基夾雜，精煉渣對此夾雜的吸附能力主要取決于精煉渣中Al₂O₃活度的高低。為了使精煉渣具有良好的吸附Al₂O₃夾雜的能力，根據(jù)目前的爐渣成分，需降低爐渣堿度，提高渣中SiO₂，降低造渣料中的Al₂O₃，促使形成CaO-SiO₂-Al₂O₃渣系中的低熔點產物。在CaO-SiO₂一Al₂O₃三元系夾雜物中，具有良好變形能力的夾雜物組分分布在鈣斜長石(CaO?Al₂O₃?2 SiO₂)與磷石英和假硅灰石(CaO?SiO₂)相鄰的周邊低熔點區(qū)。該區(qū)域內Al₂O₃相成分在15％～20％。軸承鋼GCrl5原用的造渣原料為改性渣和鋁質調渣劑，由于改性渣和鋁質調渣劑中含有較高的Al₂O₃成分，改性渣ω(Al₂O₃)=18％～20％，鋁質調渣劑成分為ω(Al₂O₃)≥75％，造成精煉渣中初始Al₂O₃就很高，LF未期ω(Al₂O₃)達31．2％，VD結束后ω(Al₂O₃)達34．14％，整個精煉過程中ω(Al₂O₃)均在30％以上，這不利于爐渣吸附Al₂O₃夾雜。若減少改性渣和鋁質調渣劑的加入量，降低造渣料中的Al₂O₃，保證真空下ω(Al₂O₃)在20％以下，將大大促進精煉渣對Al₂O₃夾雜的吸附。

 

　　軸承鋼中的D類夾雜物，幾乎全是含鈣的鋁酸鹽，鋼液中一定數(shù)量的鈣是球狀夾雜物生成的必要條件。隨著精煉渣R₂的提高，渣中自由CaO含量增加，CaO活度隨之增大，有利于鈣進入鋼液。這就要求精煉渣降低堿度。

 

　　配制1種適當成分的精煉渣，要達到3個目的：(1)具有一定程度的脫硫能力，使軸承鋼中的A類(硫化物)夾雜物的數(shù)量控制在一定范圍內；(2)具有吸收脫氧產物Al₂O₃夾雜的能力，以便在攪拌精煉過程中Z大程度地降低氧化物夾雜的數(shù)量；(3)減少或消除含CaO的D類夾雜物。采用高堿度渣精煉軸承鋼，硫含量及Al₂O₃夾雜含量都可降到很低的程度，但球狀夾雜物出現(xiàn)率升高；酸性渣雖然消除了球狀夾雜物，但對降低鋼中硫含量的能力很有限，硫化物夾雜和氧化物夾雜的數(shù)量都較高。國內數(shù)家特殊鋼廠吹氬精煉工藝均采用低堿度渣，堿度控制在2．5以下，鋼中ω(Ca)一般不超過20×10^-6，塑性夾雜物占夾雜物總量的比例可達90％以上。

 

　　3．3攪拌工藝分析

 

　　與LF精煉相比，真空下鋼水靜壓力較小，夾雜物容易上浮，所以應優(yōu)化LF與VD的攪拌時間，確保VD真空處理15～25 min。加強真空攪拌處理比加強LF弱攪拌處理更能有效促進夾雜物的上浮。

 

　　優(yōu)化攪拌工藝，制定適宜的吹氬流量。對于上VD的鋼種，由于其出鋼量比普通鋼種少20 %～25％，所以其吹氬流量應適當減少，否則攪拌強度過大，上浮到渣中的夾雜又回到鋼水中，甚至出現(xiàn)鋼水裸露現(xiàn)象。合理的吹氬流量應使混勻時問短，凈化效果Z佳，還不致于出現(xiàn)卷渣現(xiàn)象，避免鋼水與空氣接觸。為促使夾雜物的分離，爐渣粘度要遷當高一些，避免渣與鋼混合，以防止二次氧化。 

 

　　4　脫氧工藝優(yōu)化試驗

 

　　根據(jù)以上生產數(shù)據(jù)分析，對GCrl5脫氧工藝進行優(yōu)化試驗。

 

　　4．1  試驗內容

 

　　(1)降低精煉渣堿度，R₂從5．0～7．0降至2．0～3．0；

 

　　(2)造渣劑由改性渣加鋁質調渣劑改為石灰加螢石，降低精煉渣起始Al₂O₃濃度；

 

　　(3)減少Al線喂人量，由Al脫氧改為Al加Si脫氧，減少鋁酸鈣的生成量；

 

　　(4)保證弱攪拌時間，促進夾雜物上浮；

 

　　(5)保證真空壓力小于67 Pa，真空下處理時間達15～20 min。

 

　　4．2  VD精煉渣樣成分與成品分析

 

　　

　　表3為GCr15鋼VD精煉渣的分析數(shù)據(jù)

　　

　　試驗中將爐渣R₂控制在2．5～3．5，渣中ω(Al₂O₃)控制在20％以下。爐渣ω(FeO)在0．5％左右，說明爐渣還原性較好，鋁線加入量減少后并沒有影響爐渣的還原性能，爐渣脫硫能力得到了提高。

　　

　　脫氧工藝改變后，成品ω([O])范圍基本上在(7～12)×10^-6，與原工藝相當，D類夾雜物級別粗系、細系均為0～1．0級，與試驗前相比，D類夾雜物級別明顯下降。

 

　　5　結  論

 

　　(1)調整造渣料的配比，減少造渣劑所帶入的A1₂O₃，控制渣中Al₂O₃含量，可有效提高精煉渣對鋼液中Al₂O₃夾雜的吸附；

 

　　(2)適當減少鋁線加入量，采用Al加Si脫氧，控制A1₂O₃夾雜的生成量；

 

　　(3)降低爐渣堿度和鋼中[Als]，LF渣堿度保持R₂=2．5～3．0，VD渣堿度保持R₂=3．0―3．5，控制鋼液的含鈣量，從而控制球狀夾雜物韻生成條件；

 

　　(4)優(yōu)化攪拌工藝，保證弱攪拌時間和合適的吹氬流量，可加強D類夾雜物的上浮去除；

 

　　(5)保證真空壓力和真空處理時間，可充分發(fā)揮VD的脫氧能力。