于洪波，劉 潔，朱保全

（山東壽光巨能特鋼有限公司技術(shù)部，山東 壽光262711）

1 前 言

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，山東壽光巨能特鋼有限公司某一時(shí)間段內(nèi)生產(chǎn)的軸承鋼氧含量大部分都集中在（6～10）×10-6，但＞12×10-6的爐次也會(huì)占相當(dāng)比例，控制住這種異常爐次，是解決公司軸承鋼氧含量問(wèn)題的關(guān)鍵。對(duì)氧含量數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析，對(duì)中包爐次與氧含量的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行調(diào)查，檢驗(yàn)氧含量較高的樣品與高倍評(píng)級(jí)對(duì)比，同時(shí)分析主要的高倍夾雜物類型，再對(duì)生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)認(rèn)真梳理后，進(jìn)行工藝優(yōu)化改進(jìn)，旨在降低鋼中氧含量和各類氧化物夾雜。經(jīng)過(guò)優(yōu)化工藝后，鋼材的氧含量和夾雜物級(jí)別均得到了降低，效果明顯。

2 現(xiàn)狀分析

2.1 氧含量與中包爐次的關(guān)系

轉(zhuǎn)爐連澆的第1爐，軸承鋼的氧含量明顯高于其他爐次，而且差距比較大，在開(kāi)澆第1爐中，有大量爐次的軸承鋼氧含量高于12×10-6，說(shuō)明開(kāi)澆時(shí)保護(hù)澆鑄不良，導(dǎo)致鋼水中大量吸氧。

2.2 軸承鋼夾雜物檢測(cè)

1）對(duì)不同氧含量的4個(gè)試樣進(jìn)行了檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)鋼中夾雜物與全氧含量呈對(duì)應(yīng)關(guān)系，如表1所示。

表1 鋼中夾雜物與全氧含量的關(guān)系

2）夾雜物高倍分析。經(jīng)檢測(cè)，全氧含量較高的試樣內(nèi)存在較多的硅酸鹽類夾雜物，這與精煉渣脫氧不夠或中間包覆蓋劑堿度過(guò)低有關(guān)。此外，還檢測(cè)出高鋁類夾雜、高鈣類夾雜、氮化鈦類夾雜，具體檢驗(yàn)情況見(jiàn)圖1～4。

圖1 硅酸鹽類夾雜

圖2 高鋁類夾雜

圖3 高鈣類夾雜

圖4 氮化鈦類夾雜

3 工藝流程和工藝優(yōu)化措施

工藝流程為：采用80%高爐鐵水熱裝→80 t 頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐→70 tLF 爐外精煉→VD 真空脫氣→R12 m五機(jī)五流連鑄機(jī)連鑄產(chǎn)180 mm×220 mm連鑄坯→冷送→三段連續(xù)式推鋼加熱爐加熱→高壓水除鱗→Φ650 mm 三輥可逆開(kāi)坯機(jī)→Φ550 mm×4/Φ450 mm×2機(jī)列連軋→熱鋸鋸切→冷床收集→入坑緩冷→出表面檢查→內(nèi)部超探→包裝→計(jì)量、標(biāo)識(shí)、入庫(kù)。

工藝優(yōu)化措施。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工藝調(diào)研、夾渣物檢測(cè)結(jié)果及大量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)原軸承鋼的冶煉操作工藝規(guī)程進(jìn)行了調(diào)整，主要調(diào)整如下：1）為了降低鋼水的氧化性，嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)爐出鋼下渣，如無(wú)把握控制擋渣效果，主張留鋼操作；2）改變鋁脫氧制度，轉(zhuǎn)爐爐后加鋁脫氧，進(jìn)LF 前補(bǔ)加鋁錢，在LF爐開(kāi)始精煉后及VD 不得對(duì)鋁進(jìn)行調(diào)整，給予夾渣物充分上浮時(shí)間；3）精煉渣堿度控制在5～6.5，同時(shí)強(qiáng)化精煉渣渣面脫氧，分批均勻加入碳化硅，總量不少于150 kg，勤觀察爐況，始終保持還原性氣氛；4）在化渣完畢后，底吹氬禁止大流量操作，防止鋼液與空氣大面積接觸；5）精煉渣料及合金在中前期加入，出鋼前15 min禁止加任何物料；6）VD結(jié)束后軟吹時(shí)間要求≥30 min；7）連鑄大包開(kāi)澆前，中包充氬排空時(shí)間調(diào)整為＞5 min。

4 工藝優(yōu)化措施的實(shí)施及效果分析

4.1 過(guò)程各工位全氧和氮含量變化情況

從LF 進(jìn)站到LF 出站，平均氧氮含量略有升高。一是電弧加熱使一部分空氣電離，產(chǎn)生的一部分氧氮進(jìn)入鋼中；二是鋼包底吹氬過(guò)大使鋼水裸露，與空氣直接接觸從而增氣。經(jīng)過(guò)VD真空處理，鋼中平均氧含量由14.44×10-6降低到9.05×10-6，鋼中平均氮含量由50.36×10-6降低到35.66×10-6，真空效果明顯。經(jīng)過(guò)大于30 min的軟吹處理，后續(xù)平均氧含量整體下降。但根據(jù)氮含量的后續(xù)變化趨勢(shì)，說(shuō)明依然存在過(guò)程二次氧化現(xiàn)象。進(jìn)而分析平均氮含量變化情況，軟吹后稍稍升高1.28×10-6。且從軟吹后到成品材，鋼中平均氮含量由36.94×10-6激增到54.49×10-6，這說(shuō)明在連鑄過(guò)程中，保護(hù)澆鑄仍然不夠到位，鋼水與空氣接觸較多，使鋼中氮含量大幅升高。過(guò)程全氧和氮含量變化規(guī)律見(jiàn)圖5和圖6。

4.2 鋼中鈦含量的控制

轉(zhuǎn)爐出鋼后到LF 爐進(jìn)站，由于加入含有鈦元素的大量鉻鐵，鋼中鈦含量急劇上升。LF 爐進(jìn)站到VD出站，鋼中鈦含量略有波動(dòng)，這可能與合金微調(diào)及化驗(yàn)精度有關(guān)，但大體呈平衡趨勢(shì)，具體趨勢(shì)見(jiàn)圖7。合金中鈦含量的控制，是軸承鋼鈦元素含量控制的關(guān)鍵。

圖5 過(guò)程全氧變化規(guī)律

圖6 氮含量變化情況

圖7 取樣工序鈦含量控制情況

4.3 鋼中酸溶鋁的變化規(guī)律

在LF精煉過(guò)程中，由于電弧加熱、渣鋼反應(yīng)及強(qiáng)底攪鋼水劇烈翻騰，鋼中平均酸溶鋁含量由0.049 7%降為0.035 6%。在VD 真空精煉過(guò)程中，在真空環(huán)境下鋁氧平衡的變小，鋼中鋁進(jìn)一步與溶解氧反應(yīng)，一部分的鋁會(huì)與精煉渣及耐火材料發(fā)生反應(yīng)，鋼中的酸溶鋁含量降為0.020 1%。由VD 出站到中包，鋼中酸溶鋁略有下降，這是由于長(zhǎng)水口及中包密封不夠，一部分鋼水與空氣接觸。還有一個(gè)原因是鋼中的鋁與低堿度的中包覆蓋劑發(fā)生了反應(yīng)。鋼中酸溶鋁的變化規(guī)律見(jiàn)圖8。

圖8 鋼中酸溶鋁的變化規(guī)律

4.4 精煉渣變化情況

精煉渣堿度整體控制基本在工藝要求的5～6.5，精煉渣變化規(guī)律見(jiàn)圖9。

圖9 精煉渣平均堿度變化情況

4.5 中間包渣變化情況

相對(duì)于第1爐，第2爐隨著澆鑄時(shí)間的延長(zhǎng)，中間包渣中FeO 的含量升高，說(shuō)明渣中的氧化性增加。渣中SiO2含量降低，表明渣中的SiO2與鋼中的酸溶鋁發(fā)生了反應(yīng)。從澆鑄的第2 爐到第6 爐，渣的成分變化不大，說(shuō)明渣中SiO2與鋼反應(yīng)主要發(fā)生在澆鑄的第1 爐，如果采用中高堿度精煉渣，可以進(jìn)一步降低軸承鋼氧含量。中間包渣變化規(guī)律如表2所示。

表2 中間包渣變化規(guī)律

4.6 氧含量及高倍夾雜物評(píng)級(jí)效果

經(jīng)過(guò)工藝試驗(yàn)后，對(duì)9爐軋材進(jìn)行取樣檢驗(yàn)氧含量，其中8爐成品氧含量均在8×10-6以下，只有1爐因過(guò)程控制脫氧不良導(dǎo)致氧含量達(dá)到11×10-6，總體平均氧含量7.41×10-6，較改進(jìn)前得到明顯降低。

鋼材低倍檢驗(yàn)四類夾雜物評(píng)級(jí)均沒(méi)有超0.5級(jí)的情況，較改進(jìn)前低倍級(jí)別降低明顯，說(shuō)明較工藝優(yōu)化前檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的硅酸鹽類、高鋁類、高鈣類等氧化物均得到了控制。但由于過(guò)程氮含量的成品含量偏高，氮化鈦夾雜沒(méi)有得到有效改善，從進(jìn)一步的高倍檢驗(yàn)視場(chǎng)分析情況也說(shuō)明了這點(diǎn)。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)改進(jìn)工藝的實(shí)施，使軸承鋼平均氧含量由原來(lái)的成品9.16×10-6降低到7.41×10-6，夾雜物級(jí)別也得到明顯降低，證明所采取的措施有效。在改進(jìn)后的試驗(yàn)工藝的基礎(chǔ)上，還應(yīng)從以下方面做進(jìn)一步的優(yōu)化：強(qiáng)調(diào)轉(zhuǎn)爐高拉碳操作，主張轉(zhuǎn)爐拉碳控制在0.2%以上；采用中高堿度中間包覆蓋劑；為了控制鋼中的Ti 含量，應(yīng)使用低鈦鉻鐵；連鑄加強(qiáng)保護(hù)澆注或使用整體侵入式水口，會(huì)達(dá)到更好的效果。