采用电渣重熔工艺冶炼高质量轴承钢

炉渣 编号
炉渣的化学成分 ( 质量分数, % ) 试验 试验
炉 片数 C aO A l2 O3 C aF2 数 /次 /个
非金属夹杂物 含量 (% )
氧化物 硫化物
原始电极 - - -
7 122 2. 26 2. 11
∋ 1 2 5 20 75 3 24 1. 21 0. 83
∋ 1 3 5 30 65 1 56 1. 09 0. 41
( 3) 在电极熔化末端温度最高, 我们用钨 钼 热电 偶 测 得 电 极 端 头 附 近 温 度 在 1 810 ~ 1 840 。
( 4) 电极熔化端头部分首先和炉渣作用, 原 始夹杂含量最高。 2. 2 炉渣成分对去除夹杂物的影响
在夹杂物被炉渣吸收的过程中, 起决定性因 素的是炉渣对夹杂物的吸附能力。一般来说, 钢 液和夹杂物间的界面张力 钢 夹杂 愈大, 炉渣和夹 杂物之间的界面张力 渣 夹杂 愈小, 夹杂物愈易被 炉渣吸附。
!大型铸锻件 ∀ HEAVY CA ST ING AND FORG ING
N o. 3 M ay 2009
表 3 不同渣系下原始电极和 重熔金属的夹杂物评级分析
Tab le 3 O r iginal e lec trode at d ifferen t slag quotiety and the eva luation ana lysis of re m elting m e tal
编号 铸锭结晶速度 试片数
非金属夹杂物的评级
/(m /h)
/个 氧化物 硫化物 硅酸盐
1
0. 172
2
0. 48
17
1. 03 0. 5 0. 029 4
17
0. 65 0. 5 0. 115 7
# 面积小于 0. 05 ∃ 10- 3mm2 的夹杂物 % 面积等于 ( 0. 05~ 0. 10) ∃ 10- 3mm2 的夹杂物 & 面积等于 ( 0. 10~ 0. 20) ∃ 10- 3mm2 的夹杂物 ∃ 面积大于 0. 20 ∃ 10- 3mm2 的夹杂物 图 1 电极末端夹杂物分布图 (显微镜观察倍数 100倍 )
( 1) 在电极熔化末端熔滴形成的过程中钢渣 作用最充分。在电极末端锥体逐渐消失过程中几 乎任何一部分都有机会和渣相接触, 任何一部分 都有可能暴露在表面, 便于熔渣吸收。
( 2) 在电极熔化末端熔滴形成时间虽不及熔 池存在时间长, 但仍然比熔滴过渡时间长, 我们用 示波器测得在电极熔化末端熔滴形成过程一般为 ( 0. 23~ 0. 37) s, 而熔滴通过渣池时间按粘滞液体 中自由落体公式计算为 ( 0. 08~ 0. 11) s。
1 试验设备和条件
试验是在两种炉子上进行的。炉子的特点及 试验条 件如下: ( 1) 20 kg 小型 电渣 炉。由 HG 1000小型电渣焊机改装, 变压器容量为 160 kVA。 工艺制度为:
自耗电极: 20 mm 结晶器: 100 mm 渣系: M gO: 3% ; CaO: 5% ; A l2 O3: 32% ; CaF2: 60% 渣重: 1. 5 kg
K ey word s: e lectro slag re m e lting; bea ring stee;l inclusion; m e lting
现代工业的发展对轴承钢的要求日益严格, 为了保证轴承钢在高负荷、高速度条件下正常工 作, 对轴承钢的提纯和均匀化都有相当高的要求。 即轴承钢中的非金属夹杂物: 氧化物、硅酸盐 D i ergarten评级法不超过 0. 5级。显然, 这个要求是 非一般冶炼方法所能满足的。为此, 我们决定采 用电渣重熔工艺冶炼高质量轴承钢 [ 3~ 5] 。为了 更有效地控制轴承钢的质量, 我们就电渣重熔对 钢中夹杂物的去除过程进行了研究, 查明电渣重 熔提纯钢的主要发生阶段, 并以此为依据制定了 渣系、电制度、电极冶炼终脱氧制度。
收稿日期: 2009 02 10
冷却水温: 60~ 70 电流: 800 A ~ 900 A 电压: 40 V ~ 42 V ( 2) 500kg工业电渣炉。双电极送进机构交 替工作, 采用连续抽锭式。变压器容量 240 kVA。 工艺制度为: 自耗电极: 85 mm 结晶器: 240 mm 渣系: M gO: 3% ; CaO: 5% ; A l2 O3: 32% ; CaF2: 6 0% 渣重: 19 kg 冷却水温: 60~ 70 电流: 3 000 A ~ 4 500 A 电压: 45 V ~ 55 V
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in un it area of m e ltin g zone and un m e lting zone
单位面积夹杂数
单位面积夹杂物面积
编号
( 个 /mm 2 )
未熔 熔化
化区 区 变化率
/ ( m 2 /mm2 )
备注
未熔
化区 熔化区 变化率
1 2 3 平均
4. 576 2. 909 - 36. 6%
∋ 1 1 5 35 60 10 59 0. 946 0. 67
∋ 1 4 5 40 55 4 31 0. 84 0. 62
表 5 不同熔炼电规范对去除夹杂物的影响 Table 5 D ifferen t re m e lting spec ifica tion
influence to the e lim ination of inc lu sion
为此我们进行了试验。首先对熔化电极末端
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进行了研究。按试验条件 ( 1) 进行冶炼, 通入氩 气保护, 然后突然停电, 将电极迅速提出渣面。用 阳极切割机自中心沿纵向切开电极熔化末端, 用 oberhoffer试剂腐蚀显 示出熔化部分的铸 态结晶 区, 划出熔化和未熔化区分界线, 对全部视场中的 非金属夹杂物进行分析。用比 20 mm 的自耗电 极放大 20倍的相纸将全部非金属夹杂物记录下 来, 计算出熔化区、未熔化区单位面积的夹杂物面 积, 及单位面积夹杂数, 其结果见表 1、图 1。
F igure 1 Inc lusion d istr ibution picture at the end
of electrode ( m ultip le o fm icro scope: 100 tim es. )
表 1 熔化区、未熔化区单位面积内
夹杂物的面积及单位面积夹杂数
Tab le 1 In clusion propor tion and its quan tity
7 122 2. 26 2. 11 10 94 0. 946 0. 41 5 38 1. 09 0. 52 3 23 1. 129 0. 60 3 21 1. 31 0. 26
表 4 调整渣系后原始电极和 重熔金属的夹杂物评级分析 Tab le 4 O r ig inal e lectrode after the ad ju stm en t of slag quotiety and the eva luation ana lysis of re m elting m e tal
在我们的研究条件下, 钢液是固定的轴承钢, 所以我们只能从改变冶炼渣成分、改变电极原始 夹杂物性质种类、改善钢渣接触条件入手促进夹 杂物进入炉渣。
在试验过程中, 我们曾试验 4种渣系, 对原始 电极及重熔金属取样, 进行夹杂物评级对比, 结果 见表 3。从表 3 可知, 采用 4种 渣系进行电渣重 熔, 非金属夹杂物评级普遍下降。但以 ∋ 1 1号 渣 CaO A l2O 3 C aF2 为最佳。据此我们再进行调 整, 实验结果见表 4。从表 4可见, 随渣中 A l2 O3 的增加, 氧化物、硫化物评级都依次下降。
2 试验结果及讨论
2. 1 电渣重熔提纯的过程 关于电渣重熔提纯的机理, 目前观点不统一。
有些学者 [ 5, 9] 认为: 电渣 重熔去除夹杂物 主要是 利用金属熔池的浮升。另一些学者 [ 10, 11 ] 则认为: 夹杂物的去除则是熔滴自耗电极末端向金属熔池 过渡时的渣洗结果。苏联学者的试验还证明电渣 重熔去硫过程主要发生在电极熔化末端。
为了验证金属熔池中夹杂物的浮升对提纯的 影响, 我们通过改变结晶器尺寸来获得不同结晶 速度, 并进行分 析对比, 结果见 表 2。由表 2 可 知, 随着铸锭结晶速度的减慢, 钢锭中的氧化物、 硫化物没有改变, 仅点状硅酸盐夹杂物评级有所
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电极熔化末端去除夹杂物的物理化学条件最 好, 我们认为有以下几个因素:
2. 959 1. 301 - 56%
--
-
- - 46. 3%
0. 738 5 0. 488 0. 630
-
0. 301 3 - 59. 3% [ 13 ] 0. 193 4 - 64. 6% 0. 170 - 73. 0%
- - 65. 5%
由表 1可见, 在电渣重熔过程中, 电极熔化末 端夹杂物去除率为 65. 5% , 而一般电渣重熔夹杂 物去除率在 ( 40~ 70) % , 由此可见电渣提纯主要 发生在电极末端。
降低。因此, 我们认为金属熔池的浮升不是夹杂 物被去除的主要过程, 但元素在金属熔池中氧化 生成的夹杂物, 特别是其中的硅酸盐类大颗粒夹 杂物主要是靠金属熔池的浮升来去除。
表 2 结晶速度对夹杂物的评级的影响 T ab le 2 Crystallization rate inf luence on
evaluatin g the inc lu sion grade
炉渣 编号
炉渣的化学成分 ( 质量分数, % )
试验 炉数
C aO A l2 O3 CaF2 C aC2 /次
非金属夹杂物
试验 含量 (% )
片数
/个
氧化物和 硅酸盐
硫化物
原始电极 - - - ∋ 1 1 5 35 60 ∋ 2 1 20 30 50 ∋ 3 1 - - 100 ∋ 4 1 5 33 60 2
!大型铸锻件 ∀ HEAVY CA ST ING AND FORG ING
N o. 3 M ay 2009
采用电渣重熔工艺 冶炼高质量轴承钢
郭李波
(东北特钢集团北满特殊钢有限责任公 司, 黑龙江 161041)
摘要: 文献 [ 1, 2]证实: 钢中非金属夹杂 物的聚集是导致疲劳 破坏的根源 , 特别 是氧化铝、氮化钛 等脆性夹 杂物, 所以控制轴承钢的夹杂物是保证轴承钢质量的关键。我们对电渣重熔工艺的提纯 过程进行了试验 研究, 并根据研究结果 制定了电渣重熔工艺参数。生产实践证明效果很好。
关键词: 电渣重熔; 轴 承钢; 夹杂物; 冶炼 中图分类号 : TF 14 文献标识码: B
M e lting the H igh Q uality B earing Steel by ESR T echno logy
Guo L ibo
Abstract: L itera tures 1& 2 show ed that: the converg ence o f non m eta llic inclusion in stee l is the roo t o f fatigue and breakage, espec ia lly those brittleness inc lusion like a lum ina and titan ium n itr ide, therefore, the con tro lling to the in clusion in bearing stee l is the key to guaran tee its qua lity. W e tested and researched the purification procedure of e lec tro slag re m e lting technology, m eanw hile, w e se t down the technology param e ters of ESR based on tested results. P ractical produc tion showed the effic iency o f new techno logy.
熔炼电规范 编号
电流 /A 电压 /V