控制轴承钢氧含量的工艺实践

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２ 中钢年论集回 ０ 国铁会文 ０ ３
控制轴承钢氧含量的工艺实践
胡俊辉
（ 宝钢集团上海五钢有限公司 ２０４） ０９０
摘 要 依据Ｅ ＋ 十 Ｄ Ｃ Ｍ／ Ｍ流程工艺实践， Ｆ Ｆ Ｖ 十 Ｃ Ｉ Ｌ Ｃ 论述了影响轴承钢氧含量的工艺因素， 并按工序 功能采取了降低氧含量和防止二次氧化的措施，实现了轴承钢氧含量的持续改进
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２０ ０３中国钢铁年会论文集
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提高。本流程的生产实践证明， 凡真空后添加铝的 不良 操作均会增加连铸浇注过程结瘤的概率。据文 献 仁］ 国外钢厂的 １， 试验也证明真空脱气后添加合 金和铝会导致形成更多的夹杂物， 而且加铝量越多 （ 例如大于３ｋ）生成的夹杂物的数量越多， ５ｇ 这一 结论对于生产氧含量低于 ６ ０ ６ Ｘ 的轴承钢具有实 １－ 质性意义。
成钢液裸露吸气。
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Ｌ ｊ Ｉ ＦＩｌ Ｆ Ｐ－ ． ／ Ｅ Ｐ％
１ 基本工艺
电炉 （ｏ ｔ ｏ）脱磷、脱钦－Ｅ １ 出钢、预脱 ｌ Ｂ，
使用寿命、 增加人炉废钢量或限制出 钢量， 对生产 轴承钢而言， 一般 Ｅ Ｔ寿命应小于 １ 炉，出钢 Ｂ ２ ０ 量应小于 １５ ０ｔ 。提高电炉出钢合金化成分命中率 可以 降低Ｌ 炉合金化。由于出 Ｆ 钢动力学条件十分 优越， － ｍｎ 故３ ４ ｉ的出钢过程对增碳尤为重要， 如 增碳效率低下则成为 Ｌ Ｆ过程最繁重的任务，Ｌ Ｆ 过程增碳需采用高搅拌能并延长搅拌时间， 容易造
了 尺寸６ ４ｉ － ０ｍ的从马． 。夹杂物， ｔ ａ Ｃ 可能来源
于成分调整过程中铁合金引人的Ｃ 及其脱氧产物， ａ 后两类夹杂物需在 明） 脱气过程中脱除。本流程测 定真空后溶解氧绝大部分炉次 （．一２５ ｘ １０ ．）
传统的轴承钢脱氧工艺更强调铝的脱氧作用， 强调成品钢水必须有 ０００ ０００ ． ％一 ． ％的铝含量， ２ ５ 较高的溶解铝对降低溶解氧效果更明显、 更直接。 如前所述， 经真空处理后钢中溶解氧降低到 （． １０ － ．） ０６ 在总氧中仅占１％－ ５ 而化 ２５ ｘ －， １ ５ ３％， 合氧高达６％一８％， ５ ５ 在如此低的溶解氧含量下 再强调铝的降氧作用已经没有多大的实际意义。相 反， 真空后添加铝的操作会扰动钢液面， 造成大气 中 氧向钢水传质， 增加溶解氧含量， 破坏了经过真 空处理的已相对处于平衡和稳态的钢水条件， 钢包 局部区域氧与铝平衡反应后的生成物Ａ ０ 没有足 １３ ２ 够的时间从钢液中脱除， 这些脱氧产物在钢包中的 分布极不均匀， 导致大颗粒夹杂物产生概率大幅度
真空后弱搅拌有利于夹杂物通过碰撞长大并上
浮到渣中。延长弱搅拌时间和控制吹氢强度的试验
少或从 马 和 Ｓ ２ ｉ 偏高导致渣层稀薄，电弧不稳 Ｏ 定、 钢液裸露容易吸气及Ｖ〕 Ｉ 过程容易溢渣而影响 脱气效率；有时渣量偏多或 （０ ｇ 含量过高 ； Ｍ（ ａ ． ） 造成渣层厚、猫度大，容易卷渣、渣金反应性能 差。普遍规律是真空处理前夹杂物含量高则成品氧 含量也高。这是 Ｌ 过程氧含量和夹杂物含量容易 Ｆ 波动的最重要的因素。基于此，我们正在开发在 线精炼炉渣控制模型，为稳定精炼渣提供操作支
关健词 轴承钢 氧含量 夹杂物
Ｐ ＲＯＣＥＳ Ｆ Ｓ ＯＲ ＣＯＮＴＲＯＬＩ ＮＧ ＯＸＹＧＥＮ
ＣＯＮＴＥＮＴ Ｂ Ｉ Ｎ ＥＡＲＩ ＮＧ Ｔ Ｓ ＥＥＬ
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１－， ０６ 较之 Ｌ Ｆ末期降低了 １３ ／。据文献 １ 一１２ 仁］ １，真空处理后钢中夹杂物降低了 １３ ／，其中 Ａ２ Ｃ（夹杂物尺寸降低到６ ２Ｋ ｏ １ ａ ０． ） 一 ２ｍ 影响真空效率的常见问题是真空溢渣或真空系 统泄漏，真空溢渣概率与炉渣过稀、吹氢强度过高 或钢中 硫含量有密切关系。 实践证明， 溢渣后如频 繁放气和抽气， 氧含量尤其溶解氧反而比真空前有 所上升。操作上应稳定 Ｌ 顶渣组分并控制真空前 Ｆ 硫含量在 ０００ ． ％以下。经分析大量数据， １ 在本流 程得出 如下结论， 真空脱气后钢中 氢含量、 氮含量 与钢中 氧含量有严格对应关系， 具体见图２ 。只有 稳定受控的真空效率才能进一步降低氧含量。
１％，Ａ２ ３ ５ 一２ ％，Ｍ日） ％一１ ％， ５ １ ＝２ ％ ０ ８ 二７ ０
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ＣＯ Ａ 认 ＝ ．一１９ 渣量 １５ ． ａ／ ｌ １６ ．， ２ ．一１７ ， 掩Ａ 炉渣 熔点１０ 一１０１ 勃度 １９ｙ ． ， ５０ ６０ ０， ．－ ６ 对提高渣金 ４Ｐ
任务 。
氧、 增碳、合金化一Ｌ Ｆ座包、升温、喂铝脱氧、 调整钢水和炉渣成分、吹氮精炼－Ｖ （ Ｄ 真空度 ６． ａ 脱氧、 ６７ ） Ｐ 脱气一弱搅拌一（ ＭＡ Ｍ保护浇 ； Ｃ Ｃ 注 （ 规格 １０ ４ ， ｘ ， ｘ ， ３， ４ ｘ １０ ８ ２０ ２ ２ ｔ １０ ８ １０ ２ ２０ ．
图ｔ 电炉出钢回磷量与氧含量关系图
Ｆ ． ｅｔｎ ｗｅｏｙｅ ｃ ｔ ｔ ｅ ｉ ｉ Ｉ ｌｉ ｂｔｅ ｘｇｎ ｅ ｉｂ ｒｇ ｇ Ｒ ａｏ ｅ ｎ ｏ ｎ ｎ ｎ ｎ ａ ｓｅ ｎ ｈｃ ｐｏ ｏｕ ｏ ｅ ａｅｔ ｐ ｇ ａｄ ｋ ｓｈｒ ｃ ｔ ｔ ｒ ｉ ｔｌ ａ ｈ ｐ ｓ ｎ ｆ ａ ｎ ｅ ｎ ｔ ｐ
随着中国 ＷＴ ，国外著名轴承制造商纷 加人 Ｏ 纷投资我国以占 领国内 外轴承市场。为降 低制造成 本， 外商正采取原材料采购本地化战略， 他们以国 际通行标准或客户企业标准对国产轴承钢材质提出 严格的 要求， 例如用于制造微型轴承套圈探伤不良 率不大于百万分之六。宝钢集团上海五钢有限公司 是我国传统的轴承钢生产企业， １９ 年建成了 在 ９７ 一条 １０ Ｆ Ｂ ）十Ｌ ０ｔ （ Ｔ Ｅ Ｅ Ｆ十Ｖ〕 Ｃ Ｍ 生产线， Ｉ十 Ｃ １９ 年又在原厂房增建了一条年产 １ 万 ｔ ９９ ０ 钢锭的 ＩＭ生产线， Ｃ 从而具备了 利用现代化装备专业化 生产轴承钢的能力。自１９ 年以 ９８ 来， 五钢公司先 后与 Ｆ Ｇ Ｎ Ｋ Ｎ Ｂ Ｓ Ｆ Ｔｒｎｔ ， － Ａ ， ， ， ， ｒｇ ｎ Ｔｎ Ｓ Ｍ Ｋ ｏｉ ｏ ｉ ｋｎ ｅ 公司合作供应高等级轴承钢。由于氧含量和夹 杂物水平是衡量轴承寿 命的一项最重要的指标， 而 欧洲和日 本轴承钢氧含量已能稳定控制在 ６ － ｘ ６ １ ０ 以下，国产轴承钢与之相比差距较大，因此实现氧 含量的持续改进是我国轴承钢生产企业的一项重要
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３ ４ｔ 及复合脱氧产物从ｑ． ＂ ， 一 ０ｔ ｎ Ｓ ２ Ｏ 尺寸 ｉ Ｍ ０ ｎ ６ ４Ｋ ， － ０ｍ 溶解氧及脱氧产物大部分需在 Ｌ 精炼 － Ｆ
期去除。国内外比较通行的做法是， 轴承钢适用 ＣＯＳ ２ ａ－Ｏ－ ｉ 从马－ ｇ Ｍ ０四元渣系， 本流程实践证明 控制精炼顶渣 ＣＯ二４％一５％， ｉ２ ２ ａ ６ ０ Ｓ ＝１％一 Ｏ
持。
证明， 大于２ｔ 大颗 ５ｍ的 粒夹杂物明 Ｌ 显减少， 尤其
是Ａ２ ＣＯ类夹杂下降更明显。 １ 认．ａ ２２ 防止精炼后钢水二次氧化和污染 ． ２２１ 真空处理后添加铭会形成更多的夹杂 ．．
物
２１ 稳定Ｎ 过程脱气 Ａ〕 ．． ３ 效率 经过 Ｌ 炉精炼， Ｆ 溶解氧下降到５ － ｘ ６ １ 左右， ０ 该阶段夹杂物组分从 岛 尺寸下降到３ ２Ｋ ， 一 ２ｔ 大 ｎ 部分为 Ｌ Ｆ过程脱氧产物，但是复合脱氧产物 Ａ ０＂ ＂ １ ３ Ｍ Ｏ尺寸维持在６ ４Ｋ ， ２ Ｓ ｉ ｎ Ｏ 一 ０ｍ 这可能和 Ｌ 过程调整 Ｓ， 成分有关系，同时检测发现 Ｆ ｉ Ｍｎ
４ ５ ， ７ ） ．ｔ ３ ｔ ．
２ 控制氧含量措施
２１ 降 ． 低暇含ｆ
２ １１ 提高电炉出钢合金化效果和增破效率 ．． 我们把从 Ｆ Ｆ过程的回磷量作为衡量 Ｅ －Ｌ ＥＴ Ｂ 挡渣的一项重要指标，关于回磷量与氧含量 的关系如图 １ 所示。控制下渣的措施：限制 Ｅ Ｔ Ｂ
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２１２ 稳定 Ｌ 精炼渣特性 ．． Ｆ 钢水到达 Ｆ Ｌ 工位后，经定氧仪测定，溶解氧 一般在 （ 一２ ） １－。据文献 ［ ］ 该阶段 １ ０ ｘ ６ ２ ０ １，
飞 工ｘ
ｓ １ ０ ０
ｌ
６０
ｏ
ｌ
夹杂物组分为出钢过程的预脱氧产物Ａ２３ 尺寸 １ ， ０
二 １
３２ 轴承钢叙含ｆ呈下降趋势 ．
由于工艺上明确了各工位的 脱氧功能， 通过强 化管理和工艺持续改进，连铸轴承钢氧含量由 ２０ 年的 ７５ ｘ ６ ００ ． １－下降到 ２０ 年的 ６７ Ｘ ６ ０ ０３ ． ６ １－； ０６ 模铸轴承钢的氧含量则由５５ Ｘ “ ． １－下降 ７ ０ 到７０ Ｘ ６ ． １－。由于落实了对精炼后钢水防止二 ６ ０ ２２２ 稳定和提高连铸作业效率 ．． 次污染的工艺措施，氧含量的正态分布发生了变 化， 氧含量（６ －出现概率由２ Ｘ ６ １ ０ 年前的１％ ６提 尽管常规的连铸过程有钢包水口 长套管吹氢保 护浇注、中间包加覆盖渣隔绝空气及结晶器加保护 高到４％， ０ 氧含量簇５ －出现概率由０ Ｘ ６ １ ０ 提高到 ５ 为超纯轴承钢和高等级轴承钢的生产打下了 ％， 渣隔离空气接触， 事实上要做到整个流钢系统绝对 密 是 切实 的。 钢中 氧降 ．Ｘ ６ 较好的基础。 封 不 际 当 溶解 到１ １－ ５ ０ 水平时， 与大气中氧形成巨大浓度差，只要有条 ３３ 摸铸轴承钢权含，的控制有了长足的进展 ． 件， 大气中的氧极易向钢液传质， 尤其是中间包冲 击区及下水 口部位具备吸气的条件，结晶器保护渣 模铸轴承钢在配套实施炼钢工艺改进的同时实 由于熔点低也具备氧传质条件。由于浇注流数直接 施全封闭 保护浇注， 其氧含量也有了大幅度下降， 决定了浇注周期， 所以常规的连铸浇注过程实际上 模铸和连铸轴承钢的氧含量差距由２０ 年的 １ １ ００ ． ０ 是一个轻微增氧的过程。从中间包浇注次序来看， ｘ ０ “ １一缩小到 ０３ Ｘ “ ． １一。 ０ ０ 第一炉次的氧含量高于 后续炉次， 可能与流钢系统 ４ 结论 耐火材料有关， 有关机理尚需作进一步的研究。 （） Ｆ Ｌ ＋ 流程功能来看， 十 Ｆ Ｖ〕 １ 从Ｅ Ｉ 钢中氧 ３ 工艺效果评价 含量和夹杂物水平按工位呈现下降趋势。 提高电炉 出钢过程合金化和增碳效率、 稳定 Ｌ Ｆ过程精炼渣 ３１ 降低精炼过程用铝ｉ ． ｔ没有对权含ｆ造成不利 特性及 Ｖ） Ｉ真空脱气效率是降低轴承钢氧含量的根
反应性能和促进夹杂物吸附最有利。以上炉渣特性 参数范围很窄， 生产过程不容易控制， 有时渣量偏
图２ 真空处理后钢中氢氮含量与氧含量关系图 Ｆ ． ｅｔｎ ｗｅ ｘｇｎ ｅ ａｄ ｅ ｏｙｅ ｃ ｔ ｔ ｉ ２ ｌ ｉ ｂｔ ｎ ｇ Ｒ ａｏ ｅ ｏ ｎ ｎ ｎ ｈｄ ｇ ｎｒ ｎ ｔ ｔ ｒ ｙｒ ｅ ｉｇ ｃ ｅ ａｅ切〕 ｏ ｎ ｅ ｏ ｎ ｆ ｔ ｎ ｔ
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