MC5冷軋工作輥冶煉澆注過程工藝控制

呂巖/中國第一重型機(jī)械股份公司

MC5冷軋工作輥冶煉澆注過程工藝控制

呂巖/中國第一重型機(jī)械股份公司

通過MC5冶煉過程分析及后續(xù)產(chǎn)品超聲波探傷結(jié)果，對(duì)影響產(chǎn)品質(zhì)量的工藝要素如鋼水溫度、成分、爐渣進(jìn)行了分析。

MC5；冷軋工作輥；冶煉過程控制

隨著國內(nèi)冶金制造企業(yè)軋機(jī)生產(chǎn)線裝機(jī)水平的日益提高，以及軋機(jī)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、品種的不斷增加，冷軋工作輥的材料從原來的2%Cr系列，已發(fā)展至5%Cr系列。本文以MC5材質(zhì)的鍛鋼冷軋工作輥?zhàn)鳛楫a(chǎn)品科研件，從降低產(chǎn)品成本和優(yōu)化制造流程出發(fā)，工藝路線采取“EAF＋VD＋大氣保護(hù)下注”，澆注8T×2、8T×3兩盤5支下注鋼錠，詳細(xì)介紹冶煉澆注過程脫磷、脫硫、去氣、去夾雜的工藝控制，并結(jié)合產(chǎn)品后續(xù)探傷結(jié)果，提出相應(yīng)的質(zhì)量保證措施。

一、冶煉澆注方案及化學(xué)成分

1.冶煉澆注方案。從降低產(chǎn)品成本和優(yōu)化制造流程出發(fā)，MC5冷軋工作輥采用如下工藝流程：

電爐粗煉鋼水 →LF精煉爐 →Si熱法造渣→ 升溫→ 合金化 →精煉爐真空（VD）

微調(diào)成份 → 精煉出鋼 →大氣保護(hù)下注

2.化學(xué)成分控制。MC5冷軋工作輥化學(xué)成分冶煉過程控制見表1。

表1MC5冷軋工作輥化學(xué)成分規(guī)格控制%

二、冶煉澆注工藝控制

良好的精料制度是產(chǎn)品冶金質(zhì)量得以保證的重要因素，原材料的工藝要求主要有：

（1）精選Ni、Mo廢鋼、一類生鐵，保證殘余元素；

（2）挑選精石灰、螢石，要求石灰必須燒透，儲(chǔ)藏時(shí)間不大于24小時(shí)；

（3）各類鐵合金和其它輔助材料，按工藝要求烘烤保存；

（4）各種鋼水包要求無殘鋼殘?jiān)瑵沧⑾到y(tǒng)及冶金附具應(yīng)做到清潔、干燥。

（5）該材質(zhì)為%5Cr系列鋼，由于采用的是本廠返回料，其殘余元素含量低，［P］、［S］含量能夠得到很好的控制，電爐出鋼［P］≤0.002%，［S］≤0.008%。

2.［P］的控制。眾所周知，對(duì)于煉鋼過程，脫磷反應(yīng)方程式為：

2［P］＋（FeO）＋4（CaO）＝（Ca4P2O5）＋［Fe］

（1）爐渣成份的變化，對(duì)鋼－渣間磷分配系數(shù)的影響為：

Lg＝22350／T－16。0＋0。08×（% CaO）＋2。5lg（%FeO）（2）

因此，脫磷的最佳熱力學(xué)條件是：

（1）降低反應(yīng)溫度，有利于脫磷反應(yīng)；

（2）提高爐渣的氧化性（提高FeO含量），有利于脫磷反應(yīng)；

（3）增大爐渣渣量，有利于脫磷反應(yīng)；

（4）適當(dāng)?shù)膲A度。

根據(jù)以上熱力學(xué)條件，我們?cè)跓掍撨^程中，把脫磷的任務(wù)主要放在電爐粗煉鋼水中進(jìn)行，即在電爐氧化期進(jìn)行脫磷操作，電爐粗煉鋼水冶煉工藝如下：

（1）配料：配碳量≥1。00%，石灰加入量為5%，爐底加入2～3%，余加在一次料面上或隨二次料加入，為達(dá)到早期去磷，同時(shí)在一次料面上加入2%的大塊氧化鐵皮。

（2）冶煉：在氧化期吹氧助熔，盡快形成高堿度、高氧化鐵（FeO）、低溫度的爐渣，同時(shí)開始放渣，重新造高堿度、高氧化鐵的新渣，以利去磷，當(dāng)P≤0。008%以下時(shí)，結(jié)束氧化期操作，扒出全部氧化性爐渣，按4：1比例加入石灰、螢石造新渣。在出鋼時(shí)，隨鋼流加入100kg 15－30mm小塊石灰及螢石，另外在兌入LF精煉爐時(shí)，要求卡渣操作。

（3）提前合金化，為減少精煉爐冶煉時(shí)間，在粗煉鋼水冶煉時(shí)，把Ni、Mo化學(xué)成份調(diào)整至規(guī)格中下限。

3.［S］的控制。煉鋼過程中，脫硫反應(yīng)，可簡單地寫成如下反應(yīng)式：

［FeS］＋（CaO）＝ ［FeO］＋（CaS）△G0 ＝98474 －27。 82T J／mol

（1）

影響脫硫的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件是：

（1）高溫。因?yàn)殇摚g脫硫反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，因此升高溫度有利于脫硫反應(yīng)的進(jìn)行；

（2）高堿度、低氧化鐵含量、大渣量，有利于脫硫反應(yīng)；

（3）對(duì)熔池進(jìn)行強(qiáng)力攪拌，在實(shí)際生產(chǎn)中影響脫硫的主要限制環(huán)節(jié)即脫硫速度常數(shù)（Ks），增大鋼－渣的接觸面積，可顯著提高Ks，有利于硫的去除；

綜合上述，采用LF精煉爐精煉MC5可以很好地解決了脫硫問題。由于LF鋼包和爐蓋是氣密結(jié)構(gòu)，而且鋼包底部的氬氣和通電加熱時(shí)產(chǎn)生的一氧化碳?xì)怏w，使?fàn)t內(nèi)保持了還原性氣氛。因此強(qiáng)還原渣容易形成，而有利于脫硫，完全達(dá)到了成分的要求（S≤0.015）。

4.脫氣。采用大氣下注的澆注方式冶煉MC5鋼，與傳統(tǒng)工藝相比由雙真空處理變?yōu)榱藛握婵仗幚恚员M可能的降低鋼液中［H］、［O］、［N］的氣體含量非常重要。對(duì)此我們?cè)诠に嚿弦笥校?/p>

（1）各種受鋼包烘烤良好，溫度達(dá)到800℃以上，各種鐵合金和輔助材料都要求烘烤；

（2）精煉爐真空處理，由于采用氬氣底吹攪拌鋼液，尤其是在真空條件下，極大地增加了氣－渣接觸面積，提高了氣－渣的傳質(zhì)系數(shù)；

（3）真空結(jié)束后，為防止鋼液升溫吸氣，盡可能不給電升溫；

（4）澆注時(shí)注流用氬保護(hù)，通過彈性氬氣保護(hù)罩進(jìn)行保護(hù)澆注到澆注結(jié)束。

5.夾雜物的去除。在具體的冶煉操作中，主要采取如下措施來降低鋼中夾雜物的數(shù)量和其形態(tài)的改變。

（1）控制外來夾雜物進(jìn)入鋼水中。

（2）采用鋼包底部吹氬攪拌，去除內(nèi)在夾雜物。

（3）精煉過程鋼水溫度保持在1580～1620℃，石灰：螢石接近3：1，提高爐渣流動(dòng)性，增加吸附去除夾雜物能力。

3產(chǎn)品探傷結(jié)果。生產(chǎn)出來的五支鋼錠，工藝鍛比大于3，要求輥身與鑄錠軸線一致，輥坯經(jīng)正火、球化退火和回火后交貨。其中兩支軋輥探傷過程中出現(xiàn)草狀波問題，經(jīng)調(diào)質(zhì)后中心草狀波缺陷的得到明顯改善；有兩支機(jī)加后在近表面處出現(xiàn)線性夾雜物，其中最大夾雜物當(dāng)量直徑達(dá)到Ф2。

四、結(jié)論

（1）采用EAF＋VD＋大氣保護(hù)下注的工藝路線生產(chǎn)MC5冷軋工作輥，可以有效降低產(chǎn)品成本，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，完全能滿足產(chǎn)品技術(shù)條件要求；

（2）通過工藝控制可以有效的脫磷、脫硫，滿足化學(xué)成分的要求，脫氣及去除夾雜物的效果都達(dá)到預(yù)期效果；

（3）通過MC5冶煉過程分析及機(jī)加探傷結(jié)果反饋情況來看，以EAF＋VD＋大氣保護(hù)下注的工藝路線，其產(chǎn)品質(zhì)量較之EAF＋VD＋ESR有一定提高，為今后生產(chǎn)該類軋輥，優(yōu)化制造流程，積累了一定經(jīng)驗(yàn)。