轉爐煉鋼控制軸承鋼氧含量的工藝實踐

于洪波，劉 潔，朱保全

（山東壽光巨能特鋼有限公司技術部，山東 壽光262711）

1 前 言

經統計，山東壽光巨能特鋼有限公司某一時間段內生產的軸承鋼氧含量大部分都集中在（6～10）×10-6，但＞12×10-6的爐次也會占相當比例，控制住這種異常爐次，是解決公司軸承鋼氧含量問題的關鍵。對氧含量數據進行詳細分析，對中包爐次與氧含量的對應關系進行調查，檢驗氧含量較高的樣品與高倍評級對比，同時分析主要的高倍夾雜物類型，再對生產工藝環節認真梳理后，進行工藝優化改進，旨在降低鋼中氧含量和各類氧化物夾雜。經過優化工藝后，鋼材的氧含量和夾雜物級別均得到了降低，效果明顯。

2 現狀分析

2.1 氧含量與中包爐次的關系

轉爐連澆的第1爐，軸承鋼的氧含量明顯高于其他爐次，而且差距比較大，在開澆第1爐中，有大量爐次的軸承鋼氧含量高于12×10-6，說明開澆時保護澆鑄不良，導致鋼水中大量吸氧。

2.2 軸承鋼夾雜物檢測

1）對不同氧含量的4個試樣進行了檢測，發現鋼中夾雜物與全氧含量呈對應關系，如表1所示。

表1 鋼中夾雜物與全氧含量的關系

2）夾雜物高倍分析。經檢測，全氧含量較高的試樣內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低有關。此外，還檢測出高鋁類夾雜、高鈣類夾雜、氮化鈦類夾雜，具體檢驗情況見圖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 工藝流程和工藝優化措施

工藝流程為：采用80%高爐鐵水熱裝→80 t 頂底復吹轉爐→70 tLF 爐外精煉→VD 真空脫氣→R12 m五機五流連鑄機連鑄產180 mm×220 mm連鑄坯→冷送→三段連續式推鋼加熱爐加熱→高壓水除鱗→Φ650 mm 三輥可逆開坯機→Φ550 mm×4/Φ450 mm×2機列連軋→熱鋸鋸切→冷床收集→入坑緩冷→出表面檢查→內部超探→包裝→計量、標識、入庫。

工藝優化措施。根據現場工藝調研、夾渣物檢測結果及大量的數據統計分析，對原軸承鋼的冶煉操作工藝規程進行了調整，主要調整如下：1）為了降低鋼水的氧化性，嚴格控制轉爐出鋼下渣，如無把握控制擋渣效果，主張留鋼操作；2）改變鋁脫氧制度，轉爐爐后加鋁脫氧，進LF 前補加鋁錢，在LF爐開始精煉后及VD 不得對鋁進行調整，給予夾渣物充分上浮時間；3）精煉渣堿度控制在5～6.5，同時強化精煉渣渣面脫氧，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結束后軟吹時間要求≥30 min；7）連鑄大包開澆前，中包充氬排空時間調整為＞5 min。

4 工藝優化措施的實施及效果分析

4.1 過程各工位全氧和氮含量變化情況

從LF 進站到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，產生的一部分氧氮進入鋼中；二是鋼包底吹氬過大使鋼水裸露，與空氣直接接觸從而增氣。經過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。經過大于30 min的軟吹處理，后續平均氧含量整體下降。但根據氮含量的后續變化趨勢，說明依然存在過程二次氧化現象。進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，這說明在連鑄過程中，保護澆鑄仍然不夠到位，鋼水與空氣接觸較多，使鋼中氮含量大幅升高。過程全氧和氮含量變化規律見圖5和圖6。

4.2 鋼中鈦含量的控制

轉爐出鋼后到LF 爐進站，由于加入含有鈦元素的大量鉻鐵，鋼中鈦含量急劇上升。LF 爐進站到VD出站，鋼中鈦含量略有波動，這可能與合金微調及化驗精度有關，但大體呈平衡趨勢，具體趨勢見圖7。合金中鈦含量的控制，是軸承鋼鈦元素含量控制的關鍵。

圖5 過程全氧變化規律

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律

在LF精煉過程中，由于電弧加熱、渣鋼反應及強底攪鋼水劇烈翻騰，鋼中平均酸溶鋁含量由0.049 7%降為0.035 6%。在VD 真空精煉過程中，在真空環境下鋁氧平衡的變小，鋼中鋁進一步與溶解氧反應，一部分的鋁會與精煉渣及耐火材料發生反應，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，這是由于長水口及中包密封不夠，一部分鋼水與空氣接觸。還有一個原因是鋼中的鋁與低堿度的中包覆蓋劑發生了反應。鋼中酸溶鋁的變化規律見圖8。

圖8 鋼中酸溶鋁的變化規律

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，精煉渣變化規律見圖9。

圖9 精煉渣平均堿度變化情況

4.5 中間包渣變化情況

相對于第1爐，第2爐隨著澆鑄時間的延長，中間包渣中FeO 的含量升高，說明渣中的氧化性增加。渣中SiO2含量降低，表明渣中的SiO2與鋼中的酸溶鋁發生了反應。從澆鑄的第2 爐到第6 爐，渣的成分變化不大，說明渣中SiO2與鋼反應主要發生在澆鑄的第1 爐，如果采用中高堿度精煉渣，可以進一步降低軸承鋼氧含量。中間包渣變化規律如表2所示。

表2 中間包渣變化規律

4.6 氧含量及高倍夾雜物評級效果

經過工藝試驗后，對9爐軋材進行取樣檢驗氧含量，其中8爐成品氧含量均在8×10-6以下，只有1爐因過程控制脫氧不良導致氧含量達到11×10-6，總體平均氧含量7.41×10-6，較改進前得到明顯降低。

鋼材低倍檢驗四類夾雜物評級均沒有超0.5級的情況，較改進前低倍級別降低明顯，說明較工藝優化前檢驗發現的硅酸鹽類、高鋁類、高鈣類等氧化物均得到了控制。但由于過程氮含量的成品含量偏高，氮化鈦夾雜沒有得到有效改善，從進一步的高倍檢驗視場分析情況也說明了這點。

5 結 語

通過改進工藝的實施，使軸承鋼平均氧含量由原來的成品9.16×10-6降低到7.41×10-6，夾雜物級別也得到明顯降低，證明所采取的措施有效。在改進后的試驗工藝的基礎上，還應從以下方面做進一步的優化：強調轉爐高拉碳操作，主張轉爐拉碳控制在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，應使用低鈦鉻鐵；連鑄加強保護澆注或使用整體侵入式水口，會達到更好的效果。