1.轴承钢生产工艺流程
100 t电炉熔炼(100%废钢)→obt出钢倒入钢包(同时预脱氧)→在扒渣工位最大限度扒渣→钢包到加热工位→添加合成渣→加热和感应搅拌,加入脱氧剂和合金→钢包到真空工位脱气→加铝和合金→浇铸成钢锭。
2.冶金进展
1996年,skf公司致力于钢包精炼过程中钢液中的夹杂物特性的变化机理研究,并在此基础上,研制成功了夹杂物特性的在线测定方法—光学发射技术。
2.1 取样方法和钢中氧含量水平
在钢包精炼过程中,对钢中夹杂的生成情况进行了测试。
每炉钢取4个样,自抵达钢包炉时即出钢后15 min取一个样,在钢液脱氧后3 min时取一个样,真空脱气前后各取一个样。23炉钢各个阶段的氧含量如表2所示。
表2 钢包精炼过程中的氧含量变化
取样时间
出钢后
15 min
脱氧后
3 min
真空
脱气前
真空
脱气后
成品
钢中平均氧
含量/×10-6
20.4
19.2
16.4
10.5
5.0
1996年,平均氧含量已达到5×10-6,相对应的标准偏差为0.64×10-6。
2.2 钢中夹杂物数量和组分的变化
真空处理前,钢中夹杂物数量多,成品钢中氧含量也高。随着钢包精炼的进行,钢中夹杂物数量与钢中氧含量同步下降。钢中大于5μm的夹杂物在真空处理后大部分被去除。钢中夹杂物数量比真空前少1/3。
skf发现,钢包精炼过程中,钢中夹杂物的组分会因脱氧剂的不同而发生变化(表3)。
表3 钢包精炼过程中钢中夹杂物的组分变化
取样
时间
al2o3
al2o3.sio2.mno
al2o3.cao
al2o3.mgo
尺寸/μm
来源
尺寸/μm
来源
尺寸/μm
来源
尺寸/μm
来源
出钢后
15min
3~40
脱氧
产物
6~40
脱氧产物
真空
脱气前
3~22
加铝
6~40
脱氧产物
和铁合金
6~40
铁合金中钙
与氧化铝作
用的产物
真空
脱气后
3~22
加铝
6~22
铁合金中钙
与氧化铝作
用的产物
<11
耐火材料
skf认为,出钢后15 min夹杂主要由al2o3和al2o3。sio2。mno组成,来自出钢预脱氧产物。真空脱气前则多了al2o3。cao夹杂,这是al2o3和铁合金中的钙的反应产物。真空脱气后夹杂中的al2o3。cao往往包着一层mgs,mg来自于真空下的耐火材料,并与al2o3生成al2o3。mgo。
2.3工艺参数对钢中夹杂物含量的影响
(1) 电炉出钢温度对钢中夹杂物含量的影响
电炉出钢前,与钢中碳和炉渣形成平衡的钢中氧含量随着钢液温度的上升而增加。需要加入更多的脱氧剂才能使钢液达到平衡。这必然导致预脱氧夹杂增加。数据表明,当钢液温度从1 550 ℃上升到1 660 ℃时,出钢后15 min每平方毫米夹杂数相应地由0.1增加到0.32。
(2) 搅拌时间对钢中夹杂物含量的影响
真空脱气前,较长的钢液搅拌时间(26~36 min)与较短的钢液搅拌时间(15~23 min)相比,更有利于真空脱气前的夹杂物的减少。这一点特别对大于22 μm的夹杂物有效。显然,较长的钢液搅拌时间有利于夹杂物通过碰撞长大,并上浮到炉渣中去。
(3) 铝脱氧工艺对钢中夹杂物含量的影响
在真空脱气前,与25 kg的加铝量相比,35 kg的加铝量使钢中产生的夹杂物数量较多。这是因为,预脱氧没有充分地降低溶解氧含量,必然导致大量铝的添加,生成较多的夹杂物。
2.4夹杂物在线测定方法——光学发射技术的应用
光学发射技术使试样中所有夹杂发光辐射,可以得到钢中夹杂尺寸分布以及总氧含量的真空三维分析,从而实现在线快速测定夹杂特性的目的。
光学发射技术的应用使得真空脱气去除夹杂效果得到充分显示,从而实现在钢包精炼过程中的钢中夹杂特性的最优化控制。
