转炉连铸工艺生产低氧高碳铬轴承钢的方法.pdf

本发明所要解决的技术问题是提供一种转炉冶炼、连铸机进行钢水浇铸的高碳铬轴承钢的生产方法，该方法包括以下步骤：1)转炉出钢到钢包的过程中每吨钢加入6.0～7.5kg的渣料，出完钢后采用0.4～0.6MPa的压力进行吹氩；2)在钢包炉内精炼：每吨钢再次加入3.5～4.5kg的渣料，控制渣中(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3)为1.0～2.0；3)对钢液进行真空处理：钢液中的[Als]控制在0.015％以上；4)在连铸机上的浇铸。采用本发明方法生产高碳铬轴承钢的T[O]达到9×10－6以下。

1、  转炉连铸工艺生产低氧高碳铬轴承钢的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)在转炉内冶炼钢水：转炉出钢到钢包的过程中每吨钢加入6.0～7.5kg的渣料，出完钢后采用0.4～0.6MPa的压力进行吹氩；2)在钢包炉内精炼：在钢包炉精炼中，每吨钢再次加入3.5～4.5kg的渣料，控制渣中(CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃)为1.0～2.0；3)对钢液进行真空处理：真空处理期间，钢液中的[Al_S]控制在0.015％以上；4)在连铸机上的浇铸。

2、  如权利要求1所述的转炉连铸工艺生产低氧高碳铬轴承钢的方法，其特征在于，步骤1所述的转炉冶炼时，转炉内加入C含量大于3.0％的铁水进行吹炼。

3、  如权利要求1所述的转炉连铸工艺生产低氧高碳铬轴承钢的方法，其特征在于，步骤1所述的转炉冶炼时，每吨钢加入50～70kg石灰。

4、  如权利要求1所述的转炉连铸工艺生产低氧高碳铬轴承钢的方法，其特征在于，步骤1所述的转炉冶炼时，在吹炼最后1～2分钟内加入MgO含量≥25％的固体渣料，使转炉渣中MgO的含量为10％～12％。

5、  如权利要求4所述的转炉连铸工艺生产低氧高碳铬轴承钢的方法，其特征在于，所述固体渣料是MgO含量为27％～38％的高镁石或白云石。

6、  如权利要求1所述的转炉连铸工艺生产低氧高碳铬轴承钢的方法，其特征在于，步骤1所述的转炉冶炼时，控制渣中CaF₂为3.0％～5.5％。

7、  如权利要求1所述的转炉连铸工艺生产低氧高碳铬轴承钢的方法，其特征在于，步骤1所述的吹氩后，用金属Al对钢液进行脱氧，控制α_[O]≤15×10^-6、[Al_S]为0.020％～0.060％。

8、  如权利要求1所述的转炉连铸工艺生产低氧高碳铬轴承钢的方法，其特征在于，步骤2所述的渣料加完后，用电极对钢水进行加热，当温度加热到1545～1570℃时停止加热。

9、  如权利要求8所述的转炉连铸工艺生产低氧高碳铬轴承钢的方法，其特征在于，在所述加热期间进行吹氩，氩气流量控制为18～30m³/h。

10、  如权利要求1所述的转炉连铸工艺生产低氧高碳铬轴承钢的方法，其特征在于，步骤3所述的真空处理时，真空度控制在300Pa以下，真空处理时间控制在12min以上。

转炉连铸工艺生产低氧高碳铬轴承钢的方法
技术领域
本发明涉及生产轴承钢的方法，特别是涉及一种采用转炉和连铸机生产高碳铬轴承钢的方法。
背景技术
高碳铬轴承钢是最经典和使用量最大的轴承钢，研究表明高碳铬轴承钢的T[O](氧含量)是轴承疲劳寿命的最关键指标，T[O]越低疲劳寿命越高，因此，提高高碳铬轴承钢的质量主要体现在如何降低高碳铬轴承钢的T[O]上。
高碳铬轴承钢基本上采用电炉冶炼，电炉相对于转炉冶炼高碳铬轴承钢，电炉的冶炼周期长，在后部钢水精炼的时间也长，容易得到低T[O]的高碳铬轴承钢。转炉的冶炼周期仅为电炉的1/2到1/4，后部钢水精炼时间很短，很难得到低T[O]的高碳铬轴承钢，所以采用转炉冶炼高碳铬轴承钢的厂家很少。为了生产低T[O]的高碳铬轴承钢，一般采用的流程则是电炉冶炼→精炼炉精炼→真空炉处理→模铸。ZL0132236.5公开了一种采用“直流电炉初炼→钢包炉底部吹氩精炼→真空炉脱气→模铸”生产工艺，可以生产出T[O]不大于7×10^-6的高碳铬轴承钢。CN200410025102.5公开了一种高碳铬轴承钢的生产方法，弥补了ZL0132236.5的不足，提高了低T[O]高碳铬轴承钢的炼成率。但上述技术均采用了电炉和模铸，而电炉冶炼钢，效率低，同时需消耗大量电能；模铸则是一劳动强度大，作业率很低的生产方法，已是淘汰技术。
《特殊钢》杂志(2004年1月，第25卷1期，P41～42)报道了本溪特殊钢有限责任公司采用120t转炉→150tLF精炼炉→模铸3.16t工艺生产高碳铬轴承钢，该研究得出，控制转炉终点[C]≥0.40％，控制[P]≤0.10％，LF炉采用低碱度的CaO-Si₂O₃渣系精炼，采用弱吹氩搅拌，高碳铬轴承钢中T[O]为10×10^-6和9×10^-6。《钢铁》杂志(2000年12月，第35卷12期，P19～22)报道了日本和歌山厂采用转炉→RH→CC工艺生产高碳铬轴承钢，钢中T[O]为6×10^-6，德国蒂森采用140t转炉→RH→喂线→CC工艺生产高碳铬轴承钢，钢中T[O]为12×10^-6。
《特殊钢》杂志虽报道了转炉生产高碳铬轴承钢的情况，并介绍了部分生产技术和工艺，但高碳铬轴承钢的T[0]为10×10^-6和9×10^-6，处在较高的范围内，且未采用高效率、低成本的连铸浇钢工艺浇铸高碳铬轴承钢。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种转炉冶炼、连铸机进行钢水浇铸的高碳铬轴承钢的生产方法，并且得到的高碳铬轴承钢的T[O]达到9×10^-6以下。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：转炉连铸工艺生产低氧高碳铬轴承钢的方法，该方法包括以下步骤：1)在转炉内冶炼钢水：转炉出钢到钢包的过程中每吨钢加入6.0～7.5kg的渣料，出完钢后采用0.4～0.6MPa的压力进行吹氩；2)在钢包炉内精炼：在钢包炉精炼中，每吨钢再次加入3.5～4.5kg的渣料，控制渣中(CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃)为1.0～2.0；3)对钢液进行真空处理：真空处理期间，钢液中的[Al_s]控制在0.015％以上；4)在连铸机上的浇铸。
进一步的，步骤1所述的转炉冶炼时，转炉内加入C含量大于3.0％的铁水进行吹炼。
进一步的，步骤1所述的转炉冶炼时，每吨钢加入50～70kg石灰。
进一步的，步骤1所述的转炉冶炼时，在吹炼最后1～2分钟内加入MgO含量≥25％的固体渣料，使转炉渣中MgO的含量为10％～12％。
更进一步的，所述固体渣料是MgO含量为27％～38％的高镁石或白云石。
进一步的，步骤1所述的转炉冶炼时，控制渣中CaF₂为3.0％～5.5％。
进一步的，步骤1所述的吹氩后，用金属Al对钢液进行脱氧，控制α_[O]≤15×10^-6、[Al_s]为0.020％～0.060％。
进一步的，步骤2所述的渣料加完后，用电极对钢水进行加热，当温度加热到1545～1570℃时停止加热。
更进一步的，在所述加热期间进行吹氩，氩气流量控制为18～30m³/h。
进一步的，步骤3所述的真空处理时，真空度控制在300Pa以下，真空处理时间控制在12min以上。
本发明的有益效果是：
①效率高
采用本发明方法生产一炉高碳铬轴承钢的时间为25～45min，仅是电炉炼钢生产一炉高碳铬轴承钢时间的1/2到1/4。
②能耗低
转炉在冶炼钢时，吹入的氧气氧化铁水中的C、Si和Mn等元素，会放出大量的热量，达到提高钢水温度的目的，所以钢水在转炉内冶炼时不需要外来热源。
③便于转炉钢厂的自动化控制
只需转炉控制终点[C]≥0.03％，便于转炉钢厂的生产组织和全自动化控制。
④工作人员劳动强度低
采用连续铸钢的方式，大幅度的减少了工作人员的劳动强度。
具体实施方式
本发明的生产方法为4步生产法，其工艺流程为：转炉冶炼→钢包精炼→真空处理→连铸。
第一步：转炉冶炼
转炉冶炼时，转炉内加入C含量大于3.0％的铁水进行吹炼；在吹炼中按每吨钢加入50～70kg石灰的数量加到转炉中，在转炉吹炼最后的1～2分内必须加入含MgO含量较高的固体渣料，以提高转炉渣中MgO的含量到10％～12％，其目的是：提高碱度；使转炉渣中存在部分固相物，使转炉渣不容易随转炉出钢而流到钢包中。转炉冶炼终点[C]控制在0.03％以上出钢；转炉出钢过程中，按高碳铬轴承钢的要求进行C、Si、Mn和Cr元素的合金化，并随出钢过程每吨钢加入6.0～7.5kg的渣料，控制渣中(CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃)为1.0～2.0，CaF₂为3.0％～5.5％。出完钢后对钢包进行大流量吹氩(氩气压力为0.4～0.6MPa，氩气流量为18～30m³/h)，吹氩时间为12～14min。在该吹氩期间，由于流量和压力大的原因，钢液会暴露在空气中。大流量吹氩后，用喂铝线的方法对钢液进行脱氧，控制α_[O]≤15×10^-6、[Al_s]在0.020％～0.060％的范围内，在喂铝线期间可不吹氩或用小流量吹氩(氩气压力为0.2～0.4MPa，氩气流量为8～14m³/h)，小流量吹氩以钢液微波动即可的吹氩强度进行，此阶段的吹氩应避免钢液暴露在空气中。
第二步：钢包精炼
在钢包炉精炼中，每吨钢再次加入3.5～4.5kg的渣料，控制渣中(CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃)为1.0～2.0，CaF₂为3.5％～6.0％。如果钢包炉表面的炉渣(或叫钢渣)已呈固体状态，则必须用电极对钢包炉加热5min后，方可加入上述渣料。钢包炉渣料加完后，用电极对钢水进行加热，当温度加热到1545～1570℃时停止加热，将钢包移到真空处理装置，进行下步工作。在钢包炉加热期间必须进行吹氩，氩气流量控制为18～30m³/h。
第三步：真空处理
钢包到达真空处理装置后，立即测定[Al_s]，因为在真空处理期间，钢液中有25％～40％的[Al_s]会被烧损，所以如钢液中的[Al_s]＜0.02％，必须在真空处理前或真空处理的初始阶段将钢液中的[Al_s]调整到0.02％～0.04％的范围内，以保证钢液中的[Al_s]在真空处理期间均在0.015％以上。真空处理时真空度控制在300Pa以下，真空处理时间必须控制在12min以上。
第四步：连铸
连铸机拉坯速度控制在0.40～0.75m/min，连铸机二冷段比水量为0.25～0.28L/kg，结晶器电磁搅拌电流控制为300～600A。
下面结合实施例对本发明作进一步说明：
实施例1：
转炉冶炼钢水：
转炉内加入C含量为3.98％的铁水130.5t、石灰8.5t(每吨钢约65kg)后，进行吹炼。吹炼15min后加入MgO含量33.5％的高镁石1.0t，控制转炉渣中MgO为10.2％，加高镁石后再吹炼1min出钢，出钢C为0.12％；出钢过程中加沥青焦、Fe-Si、Fe-Si-Mn、Fe-Cr进行轴承钢的C、Si、Mn、Cr的合金化，各合金的加入量以控制C、Si、Mn、Cr在高碳铬轴承钢标准要求的范围内为准；出钢过程同时加入渣料820kg(每吨钢约6.3kg)，控制(CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃)为1.85；钢包采用底部大流量吹氩，吹氩压力控制为0.4MPa，氩气流量20m³/h，吹氩时间13min；大流量吹氩停止后，用喂线机喂Al线300m(每米0.2kg，合计60kg)，此时钢液中的α_[O]为1.8×10^-6、[Al_s]为0.024％。
LF钢包精炼炉精炼钢水：
装有钢水的钢包运到LF炉电加热工序后，再次向钢包中加入渣料480kg(每吨钢约3.7kg)，加完渣料后LF开始加热，加热10min后，温度达到1555℃时停止加热，取渣样分析(CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃)为1.80；LF炉电加热期间，吹氩流量控制为20m³/h。
真空炉处理钢水：
钢包到达真空处理装置后，测定[Al_s]为0.012％，真空处理后2min加Al丸15kg，控制[Al_s]为0.021％；真空处理时真空度为100Pa，真空处理时间为14min。
连铸钢水：
真空处理后的钢水在6机6流方坯连铸机上浇铸，铸坯横断面为280mm×380mm，测定铸机中包温度为1485℃，铸机拉数为0.50m/min，二冷比水量0.27L/kg，结晶器电磁搅拌电流为300A。
最后，按GB11261-89《高碳铬轴承钢化学分析法-脉冲加热惰性气熔融红外线吸收法测定氧量》标准的要求，测定该炉高碳铬轴承钢的T[O]为6.8×10^-6。
实施例2：
转炉冶炼钢水：
转炉内加入C含量为3.92％的铁水134.5t、石灰7.8t(每吨钢约58kg)后，进行吹炼。吹炼15min后加含MgO34.0％的高镁石1.2t，控制转炉渣中MgO为11.0％，加高镁石后再吹炼1min出钢，出钢C为0.05％；出钢过程中加沥青焦、Fe-Si、Fe-Si-Mn、Fe-Cr进行轴承钢中C、Si、Mn、Cr的合金化，各合金的加入量以控制C、Si、Mn、Cr在高碳铬轴承钢标准要求的范围内为准；出钢过程同时加入渣料920kg(每吨钢约6.8kg)，控制(CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃)为1.55。钢包采用底部大流量吹氩，吹氩压力控制为0.4MPa，氩气流量20m³/h，吹氩总时间12min；大流量吹氩12min后改吹氩流量10m³/h继续小流量吹氩，同时用喂线机喂Al线400m(每米0.2kg，合计80kg)，Al线喂完后立即停止吹氩，此时钢液中的α_[O]为5.6×10^-6、[Als]为0.036％。
LF钢包精炼炉精炼钢水：
装有钢水的钢包运到LF电加热工序后，再次向钢包中加入渣料520kg(每吨钢约3.86kg)，加完渣料后LF开始加热，加热14min后，温度达到1560℃时停止加热，取渣样分析(CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃)为1.51，LF炉电加热期间，吹氩流量控制为20m³/h。
真空炉处理钢水：
钢包到达真空处理装置后，测定[Al_s]为0.014％，真空处理后2min加Al丸10kg，控制[Al_s]为0.024％；真空处理时真空度为100Pa，真空处理时间为13min。
连铸钢水：
真空处理后的钢水在6机6流方坯连铸机上浇铸，铸坯横断面为280mm×380mm，测定铸机中包温度为1475℃，铸机拉数为0.60m/min，二冷比水量0.27L/kg，结晶器电磁搅拌电流为400A。
最后，按GB11261-89《高碳铬轴承钢化学分析法-脉冲加热惰性气熔融红外线吸收法测定氧量》标准的要求，测定该炉高碳铬轴承钢的T[O]为6.5×10^-6。
实施例3：
转炉冶炼钢水：
转炉内加入C含量为3.88％的铁水135.6t、石灰7.5t(每吨钢约55kg)后，进行吹炼。吹炼16min后加含MgO33.8％的高镁石1.3t，控制转炉渣中MgO为11.6％，加高镁石后再吹炼1min出钢，出钢C为0.06％；出钢过程中加沥青焦、Fe-Si、Fe-Si-Mn、Fe-Cr进行轴承钢中C、Si、Mn、Cr的合金化，各合金的加入量以控制C、Si、Mn、Cr在高碳铬轴承钢标准要求的范围内为准；出钢过程同时加入渣料960kg(每吨钢约7.1kg)，控制(CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃)为1.30。钢包采用底部大流量吹氩，吹氩压力控制为0.4MPa，氩气流量20m³/h，吹氩总时间12min；大流量吹氩12min后改吹氩流量10m³/h继续小流量吹氩，同时用喂线机喂Al线500m(每米0.2kg，合计100kg)，Al线喂完后立即停止吹氩，此时钢液中的α_[O]为5.8×10^-6、[Als]为0.056％。
LF钢包精炼炉精炼钢水：
装有钢水的钢包运到LF电加热工序后，再次向钢包中加入渣料600kg(每吨钢约4.4kg)，加完渣料后LF开始加热，加热13min后，温度达到1565℃时停止加热，取渣样分析(CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃)为1.35，LF炉电加热期间，吹氩流量控制为20m³/h。
真空炉处理钢水：
钢包到达真空处理装置后，测定[Al_s]为0.022％，真空处理时真空度控制为200Pa，真空处理时间13min。
连铸钢水：
真空处理后的钢水在6机6流方坯连铸机上浇铸，铸坯横断面为280mm×380mm，测定铸机中包温度为1470℃，铸机拉数为0.70m/min，二冷比水量0.27L/kg，结晶器电磁搅拌电流为600A。
最后，按GB11261-89《高碳铬轴承钢化学分析法-脉冲加热惰性气熔融红外线吸收法测定氧量》标准的要求，测定该炉高碳铬轴承钢的T[O]为8.2×10^-6。