CN107312906B - 一种低成本超纯低钛轴承钢的冶炼工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低成本超纯低钛轴承钢的冶炼工艺，其包括如下步骤：电炉进行初炼钢液的低钛化冶炼、钢包精炼炉进行精炼钢液的低氧低钛化冶炼、两次真空VD炉对钢液进行最终脱气处理、利用全程氩气保护模铸浇注钢锭；本发明生产的高碳铬轴承钢保证同样的产品质量及数据的前提下,采用电炉+精炼+两次VD真空抽气，生产成本低、钢材硬度为190HBW左右，抗拉强度为640MPa左右、设备及工艺路线简单操作，一般的特钢企业均可适用冶炼、采用氩气全程保护浇注，浇注更加纯净。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁冶炼工艺，更具体的讲是一种低成本超纯低钛轴承钢的冶炼工艺。
背景技术
现阶段国内高端轴承钢大多依赖进口及真空感应+真空自耗冶炼，尤其是对于轴承钢的成本而言，生产成本是相当的高,采用这种工艺的成本大约10000元/t左右。高碳铬轴承钢的纯洁度因与轴承寿命密切相关，影响轴承寿命的主要冶金因素除了氧化物夹杂物、硫化物夹杂物之外,还有氮化钛夹杂物。若钢中氧含量和氮含量越低,则钢的纯洁度越好, 轴承寿命越高。为解决国内市场采用大量进口的高端轴承钢及生产成本较高的问题，我公司经过技术研发部门的不懈努力，终于研发成功生产出低成本超纯低钛的轴承钢。
发明内容
本发明的发明目的在于针对现有技术中的不足之处，提供一种低成本超纯低钛轴承钢的冶炼工艺。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种低成本超纯低钛轴承钢的冶炼工艺,其工艺流程:
(1)电炉进行初炼钢液的低钛化冶炼控制
选用高炉自产的铁水，要求入炉的铁水应符合以下标准：
C 3.5～4.5%、Si 0.2～0.5%、Mn 0.4～0.8%、P≤0.120%、S≤0.080%铁水温度1250～1400℃；采用60～70%的铁水比例，有效的防止Cr、Ni、Cu及其他有害元素，保证钢水中的Pb≤0.010%,Sn≤0.010%,As≤0.010%,Sb≤0.010%,Bi≤0.010%；利用电炉高配碳量操作，充分利用吹氧脱碳时C-O反应的激剧程度来保证钢液的脱碳时去气去夹杂物能力；由于C-O反应的激剧加大，保证了泡沫渣层的厚度，减少了钢液从大气中吸氮，有利于钢水的纯净化。利用大渣量流渣的操作，合理控制渣的碱度在1.8～2.3之间，利用C-O反应的剧烈程度，将钢中的气体、夹杂物及有害物质反应后随着渣排出，在高配碳量的前期下，分批次加入石灰，分4次，每次加900kg，第一次装料前，炉底铺石灰900kg，通电12分钟后加入第二批，炉料熔清后加入第三批，脱碳过程中加入第四批，当气体、夹杂物及有害物质充分反应后排除渣，这样经过三次以上的换渣流渣操作，充分做到了尽可能将钢中的气体、夹杂去除到残余最少，更有利于钢水的纯净化及气体量的控制；利用偏心炉底出钢及炉后合金化操作，充分控制钢液的出钢下渣控制炉内渣子随出钢过程进入钢包内，导致钢水不纯净，保证装入量大于出钢量的90%以上，保证钢水的纯洁。在出钢过程中加入脱氧剂及低钛合金与其他合金，提前去除钢中的气体，并且实现了低钛合金化。
普通钢电炉配碳量一般＞0.80%，本工艺中配碳量＞2.6%、炉门氧枪流量＞3000m³/h）
(2)进入钢包精炼炉进行精炼钢液的低氧低钛化冶炼：
通过采用石灰2-3kg/t、精炼预熔渣3-4kg/t、萤石0.1-1 kg/t、碳化硅0.2-1.0kg/t、铝粒0.2-0.6 kg/t、硅铁粉0.2-0.6 kg/t，合理控制精炼渣的碱度在3～6之间，利用精炼炉换渣操作冶炼，将电炉出钢后所生成的渣倒出后重新造新渣冶炼，去除渣中的有害物质，从而更能保证了钢水的纯净化，进一步对钢水进行去气、去夹杂以及低钛合金化，精炼白渣时间大于30min，从而保证钢中的氧含量≤10ppm；硫含量≤10ppm；钛含量≤20ppm。
(3)两次真空VD炉对钢液进行最终脱气处理:
温度为1590℃、 VD真空度小于67Pa、维持真空时间20～30min、采用底吹氩气强度0.1～0.2MPa；破空后经升温到1580℃后，再进行一次VD真空处理（第二次处理的工艺参数与第一次一致），经过两次VD真空处理，进一步充分将钢中的氧、氮、氢气（氧含量≤10ppm；氢含量≤1.0ppm；氮含量≤35ppm）气体降至更低，软吹时间≥20min，充分保证了夹杂物的上浮，使钢水得到纯净化，出钢前添加烘烤后的碳化稻壳覆盖钢液。
(4)按照钢锭模拟浇注的合理速度将钢液浇进清洁的钢锭模内
钢水在浇注过程中全程采用氩气保护浇注，防止钢水再与空气的接触，发生二次氧化及吸气，充分保证了钢水的纯净度与超低气体含量。遵循钢锭模拟浇注的合理速度进行浇注，保证钢水在浇注过程的吸气及钢锭的内部质量。
上述浇注工艺中浇注温度1500～1505℃、速度为2.0-2.2t/min。
本发明专利的有益效果是：
1、本发明生产的高碳铬轴承钢保证同样的产品质量及数据的前提下,采用电炉+精炼+两次VD真空抽气，生产成本只为7000元/吨，生产成本低。
2、钢材硬度为190HBW左右，抗拉强度为640MPa左右。
3、设备及工艺路线简单操作，一般的特钢企业均可适用冶炼。
4、采用氩气全程保护浇注，浇注更加纯净。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，以便本领域技术人员可以更好的了解本发明，但并不因此限制本发明。
实施例1
一种低成本超纯低钛轴承钢的冶炼工艺，其特征包括如下步骤：
（1）电炉进行初炼钢液的低钛化冶炼：出炼炉铁水的标准为：C 3.5～4.5%、Si 0.2～0.5%、Mn 0.4～0.8%、P≤0.120%、S≤0.080%，铁水温度1300℃，其中铁水的比例为65%；有效的防止Cr、Ni、Cu及其他有害元素，保证钢水中的Pb≤0.010%,Sn≤0.010%,As≤0.010%,Sb≤0.010%,Bi≤0.010%；利用电炉高配碳量大氧量操作，高配碳量大氧量配碳量＞3.0%；大炉门氧枪流量3000m³/h，利用大渣量流渣的操作，合理控制渣的碱度在2.0，利用C-O反应的剧烈程度，将钢中的气体、夹杂物及有害物质反应后随着渣排出；在上述高配碳量下，分4次加入石灰，每次加900kg，第一次装料前，炉底铺石灰900kg，通电12分钟后加入第二批，炉料熔清后加入第三批，脱碳过程中加入第四批，当气体、夹杂物及有害物质充分反应后排除渣，这样经过三次以上的换渣流渣操作，充分做到了尽可能将钢中的气体、夹杂去除到残余最少，更有利于钢水的纯净化及气体量的控制；利用偏心炉底出钢及炉后合金化操作，充分控制钢液的出钢下渣，保证装入量为出钢量的93%，保证钢水的纯洁；在出钢过程中加入脱氧剂及低钛合金与硅锰合金，提前去除钢中的气体，并且实现了低钛合金化，处理后气体含量氧为150ppm、钛合金的含量为6ppm。
（2）钢包精炼炉进行精炼钢液的低氧低钛化冶炼
加入石灰2.5kg/t、精炼预熔渣3.5kg/t、萤石0.2 kg/t、碳化硅0.3 kg/t、铝粒0.2kg/t、硅铁粉0.2 kg/t，控制精炼渣的碱度在4，利用精炼炉换渣操作冶炼，将电炉出钢后所生成的渣倒出后重新造新渣冶炼，去除渣中的有害物质，从而更能保证了钢水的纯净化，进一步对钢水进行去气、去夹杂以及低钛合金化，精炼白渣时间大于30min，从而保证钢中的氧含量≤10ppm；硫含量≤10ppm；钛含量≤20ppm。
（3）两次真空VD炉对钢液进行最终脱气处理
温度为1590℃、VD真空度小于67Pa、维持真空时间25min、采用底吹氩气强度0.15MPa；破空后经升温到1580℃后，再进行一次上述VD真空处理，经过两次VD真空处理，进使钢中的氧含量≤10ppm；氢含量≤1.0ppm；氮含量≤35ppm；软吹时间≥20min，充分保证了夹杂物的上浮，使钢水得到纯净化，出钢前添加烘烤后的碳化稻壳覆盖钢液。
（4）利用全程氩气保护模铸浇注钢锭。
钢水在浇注过程中全程采用氩气保护浇注，防止钢水再与空气的接触，发生二次氧化及吸气，充分保证了钢水的纯净度与超低气体含量；遵循钢锭模拟浇注的合理速度进行浇注，保证钢水在浇注过程的吸气及钢锭的内部质量，所述浇注温度1500～1505℃、速度为2.0t/min。
实施例2
一种低成本超纯低钛轴承钢的冶炼工艺，其特征包括如下步骤：
（1）电炉进行初炼钢液的低钛化冶炼：出炼炉铁水的标准为：C 3.5～4.5%、Si 0.2～0.5%、Mn 0.4～0.8%、P≤0.120%、S≤0.080%，铁水温度1300℃，其中铁水的比例为65%；有效的防止Cr、Ni、Cu及其他有害元素，保证钢水中的Pb≤0.010%,Sn≤0.010%,As≤0.010%,Sb≤0.010%,Bi≤0.010%；利用电炉高配碳量大氧量操作，高配碳量大氧量配碳量＞3.0%；大炉门氧枪流量3000m³/h，利用大渣量流渣的操作，合理控制渣的碱度在2.0，利用C-O反应的剧烈程度，将钢中的气体、夹杂物及有害物质反应后随着渣排出；在上述高配碳量下，分4次加入石灰，每次加900kg，第一次装料前，炉底铺石灰900kg，通电12分钟后加入第二批，炉料熔清后加入第三批，脱碳过程中加入第四批，当气体、夹杂物及有害物质充分反应后排除渣，这样经过三次以上的换渣流渣操作，充分做到了尽可能将钢中的气体、夹杂去除到残余最少，更有利于钢水的纯净化及气体量的控制；利用偏心炉底出钢及炉后合金化操作，充分控制钢液的出钢下渣，保证装入量为出钢量的93%，保证钢水的纯洁；在出钢过程中加入脱氧剂及低钛合金与硅锰合金，提前去除钢中的气体，并且实现了低钛合金化，处理后气体含量氧为150ppm、钛合金的含量为6ppm。
（2）钢包精炼炉进行精炼钢液的低氧低钛化冶炼
加入石灰2.5kg/t、精炼预熔渣3.5kg/t、萤石0.6kg/t、碳化硅0.5 kg/t、铝粒0.5kg/t、硅铁粉0.5 kg/t，控制精炼渣的碱度为5，利用精炼炉换渣操作冶炼，将电炉出钢后所生成的渣倒出后重新造新渣冶炼，去除渣中的有害物质，从而更能保证了钢水的纯净化，进一步对钢水进行去气、去夹杂以及低钛合金化，精炼白渣时间大于30min，从而保证钢中的氧含量≤10ppm；硫含量≤10ppm；钛含量≤20ppm。
（3）两次真空VD炉对钢液进行最终脱气处理
温度为1590℃、VD真空度小于67Pa、维持真空时间25min、采用底吹氩气强度0.15MPa；破空后经升温到1580℃后，再进行一次上述VD真空处理，经过两次VD真空处理，进使钢中的氧含量≤10ppm；氢含量≤1.0ppm；氮含量≤35ppm；软吹时间≥20min，充分保证了夹杂物的上浮，使钢水得到纯净化，出钢前添加烘烤后的碳化稻壳覆盖钢液。
（4）利用全程氩气保护模铸浇注钢锭。
钢水在浇注过程中全程采用氩气保护浇注，防止钢水再与空气的接触，发生二次氧化及吸气，充分保证了钢水的纯净度与超低气体含量；遵循钢锭模拟浇注的合理速度进行浇注，保证钢水在浇注过程的吸气及钢锭的内部质量，所述浇注温度1500～1505℃、速度为2.0t/min。
实施例3
一种低成本超纯低钛轴承钢的冶炼工艺，其特征包括如下步骤：
（1）电炉进行初炼钢液的低钛化冶炼：出炼炉铁水的标准为：C 3.5～4.5%、Si 0.2～0.5%、Mn 0.4～0.8%、P≤0.120%、S≤0.080%，铁水温度1300℃，其中铁水的比例为65%；有效的防止Cr、Ni、Cu及其他有害元素，保证钢水中的Pb≤0.010%,Sn≤0.010%,As≤0.010%,Sb≤0.010%,Bi≤0.010%；利用电炉高配碳量大氧量操作，高配碳量大氧量配碳量3.0%；大炉门氧枪流量1200m³/h，利用大渣量流渣的操作，合理控制渣的碱度在2.0，利用C-O反应的剧烈程度，将钢中的气体、夹杂物及有害物质反应后随着渣排出；在上述高配碳量下，分4次加入石灰，每次加900kg，第一次装料前，炉底铺石灰900kg，通电12分钟后加入第二批，炉料熔清后加入第三批，脱碳过程中加入第四批，当气体、夹杂物及有害物质充分反应后排除渣，这样经过三次以上的换渣流渣操作，充分做到了尽可能将钢中的气体、夹杂去除到残余最少，更有利于钢水的纯净化及气体量的控制；利用偏心炉底出钢及炉后合金化操作，充分控制钢液的出钢下渣，保证装入量为出钢量的93%，保证钢水的纯洁；在出钢过程中加入脱氧剂及低钛合金与硅锰合金，提前去除钢中的气体，并且实现了低钛合金化，处理后气体含量氧为150ppm、钛合金的含量为6ppm。
（2）钢包精炼炉进行精炼钢液的低氧低钛化冶炼
加入石灰2.5kg/t、精炼预熔渣3.5kg/t、萤石0.2 kg/t、碳化硅0.3 kg/t、铝粒0.2kg/t、硅铁粉0.2 kg/t，控制精炼渣的碱度在4，利用精炼炉换渣操作冶炼，将电炉出钢后所生成的渣倒出后重新造新渣冶炼，去除渣中的有害物质，从而更能保证了钢水的纯净化，进一步对钢水进行去气、去夹杂以及低钛合金化，精炼白渣时间大于30min，从而保证钢中的氧含量≤10ppm；硫含量≤10ppm；钛含量≤20ppm。
（3）两次真空VD炉对钢液进行最终脱气处理
温度为1590℃、VD真空度小于67Pa、维持真空时间25min、采用底吹氩气强度0.15MPa；破空后经升温到1580℃后，再进行一次上述VD真空处理，经过两次VD真空处理，进使钢中的氧含量≤10ppm；氢含量≤1.0ppm；氮含量≤35ppm；软吹时间≥20min，充分保证了夹杂物的上浮，使钢水得到纯净化，出钢前添加烘烤后的碳化稻壳覆盖钢液。
（4）利用全程氩气保护模铸浇注钢锭。
钢水在浇注过程中全程采用氩气保护浇注，防止钢水再与空气的接触，发生二次氧化及吸气，充分保证了钢水的纯净度与超低气体含量；遵循钢锭模拟浇注的合理速度进行浇注，保证钢水在浇注过程的吸气及钢锭的内部质量，所述浇注温度1500～1505℃、速度为2.0t/min。
实施例4
一种低成本超纯低钛轴承钢的冶炼工艺，其特征包括如下步骤：
（1）电炉进行初炼钢液的低钛化冶炼：出炼炉铁水的标准为：C 3.5～4.5%、Si 0.2～0.5%、Mn 0.4～0.8%、P≤0.120%、S≤0.080%，铁水温度1300℃，其中铁水的比例为65%；有效的防止Cr、Ni、Cu及其他有害元素，保证钢水中的Pb≤0.010%,Sn≤0.010%,As≤0.010%,Sb≤0.010%,Bi≤0.010%；利用电炉高配碳量大氧量操作，高配碳量大氧量配碳量1.0%；大炉门氧枪流量3200m³/h，利用大渣量流渣的操作，合理控制渣的碱度在2.0，利用C-O反应的剧烈程度，将钢中的气体、夹杂物及有害物质反应后随着渣排出；在上述高配碳量下，分4次加入石灰，每次加900kg，第一次装料前，炉底铺石灰900kg，通电12分钟后加入第二批，炉料熔清后加入第三批，脱碳过程中加入第四批，当气体、夹杂物及有害物质充分反应后排除渣，这样经过三次以上的换渣流渣操作，充分做到了尽可能将钢中的气体、夹杂去除到残余最少，更有利于钢水的纯净化及气体量的控制；利用偏心炉底出钢及炉后合金化操作，充分控制钢液的出钢下渣，保证装入量为出钢量的93%，保证钢水的纯洁；在出钢过程中加入脱氧剂及低钛合金与硅锰合金，提前去除钢中的气体，并且实现了低钛合金化，处理后气体含量氧为150ppm、钛合金的含量为6ppm。
（2）钢包精炼炉进行精炼钢液的低氧低钛化冶炼
加入石灰2.5kg/t、精炼预熔渣3.5kg/t、萤石0.2 kg/t、碳化硅0.3 kg/t、铝粒0.2kg/t、硅铁粉0.2 kg/t，控制精炼渣的碱度在4，利用精炼炉换渣操作冶炼，将电炉出钢后所生成的渣倒出后重新造新渣冶炼，去除渣中的有害物质，从而更能保证了钢水的纯净化，进一步对钢水进行去气、去夹杂以及低钛合金化，精炼白渣时间大于30min，从而保证钢中的氧含量≤10ppm；硫含量≤10ppm；钛含量≤20ppm。
（3）两次真空VD炉对钢液进行最终脱气处理
温度为1590℃、VD真空度小于67Pa、维持真空时间25min、采用底吹氩气强度0.15MPa；破空后经升温到1580℃后，再进行一次上述VD真空处理，经过两次VD真空处理，进使钢中的氧含量≤10ppm；氢含量≤1.0ppm；氮含量≤35ppm；软吹时间≥20min，充分保证了夹杂物的上浮，使钢水得到纯净化，出钢前添加烘烤后的碳化稻壳覆盖钢液。
（4）利用全程氩气保护模铸浇注钢锭。
钢水在浇注过程中全程采用氩气保护浇注，防止钢水再与空气的接触，发生二次氧化及吸气，充分保证了钢水的纯净度与超低气体含量；遵循钢锭模拟浇注的合理速度进行浇注，保证钢水在浇注过程的吸气及钢锭的内部质量，所述浇注温度1500～1505℃、速度为2.0t/min。
以上实施例所得钢锭性能如下：
实施例1钢材硬度为195HBW，抗拉强度为645MPa，氧含量≤3ppm；硫含量≤4ppm；氢含量≤0.1ppm；钛含量≤6ppm。；
实施例2钢材硬度为182HBW，抗拉强度为628MPa，氧含量≤4ppm；硫含量≤6ppm；氢含量≤0.4ppm；钛含量≤11ppm。；
实施例3钢材硬度为161HBW，抗拉强度为604MPa，氧含量≤10ppm；硫含量≤10ppm；氢含量≤0.7ppm；钛含量≤20ppm。
实施例4钢材硬度为165HBW，抗拉强度为617MPa，氧含量≤10ppm；硫含量≤8ppm；氢含量≤0.6ppm；钛含量≤18ppm。
由以上实施例可知电炉高配碳量操作，若通氧量不足，则C-O反应不足，钢中的气体、夹杂物及有害物质反应后不能着渣排出，造成钢材中杂质含量高，影响钢材的性能，通氧的，若配碳量不足，也同样反应不足，造成钢材中杂质含量高，影响钢材的性能。
Claims (4)
1.一种低成本超纯低钛轴承钢的冶炼工艺，其特征在于包括如下步骤：
（1）电炉进行初炼钢液的低钛化冶炼
（2）钢包精炼炉进行精炼钢液的低氧低钛化冶炼
（3）两次真空VD炉对钢液进行最终脱气处理
（4）利用全程氩气保护模铸浇注钢锭；
所述步骤（1）步骤为：通过采用60～70%的铁水比例，有效的防止Cr、Ni、Cu及其他有害元素，保证钢水中的Pb≤0.010%,Sn≤0.010%,As≤0.010%,Sb≤0.010%,Bi≤0.010%；利用电炉高配碳量大氧量操作，利用大渣量流渣的操作，合理控制渣的碱度在1.8～2.3之间，利用C-O反应的剧烈程度，将钢中的气体、夹杂物及有害物质反应后随着渣排出；在上述高配碳量下，分4次加入石灰，每次加900kg，第一次装料前，炉底铺石灰900kg，通电12分钟后加入第二批，炉料熔清后加入第三批，脱碳过程中加入第四批，当气体、夹杂物及有害物质充分反应后排除渣，这样经过三次以上的换渣流渣操作，充分做到了尽可能将钢中的气体、夹杂去除到残余最少，更有利于钢水的纯净化及气体量的控制；利用偏心炉底出钢及炉后合金化操作，充分控制钢液的出钢下渣，保证装入量大于出钢量的90%，保证钢水的纯洁；在出钢过程中加入脱氧剂及低钛合金与硅锰合金，提前去除钢中的气体，并且实现了低钛合金化，处理后气体含量氧为150ppm、钛合金的含量为6ppm；
所述步骤（2）为：加入石灰2-3kg/t、精炼预熔渣3-4kg/t、萤石0.1-1 kg/t、碳化硅0.2-1.0 kg/t、铝粒0.2-0.6 kg/t、硅铁粉0.2-0.6 kg/t，控制精炼渣的碱度在3～6之间，利用精炼炉换渣操作冶炼，将电炉出钢后所生成的渣倒出后重新造新渣冶炼，去除渣中的有害物质，从而更能保证了钢水的纯净化，进一步对钢水进行去气、去夹杂以及低钛合金化，精炼白渣时间大于30min，从而保证钢中的氧含量≤10ppm；硫含量≤10ppm；钛含量≤20ppm；
所述步骤（3）为：温度为1590℃、VD真空度小于67Pa、维持真空时间20～30min、采用底吹氩气强度0.1～0.2MPa；破空后经升温到1580℃后，再进行一次上述VD真空处理，经过两次VD真空处理，进使钢中的氧含量≤10ppm；氢含量≤1.0ppm；氮含量≤35ppm；软吹时间≥20min，充分保证了夹杂物的上浮，使钢水得到纯净化，出钢前添加烘烤后的碳化稻壳覆盖钢液；
所述步骤（4）为：钢水在浇注过程中全程采用氩气保护浇注，防止钢水再与空气的接触，发生二次氧化及吸气，充分保证了钢水的纯净度与超低气体含量；遵循钢锭模拟浇注的合理速度进行浇注，保证钢水在浇注过程的吸气及钢锭的内部质量。
2.根据权利 要求1所述的一种低成本超纯低钛轴承钢的冶炼工艺，其特征在于：所述步骤（1）中要求入出炼炉铁水的标准为：C 3.5～4.5%、Si 0.2～0.5%、Mn 0.4～0.8%、P≤0.120%、S≤0.080%，铁水温度1250～1400℃，其中铁水的比例为60～70%。
3.根据权利 要求1所述的一种低成本超纯低钛轴承钢的冶炼工艺，其特征在于：所述步骤（1）中高配碳量大氧量配碳量＞2.6%；大炉门氧枪流量＞3000m³/h。
4.根据权利 要求1所述的一种低成本超纯低钛轴承钢的冶炼工艺，其特征在于：所述步骤（4）为：所述浇注温度1500～1505℃、速度为2.0-2.2t/min。
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