30tEAF-LF-VD冶炼轴承钢的工艺优化
发布时间：2012-08-08 浏览次数：853
作者：左秀荣1 张庆才1 顾文俊1 李广田2 阎立懿2 李立新2
（1.北满特殊钢股份有限公司；2.东北大学）
1 试验条件及目的
冶炼设备为北满特钢30t EBT电弧炉与40t LF/VD精炼炉。工艺流程为：电炉熔化、氧化→偏心炉底出钢→钢包合金化→进LF炉→升温及精调成分→进VD炉→出炉、浇注。全系统的优化是根本目的，而系统内各单元的优化是服务系统优化的［1］，把LF、VD看成系统中的单元，寻求合理的工艺参数，改善过程的技术经济指标，对过程作系统分析并建立数学模型。
2 逐步回归分析与模型的建立
LF/VD主要功能是通过吹氩、精炼渣精炼、真空等手段获得纯净钢水。钢中氧含量是影响轴承钢疲劳寿命的Z重要因素［2］。首先选取氧含量为因变量。根据生产工艺过程选取15个变量进行筛选。精炼渣组成固定、LF/VD过程中吹氩量及吹氩压力分别固定，均不选入自变量。以92炉GCr15的冶炼工艺参数作为分析研究的基础数据。
通过逐步回归得到经验模型如下：
Σ［O］=-1.5155 tLF-1.8700 tVD+8.3579XC-12.9329XSi+8.87613XMn-5.6116XCr+7.4574P+62.2706 (1)
式中 Σ［O］——熔检氧含量/×10-6；
XSi——入LF钢水硅含量/%；
tLF——入LF钢水温度(×10-2)/℃；
XMn——入LF钢水锰含量/%
tVD——入VD钢水温度(×10-2)/℃；
XCr——入LF钢水铬含量/%
XC——入LF钢水碳含量/%；
P——VD中Z低真空度/(×1.33)Pa
3 Z优工艺参数确定
3.1LF精炼时间控制
Σ［O］与TAr回归模型如下：
Σ［O］=3.7579×10-3T2Ar-0.5300TAr+27.6440
式中 TAr——LF吹氩加热时间/min。
TAr=70.5min
图1示出TAr分布状态。从图中可看出LFZ长吹氩加热时间为115min，Z短为40min，平均为73.6min，且近75%分布于60～90min。根据图1，确定LF吹氩加热时间为65～75 min。
图1 LF精炼时间分布状态图
3.2喂Al制度
Σ［O］与XSAl回归方程如下：
Σ［O］=1.4455×10-2X2SAl-0.7188XSAl+18.5867
式中 XSAl——钢水酸溶铝含量/×10-3%
XSAl min=24.9
根据XSAl分布状态图，XSAlZ大值为40，Z小值为11，平均值为27；近80%的XSAl分布于20～35之间。出VD炉后喂Al量应使成品钢中XSAl达到20～30尽量接近25。
3.3温度制度
3.3.1出钢温度制定
从回归方程(1)可看出入LF钢水温度、入VD钢水温度越高，越有利于降氧。
图2为出钢过程钢水温降分布状态图。Z低温降为85 ℃，Z高温降为145 ℃，平均温降为115 ℃，而温降分布率峰值也处于此值。约85%温降在105～135 ℃之间。
图2 出钢温降分布状态图
考虑初炼炉和钢包所能承受温度及出钢温度过高出钢过程二次氧化严重等因素，出初炼炉钢温定为1620～1 630 ℃，按出钢过程平均温降119℃，则入LF钢水温度约为1500 ℃。
3.3.2入VD炉温度制定
图3为VD过程温降分布图，近80%的温降在90～110 ℃范围内，根据GCr15熔点和镇静、浇铸过程中降温，出VD炉温度应为1510℃左右，VD过程降温按100 ℃计算，则入VD炉温度应在1600 ～1 620 ℃之间。
图3 VD过程温降分布图
图4为LF/VD过程温度走向图，3条曲线分别为温度平均值和范围值。可见入LF、入VD炉钢水温度波动较大，应严格按以上制定的工艺温度操作，提高温度的稳定性，确保标准化操作。
图4 LF/VD过程温度走向图
3.4合金加入制度
粗调合金成分控制合理，能减轻LF/VD的调合金任务，实现精炼炉脱硫、脱气、去夹杂功能。
从(1)式可看出，入LF钢水成分即粗调成分，Si、Cr越高，Mn越低越有利于降氧。为此制定Si、Cr按规格中限调整，Mn按规格下限调整。
3.5真空及供氩制度
真空操作的目的是去气、脱氧、去夹杂及防止吹氩时钢液裸露发生二次氧化。从(1)式可看出，在现有设备条件下真空度越高脱氧效果越好。
根据Sundberg［3］吹氩搅拌能公式：
-ω=0.0062×Q×(t1+273)×［1-(tg+273)/(t1+273)+ln(p2/p1)］/M1 (2)
式中 -ω——搅拌功率/W.t-1；
p2，p1——钢包底部和真空室压力/Pa；
Q——氩气流量/L.min-1；
tg，t1——氩气和钢水温度/℃；
M1——钢水量/t。
从(2)式可看出，真空吹氩搅拌可进一步促进脱氧过程，此时随p1的降低应减少氩气流量Q，保持恒能搅拌，防止溢渣。
4 试验结果
按上述工艺参数冶炼轴承钢，氧含量见表1，其中氧含量平均值为10.49×10-6，波动范围8×10-6～14×10-6。夹杂物级别见表2。
表1 轴承钢氧含量分布表(47炉)
表2 轴承钢夹杂物级别
5 结论
(1) LF精炼时间应控制在65～75min。
(2) 出VD炉后喂铝量应使成品钢中酸溶铝量达到0.025%。
(3) 出初炼炉时钢水温度为1620～1630 ℃，入VD炉钢水温度为1600～1620 ℃。
(4) 粗调成分Si、Cr按规格中限调整，Mn按规格下限调整。
参考文献
1 李士琦.冶金系统工程.北京：冶金工业出版社，1991
2 ［日］Goro等.日本钢包炉(LF)工艺的用途和精炼方法
3 Sundderg Y，Scand J. Metall. 1978,7(2):81
来源：《特殊钢》 1999年05期
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