轴承钢质量控制工艺实践

　　摘　要：研究了2011年11月65吨Consteel电炉165mm×165mm连铸生产轴承钢吹氩工艺、ALs（酸溶铝）、VD炉、保护浇注、及耐火材料等工艺参数对夹杂物的影响，以及操作当中的工艺实践和控制措施。
　　关键词：轴承钢；ALs；氧化物
　　随着连续铸钢工艺的广泛应用与发展，人们对连续铸坯质量要求越来越高，对于轴承钢而言，它的抗疲劳、抗腐蚀性能要求更高，钢中夹杂物的含量须满足表1要求。 　　由表1可以看出，轴承钢中的夹杂物的含量要求非常严格，二炼钢车间通过2-3年的探索与实践，轴承钢中的夹杂物主要与以下工艺有关。
　　1、吹氩工艺
　　软吹的目的及工艺原理
　　目的：进一步去除钢中的夹杂物、均匀温度成分，去除有害气体。
　　（1）原理：①利用氩气的气流和钢液上升过程中，将钢中夹杂物带到钢液表面，让溶渣吸附夹杂物；②夹杂物靠自身的浮力上浮，在尺寸上是有限制的，一般小于30uｍ的小夹杂物是需要长时间的沉淀才能上浮，在生产中是不可取的。通过氩气气泡的内真空可以保证这类尺寸夹杂物吸附并很快带到表面。
　　（2）软吹时间与夹杂物的关系
　　实践证明软吹时间太短，不能去除小于30um的夹杂物。一般来讲时间越长钢中的夹杂物尺寸越小，但软吹时间过长，对于去除夹杂物有利，但对于钢液吸气又带来不利。
　　（3）氩气流量的大小也是影响夹杂物上浮的关键问题。
　　实践得出氩气流量应控制在40-80L/min为宜，而且以不冲破渣面为原则，如果冲破渣面会使钢水裸露造成二次氧化，会形成大颗粒的夹杂物。如果氩气太小夹杂物就没有动力碰撞，它就会弥散在钢水中就不能充分碰撞长大上浮，不能形成一定体积，（因为夹杂物的受力只有：自身张力、浮力、和粘滞力就是和周围钢水的摩擦力）要上浮的话必须相互摩擦碰撞长大后，待浮力大于夹杂物与钢水之间的粘滞力时，才能上浮到钢水表面被渣子吸附，所以要有合适的氩气流量才能达到目的。并且钢水表面的氩气蠕动圈应在100-150mm为宜。
　　2、控制合适的ALs（酸溶铝）比值
　　所谓ALs就是完全溶于钢水中的AL，钢中的全AL＝ALs＋氧化物，由此可以看出如果ALs含量高了相应钢中的氧化物含量就少了。就降低夹杂物而言，VD炉后取样ALs含量在0.010％-0.015％之间为宜，坯子应在≤0.008％为宜。但是它也要有一个合适的与全铝的比值才行，下面统计了2011年11月初二炼钢车间生产的轴承钢各班组ALs的比值，以及夹杂物的含量，实践证明ALs的比值应控制在0.70％以上为宜。
　　由表2可以看出只有乙班ALs比值接近0.70％，它的夹杂物控制比较好。 　　3、VD炉真空脱气吹氩搅拌
　　在VD真空脱气条件下，吹氩搅拌对炉渣与钢液之间的反应对非金属夹杂物的碰撞、长大及上浮的影响更为显著。实践证明，VD保压时间≥15分钟，真空度≤67Pa，搅拌强度的确定原则是：不使钢包耐材因过度冲刷而剥落污染钢液，不使炉渣卷入钢液中而来不及上浮，所以上VD炉对于进一步去除夹杂物起着至关重要的作用。以下表格对比了上VD与不上VD炉夹杂物含量多少的对比。 　　由表3可以看出，VD真空搅拌是明显减少夹杂物含量的重要措施之一。
　　4、保护浇注
　　由表2可以看出连铸坯的ALs比值要比VD炉后的ALs比值要低，这说明一个问题，例如：如果VD后的ALs比值是0.75％，也就是说它的夹杂物含量只有0.25，如果你连铸上拉出的坯子的ALs比值只有0.40％了，夹杂物的含量也就增加到了0.60，由此看出，连铸操作上出现了问题，把钢水给污染了。增加了夹杂物的含量。所以说采用全程保护浇注是至关重要的，为此车间采取了以下技术措施：
　　（1）大包、中间包加浸入式水口，并加石棉碗吹氩，氩气流量适中，蠕动圈为100mm为宜；
　　（2）采用大容量中间包且加挡渣墙，改善了钢液流动状态，延长钢水在中间包内的停留时间，使夹杂物易于上浮吸附；
　　（3）中间包液面稳定在900mm以上，波动不大于100mm，严禁低液面浇注；
　　（4）改变了加保护渣的方式，改用勺子加入，加入时要少、勤、匀。并控制好液渣层厚度，应控制在10-15mm之间为宜；
　　（5）定期更换浸入式水口，插入深度在120mm±5mm左右；
　　（6）采用塞棒自动控制系统，使液面波动在3mm左右，减少了卷渣的几率；
　　（7）采用电磁搅拌技术，钢水运动可清洗凝固壳表层区的夹杂物，使夹杂物充分上浮；
　　（8）严禁大包下渣，在称重达到：大包重量＋1吨（注余）重量时摘掉套管立即关闭水口，余钢倒入渣盆中；
　　（9）更换套管时明确标识，精整切除。
　　通过采取全程保护的措施，大大降低了钢中的夹杂物，下表是2011年11月底连铸班组分析数据。 　　由表4可以看出，采取以上措施后，大大提高了ALs的比值，降低了钢中夹杂物的含量，提高了铸坯质量。
　　5、耐火材料
　　冶炼高纯净轴承钢，全程吹氩搅拌下的高温摩擦，对于钢液直接接触的钢包、中间包、浸入式水口和塞棒等所用的耐火材料要求很高，其组成及质量会直接影响钢水的纯净度，应使用耐火度高、抗氧化性强的耐火材料，中间包涂层采用高氧化镁材料，连铸水口为含高氧化锆的材料。
　　结论
　　2011年11月上旬与下旬生产的轴承钢中的夹杂物有了明显的减少，二炼钢在工艺上尤其在连铸的全程保护上下了功夫，严格控制ALs比值完善吹氩工艺，采用VD真空精炼等等一系列严格的工艺措施，使我公司的轴承钢夹杂物的水平满足高纯净轴承钢技术要求，为本公司产品开发奠定了坚实的基础。