改善GCr15轴承钢钢水可浇性实践

刘和家，温国栋，薄宇

（天津荣程联合钢铁集团有限公司研发处，天津　300352）

　　摘　要：介绍了GCr15轴承钢的特性及荣钢冶炼该钢种的工艺路线、主要设备参数。针对开发前期存在钢水浇铸过程中发生严重水口结瘤现象进行了工艺优化。通过提高初炼炉出钢碳含量，配加适当铝；调整精炼渣系；加强保温；减少过程成分调整次数；控制钢液出钢至浇铸成坯铝含量变化；保护浇铸等措施，保证了产品理化性能，解决了水口结瘤问题，提升了GCr15轴承钢品质。

　　关键词：GCr15轴承钢；可浇性；实践

　　0　引言

　　为推进公司转型升级，改善产品结构，天津荣程联合钢铁集团有限公司（以下简称“荣钢”）于2012年组织开发GCr15轴承钢。该钢种前期生产供高线轧制盘条，供往山东聊城一带做轴承钢滚珠使用。钢种特性：超低氧含量、高纯净度、抗疲劳寿命高，对低倍组织、高倍组织、液析、带状组织均有较高要求。

　　1　冶炼工艺及主要设备技术参数

　　1.1 GCr15轴承钢冶炼工艺

　　荣钢采用120t顶底复吹转炉作为初炼炉生产GCr15轴承钢。工艺路线：顶底复吹转炉→LF精炼炉→VD真空炉→圆坯连铸机，浇铸断面为Φ250mm圆坯。工艺点采用控制精炼、浇铸过程内生、外来夹杂物通过不同的脱氧手段、精炼渣系控制来确定适合荣钢生产实际的工艺操作方法。

　　1.2 GCr15轴承钢主要设备技术参数

　　顶底复吹转炉120t，炉容比0.760m³/t，冶炼周期42min。

　　LF精炼炉120t，自由空间800～1000mm，升温速度4～5℃/min。

　　VD真空炉：真空系统为五级泵系统（三级增压、二级喷射），工作蒸汽压力0.9～1.0MPa。

　　连铸机参数：弧形半径12m，流数6流，浇铸断面Φ200～400mm，中间罐容量45t，水口制式分体式水口。

　　2　GCr15轴承钢工艺试验过程

　　荣钢于2012年组织开发GCr15轴承钢，开发前期主体工艺思路：转炉终点保证合适的碳含量出钢，精炼使用中低碱度渣系，LF炉处理前、中期根据钢水中铝含量适当补加一定量的铝来保证经真空处理后，铸机浇铸成品中铝控制在0.015%以上。经此工艺生产的钢水在连铸浇铸过程中发生严重水口结瘤现象。情况严重至浇铸3～4炉钢后铸机无法继续浇铸。

　　分析水口结瘤物（图1），主要含有以Al、Mg、Ca、O等元素为主的复合态夹杂物。产生结瘤与初始钢水纯净度、在钢水精炼处理过程中发生氧化、耐材脱落至钢水中、夹杂物无法上浮去除、保护浇铸不到位等因素有关。

图1 水口结瘤物成分分析结果

　　对开发前期工艺生产的盘条进行理化性能指标分析后，改变了工艺方向，精炼使用高碱度渣系，并对渣系结构进行适当调整。转炉配加适量的铝保证良好的脱氧效果，在整个精炼过程中不再配加铝。同时采取一定措施，避免钢水处理及浇铸过程中的氧化。

　　3　GCr15钢水可浇性改善控制措施

　　3.1 控制钢水原始氧含量

　　为了降低轴承钢氧含量，要求粗炼钢液实现低氧化和低温化。如果钢水过氧化，钢液中的氧将成倍增加，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的增加。同样，钢中碳和炉渣形成平衡的氧含量随着钢液温度的上升而增加，当钢液温度从1550℃上升到1660℃时，出钢后15min每平方毫米夹杂数量相应地由0.1增加到0.32。在实际操作中要求转炉终点碳控制＞0.15%，出钢温度＜1650℃。出钢时避免下渣进入钢包中。

　　3.2 建立合理的脱氧制度

　　出钢过程中采用适量的铝进行完全脱氧，既保证良好的脱氧效果，又避免后续精炼过程中补加铝。在精炼过程中采用碳化硅、电石、铝粉进行扩散脱氧，精炼前期快速造白渣，保证良好的脱氧效果；同时采用必要措施避免钢液发生氧化，避免钢中过多的铝被烧损。

　　3.3 选择合适的精炼渣系

　　国外普遍采用碱度大于4的高碱度渣系并且使用合成渣以便尽快成渣，来达到降低钢中氧和硫含量的目的。国内大冶钢厂采用低碱度渣系，碱度控制2.0～2.4以控制点状夹杂物含量。荣钢在使用低碱度渣系没有取得好的浇铸效果后，调整为高碱度渣进行控制。同时控制快速成白渣，降低FeO+MnO含量。增加渣中Al₂O₃含量等措施。

　　3.4 制订合理的吹氩制度

　　确保精炼过程中采用合理的吹氩制度，真空过程中保证高真空度及真空保持时间：在高真空度时，钢水中碳脱氧占主导地位，从而减少了钢中氧化铝夹杂。加强对钢水保温措施减少过程温降。后续保持足够软吹时间，使钢液中夹杂物充分上浮。

　　3.5 控制适当的残铝含量

　　由于采用铝脱氧导致钢水可浇性变差，对于其他钢种，一般采用钙化变性处理，但钢中钙含量增加易造成点状夹杂物的产生，由于点状夹杂物对轴承钢疲劳寿命影响Z大，故对钢中钙含量一般规定须不大于10×10^-6。有研究表明钢液中一定数量的钙是球状夹杂物生成的必备条件。溶解于钢中的[C]、[Si]、[Al]在出钢和精炼过程中，还原碱性渣中的CaO，而使Ca进入钢液。所以在冶炼GCr15钢时不允许向钢中用硅钙作为粉剂喷射冶金或用硅钙脱氧，因不能钙处理。而过高的铝含量增加了钢中氧化铝夹杂和浇铸时二次氧化机率，故调整工艺将成品铝控制在0.008%～0.015%。

　　3.6 连铸过程做好保护浇铸

　　经真空处理后钢水具有高纯净度和较低氧含量，发生水口结瘤很重要的因素为铸机在浇铸过程中发生二次氧化。钢包进入中间包内、中间包浇铸至结晶器等钢液流向过程均可发生二次氧化。采取大包长水口氩封、中间包吹氩、合适的钢水覆盖剂、合理水口插入深度等一系列措施可有效减少浇铸过程中钢水的二次氧化。

　　4　优化工艺应用实践对比

　　两种工艺路线生产实践对比见表1、表2。

表1 不同工艺路线精炼渣成分 %

表2 不同工艺路线过程成分控制

　　与前期生产工艺比，工艺调整后，生产过程中铝元素烧损有了明显减少，精炼成白渣速度更快，白渣保持时间更长，渣子泡沫化良好、黏度适中。减少处理过程温降以降低精炼升温温度，铸机浇铸顺畅，不再发生水口结瘤。检验盘条中夹杂物尺寸变小、数量减少、分布弥散，钢水纯净度得到提升。

　　5　结语

　　（1）初炼炉提高出钢碳含量，配加适量铝，既保证良好脱氧效果又减少初始夹杂物数量及后续钢水处理过程中氧化的发生。

　　（2）精炼调整合适的渣系，使其具有良好的脱氧效果及去夹杂能力。处理过程控制底吹氩大小，保证精炼效果而不发生二次氧化。

　　（3）加强保温措施，降低精炼过程中升温温度。减少成分调整次数，防止成分调整过程中发生氧化。

　　（4）合理控制钢液自转炉出钢至浇铸成坯过程铝含量的变化。铝含量在整条生产线中低配加、低烧损、低成品。

　　（5）连铸控制保护浇铸工作，减少钢液在浇铸中每个环节发生二次氧化的可能。同时控制合适的钢水过热度及拉速。

　　通过以上工艺措施，荣钢在GCr15轴承钢生产过程中，在保证理化性能指标基础上，成功的解决了水口结瘤问题，减少了大量切废损失，避免了产品质量风险，同时为荣钢GCr15轴承钢品质提升奠定了基础。

　　参考文献

　　[1]刘兴洪，等.兴澄特钢炼钢连铸GCr15钢生产过程质量控制[C].特钢年会论文集，2008.

　　[2]黄永建，李会林，张惠峰.石钢转炉轴承钢GCr15生产实践[J].河北冶金，2008，5：12～13.

来源：《河北冶金》2015年07期