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轴承钢的冶炼

 电炉流程 ,即电炉——炉外精炼——连铸或模铸——轧制 ;
 转炉流程 ,即高炉——铁水预处理——转炉炉外精炼——连铸——轧制 ;
 特种冶炼方法 ,即真空感应炉(VIM)——电渣重熔(ESR)——轧制或锻造 。
典型的轴承钢生产流程  
 瑞典SKF :100t EF—ASEA-SKF—IC ,生产Ø12-32mm棒线材 、外径90-200mm及外径55-110mm钢管 ;
 日本山阳 :废钢预热——90 t EF(偏心底出钢)——LF——RH——CC(立式3流 ,370mm×470mm)或IC——热轧(材)和冷轧 。生产Ø102-600mm棒材等 ,外径50-180mm热轧钢管 ,外径22-95mm冷轧钢管 ;

 日本大同 :废钢预热——90tEAF——LF——RH——CC(370mm×480mm) ;
 日本神户 :高炉——铁水预处理——80tLD-OTB顶底复吹转炉——除渣——ASEA-SKF钢包精炼——连铸(2流立弯型 ,300mm×430mm) ,生产Ø18-105mm棒线材 ;
 日本川崎 :高炉——铁水预处理——转炉——钢包精炼——真空——连铸(4流400mm×560mm) ;

 日本住友:高炉——转炉——VAD/RH——连铸/模铸(410mm×560mm) ,棒线材 ;
 日本新日铁 :高炉——转炉——LD转炉——LF钢包精炼——RH——连铸 ,生产Ø19-120mm棒线材 ;
 日本爱知制钢 :EAF——钢包精炼——RH——连铸 ,生产Ø16-100mm棒线材 ;
 德国克虏伯 :110t UHP- EAF——钢包冶金——连铸(6流260mm×330mm) ,生产Ø28-80mm棒线材 。
国外轴承钢的生产工艺特点  
 炉子大型化 ;无渣出钢 ;Al脱氧 ;真空或非真空条件下长时间搅拌 ;高碱度渣精炼 ;连铸 。
 相关技术体现在 :钢包耐火材料的碱性化及钢包和中间薄的高温预热 。

 具体精炼技术体现在 :初炼钢液的低氧化和低温化 ;初炼炉出钢的钢渣分离 ;精炼渣的合成化和液相化以及在线分析化 ;钢液精炼的模型化(包括吹氩搅拌的流量 、时间以及吹氩位置) ;钢包浇钢的出渣 ;温度和成分以及铝脱氧工艺的过程控制 。

 连铸技术体现在 :钢包和中间包的留钢 ;钢流浇注气氛的惰性化和防堵 ;中间包钢水的大容量化 ;中间包钢水流动的最优化 ;结晶器钢液面的稳定 ;连铸坯的大型化 ;二冷喷雾的均匀 ;电磁搅拌的多极化 ;轻压下技术 。
轴承钢生产的基本条件  
 大容量初炼炉 ,保证钢水低磷 ,成份温度合格 ,实现无渣出钢 ;
 具备加热 、真空 、合金微调的精炼装置 ,最大限度脱除氧 、氢等气体 。保护浇铸防二次氧化 ;
 采用多极组合电磁搅拌和轻压下技术 ,保证钢坯的中心质量 ,减少中心偏析 ;
 轧机均为无扭无张力高速轧机轧制 ,保证轧材尺寸精度和表面质量 。

 国产轴承钢精炼比已经达到100% ,平均氧含量已达到8×10-4% ,好的达到4×10-4%,但是与瑞典SKF 、日本山阳等先进的厂家相比 ,在钢中微量杂质元素含量 、表面质量及内部质量稳定性方面仍有差距 。如钛含量偏高 ,普遍在0.003%以上 。
 我国棒材比重很大 ,占80%以上 ,管材几乎为零 ,线材 、带材比重也较低 。
1 电弧炉流程冶炼轴承钢
 UHP EAF-LF-VD-CC或IC为例 ,工艺流程为 :电炉出钢——LF座包工位(底吹氩开始)——测温——供电造渣——脱氧和脱硫——调整成分——测温——VD工位——真空精炼——喂线(铝脱氧或钙处理 ,底吹氩结束)——连铸平台测温——连铸机浇铸 。中心任务 :脱氧和非金属夹杂物去除及其控制 。
超高功率电弧炉初炼  
 主要任务 :熔化废钢 、脱碳 、脱磷和升温 ;
 炉料中配碳量可配到1.00%-1.3% ,用矿石 、氧气脱碳 、脱磷 、自动流渣 ,偏心地出钢 ,留渣留钢 。出钢时可以将碳含量控制在高碳铬轴承钢的下限 ,炉外精炼增碳量很小 ,方便操作 ;
 要求初炼炉钢液低氧化合低温化 ,防止氧化渣入钢包 。
LF钢包精炼炉  
 LF精炼目的 :脱氧 、降硫 、合金化 、调整成分 ,控制合适的浇注温度 。轴承钢的中心任务 :脱氧 !
 LF加热前 ,用铝对钢液沉淀脱氧 ,然后加热、调整钢液成分、调整精炼渣成分 、吹氩搅拌 ;
 快速造碱性渣——脱氧脱硫 ;

 底吹氩控制——过大 ,钢渣反应过分激烈和钢液对耐火材料冲刷严重 ,氧化物和钛化物进入钢液 ;过小钢液温度 、成分以及钢渣反应都不均匀 ,不充分 ,脱氧产物不能充分上浮 ;
 合适的底吹氩制度 :精炼前期以较大的氩气压力搅拌 ;后期以较小的氩气压力搅拌——使钛含量在精炼过程中基本稳定 ,同时可使硫含量和氧含量活度不断下降 。一般控制在0.2-0.3MPa 。
VD真空去气  
 主要目的——真空去氢 、真空下碳脱氧继续脱氧 、利用氩气搅拌去夹杂 ,一般脱氮不明显 ;
 进入VD前 ,除去炉渣 ,降低渣碱度 ,控制吹氩强度 ,真空前加Al终脱氧,缓吹氩 。前期吹氩不大于0.2Mpa ,后期在0.1Mpa以下 ,可使钢液和炉渣充分反应 ,脱氧产物充分上浮 ;

 真空时间过短——脱氧产物不能充分上浮 ;过长——耐火材料表层被钢液长期冲刷而剥落进入钢液 ,不利于钢中钛含量的控制 ;
 真空脱气后软吹氩搅拌——控制非金属夹杂含量 。结束VD处理前5min ,视钢液含铝量补充喂铝线 ,再进行弱搅拌以清洗钢液 ;
连铸或铸锭(IC) 
2 转炉炼钢
 原料条件好 ,铁水的纯净度和质量稳定性均优于废钢 ;
 采用铁水预处理 ,进一步提高铁水的纯净度 ;
 转炉终点碳控制水平高 ,钢渣反应比电炉更趋于平衡 ;
 转炉钢气体含量低 ;
 连铸和炉外精炼和工艺水平与电炉相当 。

 日本和德国采用不同的生产工艺 ,区别——炼钢终点碳的控制 ;
 日本——“三脱”预处理 ,少渣冶炼高碳钢技术 ,生产低磷低氧钢 ;
 德国——转炉低拉碳工艺 ,保证转炉后期脱磷效果 ,依靠出钢是增碳生产轴承钢 。

 铁水预处理 :镁基脱硫剂处理 ,入炉铁水w[S]≤0.005% ,处理后将渣100%扒除 ;
 转炉冶炼 :采用高拉碳方法 ,终点碳w[C]≤0.40% ,同时控制w[P]≤0.010% 。废钢中配入铝锰钛提温剂——补充终点高碳控制是温度不够 ;出钢温度1700℃ ,碳含量0.34% ,磷含量0.007% ;

 出钢过程在包内采用高Cr合金 、Si-Mn合金 、炭粉进行合金化和增碳 ,并进行挡渣操作 ,采用底吹氩搅拌去除钢液中的全氧 ;
 LF精炼采用低碱度CaO-Al2O3渣系 ,脱硫率达50%-70% ,降低Al类夹杂 ;与脱氧产物有一致的组分 ,两者的界面张力小 ,易于结合成低熔点的化合物——较强的吸收Al2O3夹杂能力 ,消除含CaO的D类夹杂 。同时底吹氩均匀成分 、温度 ;

 吹氩弱搅拌 :根据参考样的成分分析 ,补充高铬 、高锰 、炭粉进行成分调整满足内控要求 ,在温度高于吊包温度20-30℃时进行吹氩弱搅拌——夹杂物进一步上浮 ; 
 连铸