轴承钢精炼过程非金属夹杂物行为的研究

1、2009年4月第37卷第2期钢铁研究ResearchonIron&SteelApr.2009Vol.37No.227轴承钢精炼过程非金属夹杂物行为的研究刘旭兰,吴晓东,周丹,孙菲,王丹(江苏大学材料科学与工程学院,江苏镇江212013)摘要:采用金相、SEM等分析方法,分析了某电炉厂EAF2LF2VD2CC流程冶炼GCr15轴承钢精炼过程非金属夹杂物的变化,并确定了夹杂物的主要来源。实验结果表明,LF处理后夹杂物以块状Al2O3、点状不变形夹杂物和硫化物为主;VD处理后点状不变形夹杂物明显减少,而含CaO、MgO、Al2O3、硫化物等的复合夹杂有所增加。成材试样中未发现点状不变形夹杂物,只有少

2、量尺寸很小的Al2O3和硫化物夹杂。关键词:轴承钢;精炼工艺;非金属夹杂物中图分类号:TF72文献标识码:A文章编号:100121447(2009)0220027204Researchonbehaviorofnon2metallicinclusionsofbearingsteelinrefiningprocessLIUXu2lan,WUXiao2dong,ZHOUDan,SUNFei,WANGDan(SchoolofMaterialScience&Engineering,JiangsuUniversity,Zhenjiang,China)Abstract:Thispaperanalyzesth

3、etnonsteelGCr15intherefiningstagewiththe2LFricfurnacefactory.ThemainofusingthemethodsofshowedthattheinclusionsinLFp23,ametabolicdotlikeinclusionsandsulfides;afterptamountofametabolicdotlikeinclusionsreducedsharply,whereasinclusionswithCaO,MgO,Al2O3andsulfidesincreasedtoacertainextent.Noametabolicdot

4、likeinclusionswerefoundinthesamplesoffinishedsteel.TherewereonlyabitofsmallsizedAl2O3andsulfidesintheinclusionsobserved.Keywords:bearingsteel;refiningprocess;non2metallicinclusions作为一种重要的冶金产品,轴承钢被广泛应用于机械制造、铁路运输、汽车制造、国防工业等领域。随着科学技术的迅猛发展,对轴承的要求也越来越苛刻,轴承必须具有高寿命、高稳定性和可靠性,这就需要将轴承材料中的夹杂含量降到极低的程度。因为溶解在钢中的夹

5、杂物会破坏基体的连续性,影响轴承的使用性能1。非金属夹杂物就其形成而言,与冶炼、浇注等工艺过程有密切关系。只有弄清楚冶炼过程中非金属夹杂物的行为、变化,才能进一步改善轴承钢的质量。流程为:100tEAF熔炼LF加热工位VD真空处理150mm150mm方坯连铸机连铸。主要工艺参数见表1。表1GCr15轴承钢生产的主要工艺参数参数值EAF出钢温度1680参数值EAF终点w(C)0.23%5LF氩气压力(3.24.5)10PaLF氩气流量220330min/LVD真空处理时间25minVC静搅时间24minVD氩气压力4.610Pa5静吹氩压力2.010Pa5VD真空保持时间12min真空度50Pa

6、VD氩气流量220min/L静吹氩流量30min/L成品样w(Alt)0.0114%1GCr15轴承钢生产工艺和主要工艺参数某电炉炼钢厂GCr15轴承钢现行生产工艺作者简介:刘旭兰(1982-),女,硕士,主要从事轴承钢方面的研究.成品样w(Als)0.0163%28钢铁研究第37卷2实验结果与分析2.1各工位夹杂物的数量及种类统计利用扫描电镜和能谱分析对LF和VD处理后的试样(25mm10mm10mm)及成材试样(直径为12mm,厚度为10mm)中的夹杂物种类及形貌进行了测定,并统计了各类夹杂物的数量2,见表2。个硅酸盐100表2各工位夹杂物的数量及种类工位LFVD三氧化二铝1173硫化物5

7、22点阵不变形夹杂430铬铁酸盐300复合夹杂250夹杂总数26175成材从表2中可以看出,夹杂物类型主要为三氧化二铝、硫化物和点状不变形夹杂(主要为钙铝酸盐和镁铝酸盐与钙铝酸盐的复合夹杂)。三氧化二铝主要分布在LF和VD试样中,成材中已经很少;硫化物在LF、VD试样及成材中有明显减少趋势;点状不变形夹杂主要分布在LF及VD试样中,成材中未发现此类夹杂物。从LF到VD的过程中,夹杂物种类也有一定变化,铬铁酸盐和硅酸盐夹杂在LF中有少量发现,而在VD表3LF工位各类型夹杂物的分布个夹杂物类别15m510m1015m1520m20m以上总数三氧化二铝硫化物点状不变形夹杂硅酸盐铬铁酸盐复合夹杂412

8、11111221122131154132,。与表2对比可以看出,原本以10m居多的三氧化二铝和点状不变形夹杂变成尺寸较小(10m的夹杂物主要为三氧化二铝、硫化物和球状夹杂。2.2.2VD试样中各类型夹杂物尺寸的分布表4为VD工位,各类夹杂物的尺寸分布,2.3夹杂物评级结果对2007年1、2、3、5月份GCr15轴承钢中的第2期刘旭兰,等:轴承钢精炼过程非金属夹杂物行为的研究29A(硫化物)、B(三氧化二铝)、D(球状氧化物)类2.4各工位主要夹杂物的形貌分析2.4.1LF工位处理后夹杂物的主要形貌粗细夹杂物进行了抽样检测,检测结果见表6。由表6可以看出:(1)A、B类夹杂均符合国际要求,D类夹

9、杂有不合格炉次,不合格炉次占总炉次的0.03%;(2)3类夹杂平均评级均符合国际要求。表6GCr15中夹杂物评级结果国际最低000实测最高11.500.470.750项目和尺寸LF工位处理后,夹杂物主要为块状三氧化二铝、硫化物和点状不变形夹杂。其典型夹杂物的形貌和尺寸如图2所示。m2.4.2VD处理后夹杂物的形貌、类型和尺寸VD处理后夹杂物尺寸变小,主要有尺寸较2.0010.251.01.0001.510.930.47小的三氧化二铝、硫化物、点状不变形夹杂。其典型夹杂物的形貌和尺寸如图3所示。:;图2自左至右:三氧化二铝类夹杂;硫化物夹杂;点状不变形夹杂图3VD工位试样的夹杂

10、物2.4.3成材中硫化物夹杂的形貌、类型和尺寸成材中夹杂物数量很少,主要为尺寸很小的三氧化二铝、硫化物夹杂,其典型夹杂物的形貌和尺寸如图4所示。3夹杂物的主要来源分析3.1硫化物这里的硫化物以硫化钙和硫化铁为主,也有少量硫化锰夹杂,多呈块状。这主要与w(O)有关。w(O)0.008%时易形成块状硫化物。由表1可知w(O)远小于0.008%。硫化物夹杂在LF2VD2成材的过程中形貌变化不大,而数量明显减少,可见精炼过程对硫化物的上浮去除产生了良好的效果。3.2氧化铝自左至右:三氧化二铝类夹杂;硫化物夹杂Al2O3主要来自脱氧产物,它能够大部分被图4成材试样中的夹杂物排除3,在钢中残余细小而聚集的

11、2Al2O3。从30钢铁研究第37卷(2)在杂物数量上,VD处理后点状夹杂物略表3和4可以看出,在LF和VD试样中,Al2O3夹杂的尺寸大部分在10m以下,也有少量大于10m的夹杂物,这些较大尺寸夹杂物主要来自耐火材料。3.3点状不变形夹杂物的主要来源在炼钢条件下,存在以下反应:Ca+19O+12Al=CaO6Al2O3Ca+7O+4Al=CaO2Al2O3Ca+4O+2Al=CaOAl2O312Ca+33O+14Al=12CaO7Al2O3有减少,氧化铝和硫化物大幅减少,铬铁酸盐及硅酸盐夹杂消失。成材试样中只发现少量氧化铝、硫化物和含有SiO2、Al2O3、CaO、S等的复合夹杂。(3)各种

12、夹杂物尺寸能够控制在10m以下。LF试样中夹杂物50%尺寸小于10m,VD处理后90%的夹杂物尺寸小于10m,成材中夹杂物尺寸全部在10m以下,且以5m以下居多。(4)氧化铝夹杂主要来源于铝脱氧产物和耐火材料;硫化物以氧化铝等氧化物为核心形核,来源于S与钢中硫化物形成元素Ca、Fe等的化学反应。以钙铝酸盐为主的点状不变形夹杂物来源于脱氧产物,而其中的钙、镁来源于炉衬和炉渣。参考文献1王硕明.转炉流程轴承钢中非金属夹杂物行为的研究D.而CaOAl2O3、12CaO7Al2O3的熔点都低于炼钢温度,所以常呈球形。对比图2和图3可以看出,VD试样中夹杂物要比LF试样中夹杂物尺寸小得多。另外,在成材试

13、样中没有发现点状的钙铝酸盐夹杂,可见在镇静过程中,此类夹杂物能上浮到钢包的渣层中而去除。沈阳:东北大学,2006.2沈桂琴.M.:4结论(1)某电炉炼钢厂EAFLF,19912288.M北京:科学出版社,48.(收稿日期:2008208206)物和含钙、。(上接第19)煤粉燃烧率=(喷煤量-熔融气化炉所能接(9)受的未燃煤粉量)/喷煤量。所以,COREX在煤比为200kg/t时,可以接受的燃烧率为60%左右。考虑到COREX熔融气化炉上部粉尘返吹装置还要鼓入部分氧气用来燃烧回收的粉尘中的碳,下部氧口回旋区内未燃煤粉到了上部还可能继续燃烧利用。所以,结合回旋区内煤粉燃烧率的计算结果,对于CORE

14、X熔融气化炉,喷煤比达到200kg/t是可能的。这样,COREX入炉块煤筛分出来的粉煤一部分用于喷吹,一部分用于压块,COREX的粉煤利用问题将可以有效地解决。方面来看,COREX熔融气化炉内可以接受的未燃煤粉量比高炉多,达到75kg/t左右。(4)鉴于COREX氧口回旋区内煤粉的燃烧率和熔融气化炉可以接受的未燃煤粉量,COREX喷煤将可以有效地解决粉煤的利用问题。参考文献1方觉.非高炉炼铁工艺与理论M.北京:冶金工业出版社,2003.2中冶赛迪工程技术股份有限公司.熔融还原炉喷吹煤粉工艺P.中国:200610054054,20061004.3YotaroOHNO,TakeshiFURUKAWAandMasahiroMATSU2URA.CombustionbehaviorofpulverizedcoalinaracewaycavityofblastfurnaceanditsapplicationtoalargeamountinjectionJ.ISIJInternational,1994,34(8):6412648.4张家驹.铁冶金学M.沈阳:东北工学院出版社,1