转炉冶炼轴承钢过程中钛的行为热力学分析.doc

《转炉冶炼轴承钢过程中钛的行为热力学分析.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、冶金之家网站转炉冶炼轴承钢过程中钛的行为热力学分析宋明娟，孙斌煜，徐绍明（太原科技大学，山西太原030024）摘要：对转炉流程冶炼轴承钢的生产工艺进行理论分析。以热力学基本原理为基础，计算分析了转炉冶炼轴承钢的各个环节中钛的行为，并建立了钛行为的数学模型。关键词：转炉；轴承钢；钛含量；热力学分析轴承钢是专用钢中质量要求非常苛刻的钢种。轴承钢的用途和工作条件决定了高质量轴承钢必须具有高洁净度，而影响轴承钢洁净度的关键因素是钢中氧化物夹杂和氮化物夹杂。轴承钢的冶炼实践表明，降低钢液中的氧含量与钛含量是保证轴承钢洁净度

2、的重点和难点。随着轴承钢中氧含量的不断降低，氧化物夹杂对轴承钢质量的影响程度降低，可见氮化物夹杂对轴承钢质量的影响变得相对突出。轴承钢中的氮化物以TiN和Ti（CN）为主，它们是一种硬度很高的不变形夹杂物，在交变应力的作用下会造成应力集中而损坏轴承钢，严重影响轴承钢的工作寿命。当w（Ti）≥30×10-6时，钛含量对轴承钢的寿命影响巨大［1］。1转炉流程冶炼轴承钢的生产工艺特点传统工艺利用电弧炉生产轴承钢，由于原料为废钢铁料和部分铁水，入炉原材料常带入较多的杂质元素，钢的洁净度较难达标，质量往往不能满足高寿命的使

3、用。目前，国内外逐渐探索出了转炉冶炼轴承钢的工艺流程，即，高炉—转炉—LF—RH/VD—连铸—轧钢，取得了较好的效果。由于转炉流程生产节奏快，精炼脱硫的时间相对较少，为减轻LF炉脱硫的负担，必须控制入炉铁水具有较低的硫含量。转炉终点采用高拉碳法，并严格控制出钢下渣量，保证下渣量小于5kg/t钢。在出钢过程中向钢包内依次投入脱氧剂和合金料进行脱氧及合金化。脱氧剂以先强后弱的顺序被加入，以保证硅、锰等元素的收得率。轴承钢精炼脱氧的工艺路线是：出钢过程应采用硅、锰、碳弱脱氧工艺；精炼过程采用炉渣强化铝脱氧工艺。LF炉的

4、功能是炉内还原性气氛，底吹氩气搅拌，大气压下石墨电极埋弧加热，高碱度合成渣精炼，微调合金成分。LF炉一般工作时间在45~50min左右，精炼轴承钢的渣系一般为CaO-SiO2-CaF2系，精炼渣要在保持w（FeO+MnO）低于10％的前提下提高碱度，以保证较低的氧势、硫的有效脱除和夹杂的吸附去除。RH真空精炼系统，通过钢水循环，达到均匀成分、脱气、脱氮、脱氢及深度脱氧的效果。RH脱氮效果可以达到50％，脱氧效果可达60％。由于轴承钢碳含量与铬含量高，连铸过程需增强电磁搅拌，提高铸坯的截面积，并且全程进行吹氩等保护

5、浇注措施，以减弱连铸过程中的二次氧化［2~3］。2钢中钛的来源及冶炼各工序钢中钛含量的变化钛元素是影响高碳铬轴承钢质量的有害元素，它与溶解于钢中的氮形成氮化物夹杂，严重影响轴承钢的疲劳寿命。控制钛含量是目前转炉流程冶炼轴承钢的主要难点之一。终钢钛含量包括三个方面：一是转炉终点钢水残留的钛含量；二是在钢包脱氧及铬的合金化时直接进入钢液的钛含量；三是精炼过程渣中还原进入钢液的钛的氧化物。下页表1给出了转炉流程生产轴承钢11炉次钢水钛含量来源的统计结果［4］。大量的数据统计及实验分析表明钢中钛的来源主要有两个方面：一是

6、轴承钢常用合金料带入钢液中的钛；二是精炼过程中，在钢液中氧含量较低的条件下，渣中被还原进入钢液的钛的氧化物。轴承钢常用合金料中钛含量如下页表2所示。以典型的轴承钢GCr15为例，其在不同的冶炼阶段钢液中Ti含量的变化趋势［5］如下页图1所示。冶金之家网站由图1可知：1）转炉吹炼终点钢液中的钛含量最低。2）从转炉出钢到LF进站之前，钢液通常会先后经历钢包内脱氧合金化与吹氩处理，转炉出钢下渣后部分钛的氧化物随少量残留渣进入后续系统，另外脱氧剂及合金料所含钛含量直接进入钢液。二者导致系统中钛含量增加，吹氩搅拌作用有利于

7、钢液中夹杂上浮而进入渣中，因此此阶段钢液中钛含量的增加主要来自脱氧剂与合金料中直接进入钢液的钛含量。3）由于LF精炼过程强化脱氧，钢液氧含量不断降低，精炼系统中的还原性不断增强，使得精炼渣中钛的氧化物被大量还原进入钢液，因此此阶段钢液中钛含量剧增。4）在后续的精炼过程中，随着钢液脱氧的继续进行，渣中钛被逐步还原进入钢中。但由于受系统总钛含量的限制，此阶段增钛不明显。因此，在冶炼过程中控制轴承钢中钛含量的关键环节是从转炉终点到LF终点这一阶段。3冶炼过程中钛的热力学行为3.1钛在钢液中的热力学行为钛是一种较强的脱氧

8、剂，由炼钢辅助材料带入的钛在转炉冶炼过程中氧化进入渣中。钢液中的钛氧平衡反应［6］如下所示：冶金之家网站由式（6）可知，在平衡条件下，钢液中的钛含量与氧含量的平方成负相关，而且钛含量随氧含量的变化很敏感。当钢中氧含量相对较高时，钢液中的钛能被最大程度地氧化进入渣层。因此，在冶炼过程中，加强控制转炉出钢下渣量，可以尽量降低由残余炉渣带入后续工艺过程中的钛含量。3.2钛的氧化