轉(zhuǎn)爐冶煉低鈦軸承鋼的生產(chǎn)實(shí)踐分析

陶立志

摘要：現(xiàn)代軸承鋼生產(chǎn)對(duì)鈦元素的控制至關(guān)重要，是解決軸承鋼使用期限較短及結(jié)構(gòu)質(zhì)量不高問(wèn)題的核心辦法。文章將以專利冶煉低鈦鋼的生產(chǎn)流程及鈦元素對(duì)軸承鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)的實(shí)際影響展開(kāi)分析，并指出鈦元素提煉問(wèn)題及其控制的有效方法，進(jìn)而為專利冶煉低鈦軸承鋼的生產(chǎn)實(shí)踐及制作提供理論知識(shí)方面的幫助。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐；冶煉；低鈦；軸承鋼；生產(chǎn)

近年來(lái)，我國(guó)機(jī)械化制造水平的提高使鋼產(chǎn)品需求量急劇上升。軸承鋼的應(yīng)用是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備主要部件之一，要求不僅要具備耐用的及耐腐蝕的基本特點(diǎn)，同時(shí)也需具備一定的基礎(chǔ)強(qiáng)度，此時(shí)便需有效運(yùn)用轉(zhuǎn)爐冶煉低鈦軸承鋼生產(chǎn)技術(shù)對(duì)軸承鋼生產(chǎn)質(zhì)量加以控制，通過(guò)將鈦含量的方式提高軸承鋼基本承載力，以此保障軸承鋼制作的總體效益。

1工藝流程

軸承鋼生產(chǎn)工藝流程：混鐵爐鐵水扒渣→轉(zhuǎn)爐→LF→提溫合金化脫氧→VD真空精煉→三機(jī)三流矩坯連鑄機(jī)→9架連軋軋制成材。

2軸承鋼中鈦控制熱力學(xué)

2.1轉(zhuǎn)爐熔池中鈦的氧化

鈦氧化需要充分考慮鈦結(jié)構(gòu)原材料選用問(wèn)題，要求保障原材選擇符合低鈦數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，并可與鈦元素相互融合。脫鈦能力對(duì)鈦氧化水平產(chǎn)生直接影響，如脫鈦能力可保持在相對(duì)平衡的階段，則可提高鈦氧化質(zhì)量。在正常生產(chǎn)情況下，熔爐內(nèi)實(shí)際吹煉終點(diǎn)數(shù)值較高，此時(shí)計(jì)算公式應(yīng)為[%0]=（400-700）10^-4。對(duì)定氧值的計(jì)算應(yīng)根據(jù)鈦氧化數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，首先應(yīng)保障鋼液數(shù)據(jù)平衡，通過(guò)[%TiO₂1≤1×10^-4公式的代入運(yùn)算對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，而后利用500×10^-4%公式得出定氧值計(jì)算結(jié)果。在氧氣含量恒定情況下，數(shù)據(jù)運(yùn)算可保持在相對(duì)準(zhǔn)確的范圍內(nèi)。如在高氧環(huán)境下，熔池中鈦含量易隨氧氣數(shù)量的增加減少，為避免數(shù)據(jù)運(yùn)算出現(xiàn)較大數(shù)據(jù)差異，可對(duì)剛結(jié)構(gòu)中氧內(nèi)部分雜質(zhì)進(jìn)行控制，避免終點(diǎn)氧含量過(guò)高使數(shù)據(jù)產(chǎn)生偏差，通過(guò)采用高拉碳工藝進(jìn)行解決。

2.2渣中氧化鈦還原的熱力學(xué)條件

受軸承鋼冶煉運(yùn)動(dòng)模式影響，要求對(duì)鋼脫氧控制達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)水平。溫度環(huán)境直接控制鋼脫氧效益。溫度環(huán)境的升高可提高鋼水脫氧效果，使鋼液內(nèi)氧氣含量降低，此時(shí)可通過(guò)擴(kuò)散脫氧方式對(duì)熔爐內(nèi)鋼水采用吹氬攪拌方法進(jìn)行冶煉。在相對(duì)較低的溫度環(huán)境下，由于鋼脫氧效益降低，應(yīng)提高熔爐內(nèi)實(shí)際溫度，從而保障爐渣中的氧化鈦能夠有效地還原于鋼水中，從而使軸承鋼冶煉能夠達(dá)到良好的煉制效果。

3工藝運(yùn)用

通過(guò)原輔料、合金檢測(cè)和對(duì)試驗(yàn)工藝過(guò)程各關(guān)鍵點(diǎn)取樣檢測(cè)分析，對(duì)各增鈦因素的量化計(jì)算，掌握了鋼中鈦含量來(lái)源各因素的量化影響，并提出了轉(zhuǎn)爐冶煉中碳軸承鋼降鈦工藝技術(shù)。

3.1鋼結(jié)構(gòu)冶煉鈦元素形成來(lái)源

鋼結(jié)構(gòu)冶煉鈦元素形成原因：（1）轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)對(duì)鋼水的材料，使其成為一定的鈦元素，從而與其相互融合；（1）鋼包合金化結(jié)構(gòu)與鋼液的融入，使鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生一定的結(jié)構(gòu)形變，溫度環(huán)境對(duì)鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部元素成分進(jìn)行改變，鋼材料基礎(chǔ)構(gòu)成不平衡，此時(shí)鈦元素隨之產(chǎn)生。（3）鋼結(jié)構(gòu)精煉所留下的殘余物質(zhì)，通過(guò)TiO₂還原，與鋼液相容，利用液態(tài)鋼及合金元素調(diào)整使其進(jìn)入到鋼液內(nèi)，從而形成鈦元素。

3.2鈦含量高低的影響要素主要是轉(zhuǎn)爐終占、的鈦精煉還原

由于轉(zhuǎn)爐熔煉與終點(diǎn)鈦及鐵水鈦成正比，因此對(duì)鈦的熔煉需加入適量脫氧劑將渣料等元素進(jìn)行清除。部分冶煉鈦元素含量較高，對(duì)輔料的運(yùn)用可加入部分合金元素，通過(guò)合金與鈦的融合對(duì)鈦元素進(jìn)行控制。而對(duì)鈦元素相對(duì)較低的鋼結(jié)構(gòu)冶煉，可通過(guò)加入化學(xué)藥劑及加速鋼水?dāng)嚢璺绞浇档外佋匦纬?，以此使鈦元素含量能夠控制在相?duì)合理的范圍內(nèi)。

3.3降低鈦元素對(duì)鋼冶煉產(chǎn)生的影響

可在鐵水兌入前，對(duì)其進(jìn)行扒渣處理，并將轉(zhuǎn)爐雙渣工藝有效運(yùn)用于鈦元素結(jié)構(gòu)處理中，保障Ti₂爐渣能夠在鐵水融入前，即可得到有效的處理。在出鋼工藝的選用方面，可選擇留鋼留渣工藝對(duì)鋼冶煉出鋼進(jìn)行優(yōu)化，降低鋼冶煉下渣數(shù)量，確保Al₂O₃含量高于鈦元素含量，以便對(duì)鈦元素的產(chǎn)生加以有效控制。

3.4 TiO₂對(duì)由承鋼疲勞壽命的影響

TiO₂對(duì)承鋼疲勞度影響較大，不同環(huán)境其影響數(shù)據(jù)均有較大差異。在軸承鋼結(jié)構(gòu)鈦含量達(dá)到30×10^-4時(shí)，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)便產(chǎn)生改變，結(jié)構(gòu)疲勞度提升，疲勞度對(duì)軸承鋼的影響越發(fā)明顯，在圖1數(shù)據(jù)中，承鋼B階段疲勞度提升仍不明顯，在C階段承鋼疲勞度明顯上升，存在數(shù)據(jù)上升速度過(guò)陜問(wèn)題。

在對(duì)承鋼疲勞度數(shù)據(jù)研究中，部分企業(yè)對(duì)TiO₂數(shù)據(jù)含量提出嚴(yán)格要求。通過(guò)對(duì)30×10^-4數(shù)據(jù)內(nèi)鈦含量控制實(shí)現(xiàn)疲勞度的降低。在神戶等生產(chǎn)企業(yè)，對(duì)鈦含量控制通常能夠達(dá)到15×10^-4以上，這便使太含量在數(shù)據(jù)中實(shí)際可控性達(dá)到一半左右。對(duì)數(shù)據(jù)的研究可充分凸顯出對(duì)鈦含量控制對(duì)軸承鋼疲勞度的影響。疲勞度的提高直接導(dǎo)致鋼制材料結(jié)構(gòu)質(zhì)量的下降，對(duì)鋼材料使用安全性及實(shí)際效益產(chǎn)生影響，因此鋼的冶煉應(yīng)進(jìn)一步控制基礎(chǔ)鈦元素，以便降低疲勞度對(duì)軸承鋼冶煉影響。

3.5轉(zhuǎn)爐冶煉軸承鋼中TiO₂倉(cāng)量的變化

石鋼生產(chǎn)對(duì)氧氣脫氧控制運(yùn)用至關(guān)重要，是石鋼生產(chǎn)主要的加工工藝。通過(guò)對(duì)TiO₂的精煉對(duì)部分元素進(jìn)行提取，而后采用真空脫氧的方式對(duì)其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行軋制，以此對(duì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行固定，同時(shí)將擋渣出鋼工藝有效運(yùn)用于石鋼生產(chǎn)中，保障鋼制材料生產(chǎn)穩(wěn)定，控制熔爐內(nèi)殘?jiān)纬?，以此避免TiO₂對(duì)軸承鋼石鋼生產(chǎn)產(chǎn)生不利影響，使鈦元素能夠控制在較低水平內(nèi)。

在未采取擋渣措施及工藝處理前，基礎(chǔ)軸承鋼結(jié)構(gòu)中TiO₂實(shí)際含量達(dá)到80×10^-4%以上，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)疲勞度直線上升。而在采取相關(guān)措施后，鋼采購(gòu)基礎(chǔ)TiO₂值降低至10×10^-4%以下，以至于部分軸承鋼材料實(shí)際TiO₂含量?jī)H為8×10^-4%充分實(shí)現(xiàn)對(duì)TiO₂數(shù)據(jù)元素的控制。在軸承鋼熔煉轉(zhuǎn)至終點(diǎn)熔煉初期階段，鈦含量急劇上升，而在其進(jìn)行后期基礎(chǔ)熔煉后，通過(guò)一系列控制措施的選用將鈦數(shù)據(jù)控制在相對(duì)合理范圍內(nèi)，雖早期階段未出現(xiàn)明顯變化，但在后期階段效果顯著。

3.6改進(jìn)措施

針對(duì)上述鋼中TiO₂在轉(zhuǎn)爐冶煉過(guò)程中不同階段的變化情況，應(yīng)重點(diǎn)控制轉(zhuǎn)爐冶煉、出鋼下渣量、精煉渣等幾個(gè)環(huán)節(jié)，采取相應(yīng)的措施如下。

3.6.1控制轉(zhuǎn)爐合適的終點(diǎn)碳

TiO₂元素與氧化碳親和力較強(qiáng)，數(shù)據(jù)控制強(qiáng)度較高，可通過(guò)轉(zhuǎn)爐吹氧脫碳來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)鈦元素的控制?？蓪⒋蟛糠肘伣Y(jié)構(gòu)元素進(jìn)行去除，氧化脫氧流程對(duì)鈦元素控制效果較高，利用殘?jiān)鼘⑩佋厝谌胙趸?，以此降低TiO₂含量過(guò)高而產(chǎn)生的影響。

軸承鋼轉(zhuǎn)爐應(yīng)重視對(duì)TiO₂數(shù)據(jù)平衡關(guān)系的解決，通過(guò)優(yōu)化終點(diǎn)轉(zhuǎn)爐及鋼數(shù)據(jù)元素質(zhì)量分布來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的控制，從而將鈦元素排除在軸承鋼冶煉元素中，使出鋼工藝運(yùn)用能夠切實(shí)發(fā)揮出降低TiO₂基礎(chǔ)含量的作用。

根據(jù)數(shù)據(jù)判斷，當(dāng)鋼液中TiO₂含量大于35×10^-4%時(shí)，將由終點(diǎn)熔爐對(duì)鈦元素進(jìn)行控制，從而降低TiO₂基礎(chǔ)數(shù)據(jù)含量。而當(dāng)鋼液中TiO₂含量達(dá)到80×10^-4%階段，則需采用氧化工藝控制及出鋼工藝控制方式對(duì)鋼液內(nèi)鈦元素進(jìn)行氧化及降解，并避免殘?jiān)Y(jié)構(gòu)隨軸承鋼軋制產(chǎn)出。鋼液TiO₂控制難度較低，要求將鈦元素控制在10×10^-4%以下，這便需要加強(qiáng)鈦后續(xù)脫氧強(qiáng)度，將鋼液中氧結(jié)構(gòu)含量充分提升，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)鈦元素的有效控制。

3.6.2應(yīng)用一次造渣法及雙渣法操作

普通鋼轉(zhuǎn)爐冶煉提高鋼純度，可選擇一次造渣法進(jìn)行操作。雖雙渣法操作同樣亦能夠起到冶煉效果，但由于其冶煉純度較低，容易產(chǎn)生氧化稀釋，因此無(wú)法有效用于普通鋼冶煉。普通鋼冶煉通常成本降低，需通過(guò)降低轉(zhuǎn)爐下渣降低危害物質(zhì)產(chǎn)生，尤其對(duì)磷及鈦物質(zhì)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行阻擋隔離處理，從而保障普通鋼轉(zhuǎn)爐冶煉效果。雖雙渣法在普通鋼冶煉中不占據(jù)任何優(yōu)勢(shì)，但在石鋼冶煉中，卻可取得相對(duì)較好的效果。石鋼冶煉鐵水中鈦含量相對(duì)較高，部分企業(yè)對(duì)TiO₂的處理存在鈦含量控制不佳問(wèn)題，為此可選用雙渣法操作對(duì)石鋼鐵水內(nèi)部鈦元素進(jìn)行分析，并及時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)爐吹煉，繼而確保石鋼冶煉質(zhì)量。

3.6.3嚴(yán)格控制出鋼下渣量

出鋼下渣量的控制可選擇擋渣處理，以免渣物質(zhì)中TiO₂對(duì)鋼水造成氧化還原。擋渣處理方法較多，需根據(jù)出鋼處理環(huán)節(jié)及冶煉鋼選擇合適技術(shù)進(jìn)行控制。首先可加強(qiáng)對(duì)出鋼口的維護(hù)，減少出鋼口實(shí)際面積，以免渣物質(zhì)隨出鋼口流出。該方法亦可采用圓流出鋼方法進(jìn)行調(diào)試，通過(guò)調(diào)整擋渣求實(shí)際比重來(lái)提高擋渣概率，降低渣物質(zhì)流出數(shù)量，以便充分實(shí)現(xiàn)快速搖爐，該方法不僅可保障渣物質(zhì)得到有效控制，同時(shí)亦能夠提升鋼的實(shí)際生產(chǎn)效率。

3.6.4選用低鈦的合金和原輔料

原輔料的選用直接對(duì)鋼冶煉效益產(chǎn)生影響，通常對(duì)特別種類的鋼冶煉可選擇低鈦合金作為原輔料，通過(guò)對(duì)原輔料中鈦含量的控制來(lái)降低TiO₂的產(chǎn)生，從而使鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)鈦的氧化還原反應(yīng)無(wú)法生效，這便能夠進(jìn)一步提高鋼冶煉的實(shí)際質(zhì)量，確保鈦元素不會(huì)對(duì)鋼冶煉造成不利影響。

4實(shí)施效果與分析

鋼冶煉從轉(zhuǎn)爐到終點(diǎn)部分實(shí)際TiO₂含量逐步增加，最高可達(dá)15×10^-4%。按圖1數(shù)據(jù)分析，部分TiO₂元素產(chǎn)生與合金料帶入有著一定的關(guān)系，而另一部分則多由轉(zhuǎn)爐氧化渣下渣而產(chǎn)生。在基礎(chǔ)還原條件下TiO₂含量不斷升高，導(dǎo)致鋼冶煉強(qiáng)度下降。為有效解決該問(wèn)題，在采取微量元素處理措施后，TiO₂含量最終控制在4×10^-4%的合理范圍內(nèi)。轉(zhuǎn)爐產(chǎn)生的低鈦軸承鋼其核心在于對(duì)出鋼下渣的控制，同時(shí)選擇低鈦原輔料也對(duì)控制鈦元素的產(chǎn)生具有良好的作用，具體的冶煉過(guò)程中低鈦軸承鋼TiO₂含量變化如圖2所示。

5結(jié)語(yǔ)

轉(zhuǎn)爐冶煉低鈦軸承鋼的生產(chǎn)對(duì)進(jìn)一步提高該類鋼制產(chǎn)品質(zhì)量具有一定的幫助，同時(shí)可降低鋼材料過(guò)度疲勞問(wèn)題的產(chǎn)生，延長(zhǎng)軸承鋼使用年限。轉(zhuǎn)爐冶煉低鈦軸承鋼的制作及核心基礎(chǔ)即是降低鈦元素含量，降低TiO₂對(duì)軸承鋼的影響。由于現(xiàn)階段鋼產(chǎn)品生產(chǎn)工序繁瑣，對(duì)于鈦含量的控制，要求充分掌握轉(zhuǎn)爐冶煉低鈦軸承鋼的控制處理技術(shù)，以此從根本上提高低鈦軸承鋼的冶煉質(zhì)量。