南鋼軸承鋼冶煉過程氧、氮含量變化研究

陶 濤，邱軍華，趙海洋，江 野

（南京鋼鐵股份有限公司，江蘇 南京 211500）

軸承鋼的氧含量一定程度上代表著企業(yè)的軸承鋼純凈度水平[1-3]，氮含量變化代表了LF 精煉過程電極使用、VD 脫氣能力以及連鑄保護(hù)澆注能力[4-8]。

1 研究方法

本文對南鋼全澆次軸承鋼進(jìn)行全流程系統(tǒng)取樣，系統(tǒng)分析各環(huán)節(jié)氧、氮含量變化情況。

具體取樣方案為：鋼包至精煉位、并渣化好后取LF 進(jìn)站鋼樣，LF 精煉調(diào)成分過程中同時取鋼樣，LF 出站時取鋼樣；在VD 破空后取鋼樣，軟吹15min 和30min 取鋼樣；每爐中間包取2 個鋼樣，分別在大包的澆注前期和澆注后期各取鋼樣；每爐取1 個尺寸為480×320×80mm 的鑄坯樣。

2 各工序氧、氮含量變化

各工序鋼中總氧T.o.、N 含量的變化示于表1 和表2，變化趨勢如下圖1 和圖2。

圖1 第二爐各工序鋼中T.O.、N 含量

表1 各工序鋼中總氧T.O.含量 (ppm)

表2 各工序鋼中N 含量 (ppm)

圖2 第三爐各工序鋼中T.O.、N 含量

3 全流程氧、氮含量變化分析

第二爐鋼水在電爐出鋼經(jīng)過LF 加熱后總氧含量T.o.為16.1 ppm，分別加入低碳鉻鐵、低鈦高碳鉻鐵和低碳鉻鐵、鉬鐵合金兩次調(diào)成分后兩次取樣，總氧含量T.o.分別為8.1 ppm 和7.5 ppm，LF 出站時為6.9 ppm，VD 破真空后降至3.2 ppm，VD 軟吹15min 后為5.4 ppm，軟吹30min 后為4.0 ppm，VD 出站后降至3.3 ppm，中間包出站時為3.9 ppm，鑄坯平均為4.7 ppm，軋材總氧含量T.o.為3.3 ppm。加入低碳鉻鐵、低鈦高碳鉻鐵合金后T.o.去除了49.7%，加入低碳鉻鐵、鉬鐵合金后T.o.去除了7.4%，LF 精煉T.o.去除了57.1%；VD 真空處理T.o.去除了53.6%,VD 軟吹過程中鋼液全氧含量增加，有可能吹氬流量過大，使上浮的夾雜物隨鋼流的循環(huán)重新進(jìn)入鋼液或造成卷渣，引起夾雜物及全氧含量增加；中間包T.o.略微上升，基本維持穩(wěn)定。連鑄過程由于發(fā)生二次氧化，導(dǎo)致T.o.含量升高，軋材中T.o.含量有所下降。第二爐鋼水在電爐出鋼經(jīng)過LF 加熱后N 含量為43.4 ppm，分別加入低碳鉻鐵、低鈦高碳鉻鐵和低碳鉻鐵、鉬鐵合金兩次調(diào)成分后兩次取樣，N 含量分別為44.5 ppm 和50.2 ppm，LF 出站時為50.2 ppm，VD 破真空后降至32.6 ppm，VD 軟吹15min 后為31.9 ppm，軟吹30min 后為33.1 ppm，VD 出站后降至32.3 ppm，中間包出站時為39.9 ppm，鑄坯平均為39.5 ppm，軋材氮含量為42.4 ppm。LF 精煉過程中鋼液中N 含量增加，一方面是電極加熱，空氣電離，另一方面大氣量攪拌脫硫，渣眼面積太大，導(dǎo)致鋼液中N 含量增加；在真空狀態(tài)下吹氬攪拌鋼液，一方面增加了鋼液與真空的接觸界面積；另一方面包底上浮的氬氣泡相對于鋼液中溶解的氣體就像一個個細(xì)小的“真空室”，分壓幾乎為零，吸收鋼液內(nèi)溶解的氣體，加強(qiáng)了真空脫氣效果，總體來看，VD 真空處理具有很好的脫氣效果，N 去除了35%，連鑄過程中氮含量上升，有出現(xiàn)增氮現(xiàn)象，發(fā)生二次氧化，保護(hù)澆鑄方面有待改善。

第三爐鋼水在電爐出鋼經(jīng)過LF 加熱后總氧含量T.o.為12.1 ppm，分別加入低碳鉻鐵、低鈦高碳鉻鐵和低碳鉻鐵、鉬鐵合金兩次調(diào)成分后兩次取樣，總氧含量T.o.分別為7.6 ppm 和7.8 ppm，LF 出站時為7.5 ppm，VD 破真空后降至3.3 ppm，VD 軟吹15min 后為3.1 ppm，軟吹30min 后為3.8 ppm，VD 出站后降至2.7 ppm，中間包出站時為3.4 ppm，鑄坯平均為6.7 ppm，軋材總氧含量T.o.為1.4 ppm。加入低碳鉻鐵、低鈦高碳鉻鐵合金后T.o.去除了37.2%，LF 精煉T.o.去除了38.0%；VD 真空處理T.o.去除了56.0%,VD 軟吹30min 過程中鋼液全氧含量略微增加，有可能吹氬流量過大，使上浮的夾雜物隨鋼流的循環(huán)重新進(jìn)入鋼液或造成卷渣，引起夾雜物及全氧含量增加；中間包T.o.略微上升，基本維持穩(wěn)定。連鑄過程由于發(fā)生二次氧化，導(dǎo)致鑄坯T.o.含量急劇升高，軋材中T.o.含量有所下降。第三爐鋼水在電爐出鋼經(jīng)過LF加熱后N含量為39.4 ppm，分別加入低碳鉻鐵、低鈦高碳鉻鐵和低碳鉻鐵、鉬鐵合金兩次調(diào)成分后兩次取樣，N含量分別為41.8 ppm 和42.0 ppm，LF 出站時為43.8 ppm，VD 破真空后降至35.4 ppm，VD 軟吹15min 后為34.6 ppm，軟吹30min后為34.1 ppm，VD 出站后升至34.4 ppm，中間包出站時為36.1 ppm，鑄坯平均為38.8 ppm，軋材氮含量為39.0ppm。LF 精煉過程中鋼液中N 含量增加，一方面是電極加熱，空氣電離，另一方面大氣量攪拌脫硫，渣眼面積太大，導(dǎo)致鋼液中N 含量增加；在真空狀態(tài)下吹氬攪拌鋼液，一方面增加了鋼液與真空的接觸界面積；另一方面包底上浮的氬氣泡相對于鋼液中溶解的氣體就像一個個細(xì)小的“真空室”，分壓幾乎為零，吸收鋼液內(nèi)溶解的氣體，加強(qiáng)了真空脫氣效果，VD 真空處理具有很好的脫氣效果，N 去除了19.2%，連鑄過程中氮含量上升，有出現(xiàn)增氮現(xiàn)象，保護(hù)澆鑄方面有待改善。

4 結(jié)論

（1）LF 過程氮含量增加原因有兩個，一方面是合金中有氮元素，導(dǎo)致鋼液增氮，另外一方面是電極加熱導(dǎo)致增氮，精煉造渣不斷吸附夾雜物導(dǎo)致鋼液中氧含量不斷降低。

（2）VD 高真空過程氮、氧含量均減少，破空靜攪過程渣面不斷吸附夾雜物氧含量減少。

（3）連鑄過程存在增氮、增氧現(xiàn)象，推測為二次氧化導(dǎo)致。