【摘 要】
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60年代初我国已开始采用电渣重熔工艺生产军甲轴承钢,在生产过程中“三七渣”被广泛应用,其综合冶金性能较好,能有效去除钢中的非金属夹杂物及硫等杂质元素。但是在冶炼过程中采用该渣系将挥发出大量的氟化物气体污染环境;熔渣的电导率大,造成熔炼过程电耗高;熔炼过程渣系成分变化较大,影响重熔工艺的稳定性;渣系中含有30%左右的Al2O3,熔炼铝脱氧轴承钢时,影响对Al2O3类夹杂物的去除效果。目前某钢厂在采用
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60年代初我国已开始采用电渣重熔工艺生产军甲轴承钢,在生产过程中“三七渣”被广泛应用,其综合冶金性能较好,能有效去除钢中的非金属夹杂物及硫等杂质元素。但是在冶炼过程中采用该渣系将挥发出大量的氟化物气体污染环境;熔渣的电导率大,造成熔炼过程电耗高;熔炼过程渣系成分变化较大,影响重熔工艺的稳定性;渣系中含有30%左右的Al2O3,熔炼铝脱氧轴承钢时,影响对Al2O3类夹杂物的去除效果。目前某钢厂在采用“三七渣”生产轴承钢的过程中出现了夹杂物评级超标的问题,因此本课题开展了电渣重熔生产高洁净度GCr15轴承钢实验相关研究。本课题首先调研了钢厂GCr15自耗电极中全氧的质量分数、夹杂物控制水平;进一步地,针对目前在电渣重熔过程中采用“三七渣”生产轴承钢时出现夹杂物评级超标等问题,利用FactSage热力学软件进行了渣系设计,并对渣系的熔化温度、黏度、密度、电导率等性质进行了比较;随后对实验渣系开展了与氧化铝夹杂物垫片的润湿性实验,以及与氧化铝夹杂物棒、六铝酸钙夹杂物棒的溶解实验;紧接着采用S1渣与S2渣进行了渣金平衡实验,并对实验过程钢中全氧的质量分数变化情况及夹杂物形成机理进行了分析;最后将S1渣与S2渣进行了工业化试验,并对试验后电渣锭中全氧的质量分数、夹杂物控制情况进行了分析比较。通过上述实验得出了以下结论:钢厂采用EAF→LF→VD→CC工艺生产的GCr15自耗电极,不同部位全氧的质量分数及非金属夹杂物存在一定的差异。其中自耗电极中心质量较差,存在尺寸大于10 μm的氧化铝颗粒状夹杂物,并且在其周围有缩孔产生。这类夹杂物在评级过程中属于D类夹杂物,是降低轴承钢疲劳寿命的主要原因。同时由于缩孔的产生对轴承钢中全氧的质量分数检测产生了较大干扰,全氧的质量分数检测值从边缘到中心分别为0.00069%、0.00103%、0.00144%。自耗电极中杂质元素S、P、Ti的质量分数分别为0.003%、0.0097%、0.001%。出于提高电渣重熔渣系对氧化铝类夹杂物去除能力的目的,选择CaF2-Al2O3-CaO-MgO四元渣系,采用FactSage软件计算出渣系中合适的MgO加入量为5%,由此设计了三组新渣系。比较了新渣系与现有“三七渣”的熔化温度、黏度、电导率、密度。结果显示,新设计的三组渣系更有利于重熔GCr15轴承钢。S1~S4渣系熔化时与氧化铝夹杂物垫片的润湿角分别为77°、52°、44°、46°;S1~S4渣系对氧化铝夹杂物棒的溶解速率分别为0.022 g/min、0.142 g/min、0.101 g/min、0.114 g/min;S1~S4渣系对六铝酸钙夹杂物棒的溶解速率分别为0.38 g/min、0.5 g/min、0.37 g/min、0.34 g/min;由此确定最优渣系为S2。对现有渣系S1与最优渣系S2开展渣金平衡实验,结果表明随着渣金反应时间的延长,钢中全氧的质量分数逐渐增加,与两组渣系平衡反应30min后,钢中全氧的质量分数分别为0.0016%、0.00145%;与S2渣系平衡反应结束后,钢中夹杂物主要为复合的铝酸钙类夹杂物、硫化钙包裹的钙铝镁类夹杂物、氮化钛类夹杂物等,其中夹杂物的尺寸多分布在2.5μm左右,夹杂物的形状大多数呈球状,氮化钛类夹杂物呈尖角菱形。对现有渣系S1与最优渣系S2开展电渣重熔试验,试验结束后电渣锭中全氧的质量分数分别为0.0019%、0.0022%;由于重熔过程全氧的质量分数升高,钢中Al元素、Si元素出现不同程度烧损;电渣重熔过程中硫的去除率分别为53%、63%;夹杂物评级结果表明采用S1渣系重熔后电渣锭中夹杂物D细为1.0级,采用S2渣系重熔后电渣锭中夹杂物D细为0.5级。从热力学角度分析了电渣重熔过程中全氧的质量分数的增加原因,钢中全氧质量分数升高主要是由于在重熔过程中未采用保护性气氛导致渣中氧势较高,钢中硅元素烧损,使熔渣中SiO2的比例增加,导致原先目标区域落在了全氧的质量分数较高一侧。在轴承钢生产过程中,如果要获得全氧质量分数较低的电渣锭,应该适当增加S2渣系中氧化钙的比例,并同时采用保护性气氛。
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