30tEAFLFVD冶煉軸承鋼的工藝優(yōu)化

1、30tEAF-LF-VD 冶煉軸承鋼的工藝優(yōu)化左秀榮 張慶才 顧文俊 李廣田 閻立懿 李立新Optimization of 30 t EAF-LF-VD Steelmaking Processfor Producing Bearing SteelZuo Xiurong, Zhang Qingcai and Gu Wenjun(Beiman Special Steel Co Ltd, Qiqihaer 161041)Li Guangtian, Yan Liyi and Li Lixin(Northeastern University)1 試驗(yàn)條件及目的冶煉設(shè)備為北滿特鋼 30 t EBT 電弧爐

2、與 40 t LF/VD 精煉爐。工藝 流程為：電爐熔化、氧化一偏心爐底出鋼一鋼包合金化一進(jìn) LF爐一升溫 及精調(diào)成分一進(jìn)VD爐一出爐、澆注。全系統(tǒng)的優(yōu)化是根本目的，而系統(tǒng) 內(nèi)各單元的優(yōu)化是服務(wù)系統(tǒng)優(yōu)化的 “，把LF、VD看成系統(tǒng)中的單元， 尋求合理的工藝參數(shù)，改善過程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，對過程作系統(tǒng)分析并 建立數(shù)學(xué)模型。2 逐步回歸分析與模型的建立LF/VD主要功能是通過吹氬、精煉渣精煉、真空等手段獲得純凈鋼 水。鋼中氧含量是影響軸承鋼疲勞壽命的最重要因素 2。首先選取氧含 量為因變量。 根據(jù)生產(chǎn)工藝過程選取 15 個(gè)變量進(jìn)行篩選。 精煉渣組成固 定、LF/VD過程中吹氬量及吹氬壓力分別固定，均

3、不選入自變量。以 92 爐GCr15的冶煉工藝參數(shù)作為分析研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。通過逐步回歸得到經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ腿缦拢核? =-1.5155 t lf-1.8700 t vd+8.3579Xc-12.9329X Si+8.87613XMn-5.6116XCr+7.4574P+62.2706(1)式中 工0 熔檢氧含量/ x 10-6 ；Xsi入LF鋼水硅含量/%;t LF入 LF 鋼水溫度（x 10-2）/ C；Xm 入LF鋼水錳含量/%t vd入 vd鋼水溫度（x 1o-2）/ r；Xcr入LF鋼水鉻含量/%Xc入LF鋼水碳含量/%;PVD中最低真空度/（ x 1.33）Pa3最優(yōu)工藝參數(shù)確定3.1 LF

4、精煉時(shí)間控制工0與Ta回歸模型如下： 藝0 =3.7579 X 10-3Ar-0.5300TAr+27.6440式中 TaLF吹氬加熱時(shí)間/min。Ta=70.5 min圖1示出Ta分布狀態(tài)。從圖中可看出LF最長吹氬加熱時(shí)間為115min,最短為40 min，平均為73.6 min，且近75%分布于6090 min。根據(jù)圖1,確定LF吹氬加熱時(shí)間為6575 min。圖1LF精煉時(shí)間分布狀態(tài)圖Fig.1 Distribution diagram of refining time in LF process3.2 喂Al制度工O與Xsai回歸方程如下：藝O =1.4455 X 10-2X2sai-

5、0.7188Xsai+18.5867式中 Xsai鋼水酸溶鋁含量/ X 10-3%Xsai min =24.9根據(jù)Xsai分布狀態(tài)圖，Xsai最大值為40,最小值為11 ,平均值為27； 近80%勺Xsai分布于2035之間。出VD爐后喂Al量應(yīng)使成品鋼中Xsai 達(dá)到2030盡量接近25。3.3 溫度制度3.3.1 出鋼溫度制定從回歸方程(1)可看出入LF鋼水溫度、入VD鋼水溫度越高，越有利 于降氧。圖2為出鋼過程鋼水溫降分布狀態(tài)圖。最低溫降為85 C,最高溫降為145 C,平均溫降為115 C,而溫降分布率峰值也處于此值。約 85血降在105135 C之間。圖2出鋼溫降分布狀態(tài)圖Fig.2

6、Distribute n diagram of tapp ing temperature decreme nt考慮初煉爐和鋼包所能承受溫度及出鋼溫度過高出鋼過程二次氧化 嚴(yán)重等因素，出初煉爐鋼溫定為 1 6201 630 C,按出鋼過程平均溫 降119 C，則入LF鋼水溫度約為1 500 C。3.3.2 入VD爐溫度制定圖3為VD過程溫降分布圖，近80%勺溫降在90110 C范圍內(nèi)，根 據(jù)GCr15熔點(diǎn)和鎮(zhèn)靜、澆鑄過程中降溫，出 VD爐溫度應(yīng)為1 510 C左 右，VD過程降溫按100 C計(jì)算，則入VD爐溫度應(yīng)在1 6001 620 C 之間。圖3 VD過程溫降分布圖Fig.3Distribu

7、tio n diagram of temperature decreme nt in VDprocess圖4為LF/VD過程溫度走向圖，3條曲線分別為溫度平均值和范圍 值?？梢娙隠F、入VD爐鋼水溫度波動(dòng)較大，應(yīng)嚴(yán)格按以上制定的工藝 溫度操作，提高溫度的穩(wěn)定性，確保標(biāo)準(zhǔn)化操作。圖4 LF/VD過程溫度走向圖Fig.4Temperature variatio n in LF/VD process3.4合金加入制度粗調(diào)合金成分控制合理，能減輕 LF/VD的調(diào)合金任務(wù)，實(shí)現(xiàn)精煉爐 脫硫、脫氣、去夾雜功能。從 式可看出，入LF鋼水成分即粗調(diào)成分，Si、Cr越高，Mn越低 越有利于降氧。為此制定 Si、

8、Cr按規(guī)格中限調(diào)整，Mn按規(guī)格下限調(diào)整。 3.5真空及供氬制度真空操作的目的是去氣、脫氧、去夾雜及防止吹氬時(shí)鋼液裸露發(fā)生 二次氧化。從(1)式可看出，在現(xiàn)有設(shè)備條件下真空度越高脫氧效果越好。根據(jù)Sundberg 3吹氬攪拌能公式：=0.0062 X QX (t 1+273)X 1-(t g+273)/(t 1+273)+ln(p 2/p 1) /M1(2)式中攪拌功率/wt-1 ；p2，p1鋼包底部和真空室壓力/Pa;Q氬氣流量/L.min-1;tg，t1氬氣和鋼水溫度/C；M鋼水量/t 0從(2)式可看出，真空吹氬攪拌可進(jìn)一步促進(jìn)脫氧過程，此時(shí)隨 P1 的降低應(yīng)減少氬氣流量 Q保持恒能攪拌，

9、防止溢渣。4試驗(yàn)結(jié)果按上述工藝參數(shù)冶煉軸承鋼，氧含量見表1，其中氧含量平均值為10.49 X 10-6，波動(dòng)范圍8X 10-614X 10-6。夾雜物級(jí)別見表2o表1軸承鋼氧含量分布表(47爐)Table 1Distributi on of oxyge n content in beari ng steel (47heats)氧含量/ X 10-6| w 9 |w 10 |A7| w 13 II| w 15 |p20|試驗(yàn)工藝藝0分布/%29.1754.1764.585.83100100原工藝工O分布/%20.2144.2352.69|2.2293.12100表2軸承鋼夾雜物級(jí)別Table 2

10、In clusi on rate in beari ng steel工藝檢驗(yàn)批數(shù)ABCD細(xì)粗|細(xì)粗細(xì)粗細(xì)|粗試驗(yàn)工藝1380.100|0.410.20|0.1200回0原工藝1260.169|0.640.38|0.39冋00.1065結(jié)論LF精煉時(shí)間應(yīng)控制在 6575 min。(2) 出VD爐后喂鋁量應(yīng)使成品鋼中酸溶鋁量達(dá)到0.025%。(3) 出初煉爐時(shí)鋼水溫度為1 6201 630 C,入VD爐鋼水溫度為1 600 1 620 C。(4) 粗調(diào)成分Si、Cr按規(guī)格中限調(diào)整，Mn按規(guī)格下限調(diào)整。作者簡介：左秀榮，女，32歲，工程師。1990年東北大學(xué)鋼鐵冶金系畢 業(yè)；1999年東北大學(xué)碩士畢業(yè)。從事鋼的爐外精煉