呂巖/中國第一重型機(jī)械股份公司
MC5冷軋工作輥冶煉澆注過程工藝控制
呂巖/中國第一重型機(jī)械股份公司
通過MC5冶煉過程分析及后續(xù)產(chǎn)品超聲波探傷結(jié)果,對(duì)影響產(chǎn)品質(zhì)量的工藝要素如鋼水溫度、成分、爐渣進(jìn)行了分析。
MC5;冷軋工作輥;冶煉過程控制
隨著國內(nèi)冶金制造企業(yè)軋機(jī)生產(chǎn)線裝機(jī)水平的日益提高,以及軋機(jī)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、品種的不斷增加,冷軋工作輥的材料從原來的2%Cr系列,已發(fā)展至5%Cr系列。本文以MC5材質(zhì)的鍛鋼冷軋工作輥?zhàn)鳛楫a(chǎn)品科研件,從降低產(chǎn)品成本和優(yōu)化制造流程出發(fā),工藝路線采取“EAF+VD+大氣保護(hù)下注”,澆注8T×2、8T×3兩盤5支下注鋼錠,詳細(xì)介紹冶煉澆注過程脫磷、脫硫、去氣、去夾雜的工藝控制,并結(jié)合產(chǎn)品后續(xù)探傷結(jié)果,提出相應(yīng)的質(zhì)量保證措施。
1.冶煉澆注方案。從降低產(chǎn)品成本和優(yōu)化制造流程出發(fā),MC5冷軋工作輥采用如下工藝流程:
電爐粗煉鋼水 →LF精煉爐 →Si熱法造渣→ 升溫→ 合金化 →精煉爐真空(VD)
微調(diào)成份 → 精煉出鋼 →大氣保護(hù)下注
2.化學(xué)成分控制。MC5冷軋工作輥化學(xué)成分冶煉過程控制見表1。
表1MC5冷軋工作輥化學(xué)成分規(guī)格控制%
良好的精料制度是產(chǎn)品冶金質(zhì)量得以保證的重要因素,原材料的工藝要求主要有:
(1)精選Ni、Mo廢鋼、一類生鐵,保證殘余元素;
(2)挑選精石灰、螢石,要求石灰必須燒透,儲(chǔ)藏時(shí)間不大于24小時(shí);
(3)各類鐵合金和其它輔助材料,按工藝要求烘烤保存;
(4)各種鋼水包要求無殘鋼殘?jiān)?,澆注系統(tǒng)及冶金附具應(yīng)做到清潔、干燥。
(5)該材質(zhì)為%5Cr系列鋼,由于采用的是本廠返回料,其殘余元素含量低,[P]、[S]含量能夠得到很好的控制,電爐出鋼[P]≤0.002%,[S]≤0.008%。
2.[P]的控制。眾所周知,對(duì)于煉鋼過程,脫磷反應(yīng)方程式為:
2[P]+(FeO)+4(CaO)=(Ca4P2O5)+[Fe]
(1)爐渣成份的變化,對(duì)鋼-渣間磷分配系數(shù)的影響為:
Lg=22350/T-16。0+0。08×(% CaO)+2。5lg(%FeO)(2)
因此,脫磷的最佳熱力學(xué)條件是:
(1)降低反應(yīng)溫度,有利于脫磷反應(yīng);
(2)提高爐渣的氧化性(提高FeO含量),有利于脫磷反應(yīng);
(3)增大爐渣渣量,有利于脫磷反應(yīng);
(4)適當(dāng)?shù)膲A度。
根據(jù)以上熱力學(xué)條件,我們?cè)跓掍撨^程中,把脫磷的任務(wù)主要放在電爐粗煉鋼水中進(jìn)行,即在電爐氧化期進(jìn)行脫磷操作,電爐粗煉鋼水冶煉工藝如下:
(1)配料:配碳量≥1。00%,石灰加入量為5%,爐底加入2~3%,余加在一次料面上或隨二次料加入,為達(dá)到早期去磷,同時(shí)在一次料面上加入2%的大塊氧化鐵皮。
(2)冶煉:在氧化期吹氧助熔,盡快形成高堿度、高氧化鐵(FeO)、低溫度的爐渣,同時(shí)開始放渣,重新造高堿度、高氧化鐵的新渣,以利去磷,當(dāng)P≤0。008%以下時(shí),結(jié)束氧化期操作,扒出全部氧化性爐渣,按4:1比例加入石灰、螢石造新渣。在出鋼時(shí),隨鋼流加入100kg 15-30mm小塊石灰及螢石,另外在兌入LF精煉爐時(shí),要求卡渣操作。
(3)提前合金化,為減少精煉爐冶煉時(shí)間,在粗煉鋼水冶煉時(shí),把Ni、Mo化學(xué)成份調(diào)整至規(guī)格中下限。
3.[S]的控制。煉鋼過程中,脫硫反應(yīng),可簡(jiǎn)單地寫成如下反應(yīng)式:
[FeS]+(CaO)= [FeO]+(CaS)△G0 =98474 -27。 82T J/mol
(1)
影響脫硫的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件是:
(1)高溫。因?yàn)殇摚g脫硫反應(yīng)是吸熱反應(yīng),因此升高溫度有利于脫硫反應(yīng)的進(jìn)行;
(2)高堿度、低氧化鐵含量、大渣量,有利于脫硫反應(yīng);
(3)對(duì)熔池進(jìn)行強(qiáng)力攪拌,在實(shí)際生產(chǎn)中影響脫硫的主要限制環(huán)節(jié)即脫硫速度常數(shù)(Ks),增大鋼-渣的接觸面積,可顯著提高Ks,有利于硫的去除;
綜合上述,采用LF精煉爐精煉MC5可以很好地解決了脫硫問題。由于LF鋼包和爐蓋是氣密結(jié)構(gòu),而且鋼包底部的氬氣和通電加熱時(shí)產(chǎn)生的一氧化碳?xì)怏w,使?fàn)t內(nèi)保持了還原性氣氛。因此強(qiáng)還原渣容易形成,而有利于脫硫,完全達(dá)到了成分的要求(S≤0.015)。
4.脫氣。采用大氣下注的澆注方式冶煉MC5鋼,與傳統(tǒng)工藝相比由雙真空處理變?yōu)榱藛握婵仗幚?,所以盡可能的降低鋼液中[H]、[O]、[N]的氣體含量非常重要。對(duì)此我們?cè)诠に嚿弦笥校?/p>
(1)各種受鋼包烘烤良好,溫度達(dá)到800℃以上,各種鐵合金和輔助材料都要求烘烤;
(2)精煉爐真空處理,由于采用氬氣底吹攪拌鋼液,尤其是在真空條件下,極大地增加了氣-渣接觸面積,提高了氣-渣的傳質(zhì)系數(shù);
(3)真空結(jié)束后,為防止鋼液升溫吸氣,盡可能不給電升溫;
(4)澆注時(shí)注流用氬保護(hù),通過彈性氬氣保護(hù)罩進(jìn)行保護(hù)澆注到澆注結(jié)束。
5.夾雜物的去除。在具體的冶煉操作中,主要采取如下措施來降低鋼中夾雜物的數(shù)量和其形態(tài)的改變。
(1)控制外來夾雜物進(jìn)入鋼水中。
(2)采用鋼包底部吹氬攪拌,去除內(nèi)在夾雜物。
(3)精煉過程鋼水溫度保持在1580~1620℃,石灰:螢石接近3:1,提高爐渣流動(dòng)性,增加吸附去除夾雜物能力。
3產(chǎn)品探傷結(jié)果。生產(chǎn)出來的五支鋼錠,工藝鍛比大于3,要求輥身與鑄錠軸線一致,輥坯經(jīng)正火、球化退火和回火后交貨。其中兩支軋輥探傷過程中出現(xiàn)草狀波問題,經(jīng)調(diào)質(zhì)后中心草狀波缺陷的得到明顯改善;有兩支機(jī)加后在近表面處出現(xiàn)線性夾雜物,其中最大夾雜物當(dāng)量直徑達(dá)到Ф2。
(1)采用EAF+VD+大氣保護(hù)下注的工藝路線生產(chǎn)MC5冷軋工作輥,可以有效降低產(chǎn)品成本,質(zhì)量穩(wěn)定可靠,完全能滿足產(chǎn)品技術(shù)條件要求;
(2)通過工藝控制可以有效的脫磷、脫硫,滿足化學(xué)成分的要求,脫氣及去除夾雜物的效果都達(dá)到預(yù)期效果;
(3)通過MC5冶煉過程分析及機(jī)加探傷結(jié)果反饋情況來看,以EAF+VD+大氣保護(hù)下注的工藝路線,其產(chǎn)品質(zhì)量較之EAF+VD+ESR有一定提高,為今后生產(chǎn)該類軋輥,優(yōu)化制造流程,積累了一定經(jīng)驗(yàn)。