精炼渣成分控制.docx

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精炼渣成分控制

化学成分

帘线钢要求控制的化学元素较多，表3列出了国内72，82帘线钢盘条化学成分要求。

表3只是基本标准，各企业内控各不相同，但实际控制水平均要比表3严格的多。

国内钢厂大多在C，Mn，Si，O等成分的控制上一般没有问题，但在S，P，Al等元素的控制上虽然能达到基本标准，但控制水平大多偏低，同国外相比还有一定差距，这也是制约我国帘线钢水平上一个台阶的重要因素。

夹杂物

国际上对帘线钢夹杂物要求常用的是意大利的皮拉利标准，要求夹杂物数量<1000个/cm³，尺寸<15微米，高强度帘线钢要求夹杂物直径小于钢丝直径的2%；允许有纯Al203夹杂物存在，复合夹杂物中A1203含量≤50%，因铝酸钙类夹杂物无可塑性，也不允许存在。

国内对夹杂物要求一般采用评级的方式，要求塑性夹杂A类、C类≤1级，脆性夹杂B类、D类≤0。

5级。

因此，为了保证钢帘线产品质量，盘条金相组织中索氏体含量≥85%，不得有M、B、网状渗碳体等有害组织，表面脱碳层≤0.08mm。

力学性能方面，72级帘线钢要求抗拉强度（1050士90）MPa，断面收缩率≥35%，82级要求抗拉强度（1150士90）MPa，断面收缩率≥300%。

　非金属夹杂物控制

造成帘线钢在拉拔或合股过程中断裂的最重要因素之一就是钢中非金属夹杂物,特别是硬质、不变形夹杂物,如Al2O3和（Mg、Mn）O·Al2O3,对高强度帘线钢的影响更为突出,因此在生产高强度帘线钢时,采用洁净钢、超洁净钢冶炼技术就显得十分必要。

帘线钢炉外精炼的目的就是合理控制顶渣成分,通过钢渣界面反应来最大限度地减少有害夹杂物的影响,并对钢中夹杂物的形态、数量和大小进行有效控制是帘线钢生产的关键性环节。

夹杂物目标化学成分帘线钢中的夹杂物主要有两种类型,一种是来自于炉渣的CaO-SiO2-Al2O3系夹杂物,另一种是来自于脱氧产物的SiO2-MnO2-Al2O3系夹杂物。

其中锰铝榴石（3MnO-Al2O3-SiO2）和位于钙斜长石（CaO-Al2O3-SiO2）和假硅灰石（CaO-SiO2）共晶线周边区域的夹杂物属玻璃态塑性夹杂（图1）,具有熔点低（1000～1400℃）,变形性好,吸附夹杂能力强,凝固过程中无外来相析出等特点,是帘线钢夹杂物控制的理想区域。

国外学者研究发现,在上述两个区域内,当Al2O3的质量分数为15%～25%时,夹杂物的不可变形指数最低（图2）,如果Al2O3含量太高,凝固过程中Al2O3夹杂易析出,如果Al2O3含量太低,则凝固过程中SiO2夹杂易析出。

因此,帘线钢中理想夹杂物成分为:

w（CaO）/w（SiO2）≤1.08,w（Al2O3）=15%～25%。

轮胎钢帘线作为橡胶轮胎的骨架材料，要求其具有动态弹性率大、强度高、拉伸蠕变小、尺寸稳定性好以及弯曲刚度高等特点。

钢帘线的单丝直径一般为0.15-0.38mm。

冷拔和捻股过程中发生断丝的主要原因是钢中存在硬而不变形的脆性夹杂物。

在成品钢帘线的动态疲劳性能试验或在轮胎的实际应用中，即便是细小的脆性夹杂物颗粒也能导致早期断裂。

非金属夹杂物除影响帘线钢盘条的强度外，钢丝在拉拔和捻股过程中还容易断丝，给生产带来很大的损失，应用效果也差。

生产高碳钢丝时，线径Φ0.2mm的钢丝中只要存在一个大颗粒夹杂物就会断线，特别是高强度化导致硬度提高，对钢丝影响更大。

帘线钢对钢中的非金属夹杂物有着特别严格的要求。

因此，通常采用炼钢炉外精炼工艺等措施控制非金属夹杂物。

帘线钢中非金属夹杂物的控制

夹杂物的控制是帘线钢生产中至关重要的环节。

只有严格控制钢中夹杂物的数量、尺寸及形态，才能减少钢帘线拉拔及合股过程中断丝的几率。

21帘线钢中理想的夹杂物形态

国外专家对帘线钢中理想的夹杂物形态及成分进行了大量的研究认为，采用Si-Mn脱氧的帘线钢中主要有MnO-A203-SiO2系（来自脱氧产物）和Ca0-Al203-Si2O2系（来自炉渣）两种夹杂物。

MnO-A203-SiO2系理想的夹杂物成分范围应该是锰铝榴石（3Mn0·Al203·3SiO2）及其周围的低熔点区域，见图1所示Ca0-Al203-SiO2系理想的夹杂物成分范围为钙斜长石（Ca0·Al203·2SiO2）与假硅灰石（Ca0·SiO2）相邻的周边低熔点区域，见图2所示。

以上区域的夹杂物熔点较低（≤1500℃），变形性较好，在制作帘线拔丝及合股过程中不会造成断丝。

22LF炉精炼渣设计

根据上述分析，配制LF精炼渣的主要成分应为CaO,SiO2和Al203。

根据三元系相图（见图3所示）和夹杂物的要求确定精炼渣的成分，利用已知的相平衡状态图和渣结构的基本规律，并结合经验和工艺条件的要求，设计合理的基础渣化学组分。

能最有效控制夹杂物形态的精炼渣成分应该是硅灰石或与其相似成分，硅灰石具有低氧势、低熔点、易吸收脱氧产生的夹杂物等优点，尤其是Al203，而且当硅灰石与少量萤石或Al203混合时，熔点将降至1200℃。

3Al203夹杂物

根据SMaeda的研究结果，夹杂物中Al203含量与不变形夹杂物指数的关系见图4所示。

由图4可见，夹杂物中Al203含量为20%时，不变形夹杂物指数最低，而此时精炼渣中Al203含量约为8％

3采用合成渣精炼控制帘线钢中的夹杂物

根据相图和上述研究结果，采用硅灰石及其相似成分作为合成精炼渣，能有效地控制钢中夹杂物的数量和类型，主要采取以下工艺措施:

（1）铁水预脱硫，入LF炉钢水S含量≤0010％，为采用低碱度渣创造条件;

（2）添加硅灰石及相似成分，造低碱度合成精炼渣，延长渣洗时间，提高去除B类、D类夹杂的能力;

（3）采用专用脱氧剂及合金脱氧;

（4）在精炼处理过程中不加A}减少渣中Al203含量，精炼结束时炉渣Al203含量控制在8%左右，精炼最终目的是把夹杂物中的Al2O控制在20%左右;

（5）保证VD真空处理效果及处理后静吹时间，使夹杂物充分碰撞、聚集并上浮排除。

4结论

（1）生产帘线钢时，采取以硅灰石及其相似

成分的合成渣精炼工艺能够有效控制帘线钢中非

金属夹杂物的形态和数量，得到熔点低、塑性良好

的脱氧产物，夹杂物形态以半塑性和塑性为主。

（2）}灯采用合成渣精炼工艺对钢水进行充分的渣洗，使夹杂物有充分的时间碰撞、聚集并

上浮，钢中夹杂物的尺寸变小，满足了帘线钢性能

的要求。

高质轴承钢要求高的纯净度和组织均匀，即杂质元素和非金属夹杂少，碳化物细小且分布均匀。

精炼渣具有脱氧、脱硫、去夹杂的作用，其性质直接影响LF精炼过程的冶金效果。

当碱性还原渣同钢液密切接触时，钢液中实际的氧、硫的数值大于同渣平衡的氧、硫的数值，使钢液中的氧和硫向渣中打一散川;精炼渣中Ca0，A120，等成分能够与Si，A1，Mn等的脱氧产物结合成低熔点的化合物，从而降低脱氧产物的活度，强化脱氧反应;由于精炼渣均由氧化物组成，氧化物之间的界面张力小，易于结合成低熔点化合物，而钢液与脱氧产物间的界面张力大于渣和脱氧产物之间的界面张力，精炼渣可以吸收脱氧产物，使脱氧产物容易从钢液中排除。

此外，精炼渣融化后形成泡沫渣，渣层覆盖钢液，可有效防止气体吸人，且有利于埋弧操作，减轻电弧对钢包内衬和钢包盖的损害，提高热效率，”。

因此，研究精炼渣成分变化及其对钢洁净度的影响，对LF精炼作用的充分发挥具有重要意义。

GCr15轴承钢是重要的机械基础件用钢，在大多数机械产品和工程结构中应用十分广泛，它在很大程度上决定了装备的精度、性能、寿命与可靠性随着科学技术的发展，对轴承的寿命提出了更高更严的要求，而其纯洁度和组织均匀性是影响其使用寿命的重要因素。

要对轴承钢中夹杂物进行控制，首先要对钢中的夹杂物的种类、形态作一下定性分析，弄清楚夹杂物的来源，然后采取针对性的措施，从轴承钢轧材取样，然后通过扫描电镜观察，发现A类硫化物夹杂、B类氧化铝夹杂、D类铝酸钙复合夹杂物以及镁铝尖晶石夹杂和氮化钛夹杂。

其中A类硫化物夹杂在轧制过程中可塑性变形，对轴承钢的疲劳寿命危害相对较小，只要把钢中硫含量降低到规格要求以下即可。

B类氧化铝夹杂是脆性夹杂物，为铝脱氧产物，常聚集为团簇状，轧制过程中沿轧制方向排列为点状或串状。

其对轴承钢疲劳寿命有害，并且钢中高的氧化铝含量会在浇注过程中产生水口结瘤。

D类铝酸钙复合夹杂物为点状夹杂物，来源为氧化铝与渣中氧化钙生成的复合化合物。

其在轧制过程中不变形，容易造成应力集中形成裂纹源，降低轴承钢疲劳寿命。

镁铝尖晶石是氧化铝与渣中氧化镁和包衬带入的氧化镁复合生成的硬脆性夹杂物，对轴承钢疲劳寿命有害。

氮化钛夹杂是具有棱角的硬而脆的夹杂物，由钢中溶解的氮与合金所带入钢中的钛生成。

其在热加工过程中不变形，并且其棱角容易划伤钢的基体成为疲劳裂纹源。

　轴承钢的性能主要取决于钢的化学成分、纯洁度和组织均匀性三个方面，其中尤以化学成分影响最大。

碳在GCr15中保证其具有足够的淬透性、硬度值和耐磨性。

但太高容易产生大块碳化物。

铬是碳化物形成元素，主要作用是提高钢的淬透性和耐腐蚀性能，并可提高强度、硬度、耐磨性、弹性极限和屈服强度。

铬过高会因残余奥氏体量增加而降低硬度，并容易形成大块碳化物，使钢的韧性降低。

锰和铬一样是碳化物形成元素，但这种碳化物易溶于奥氏体，回火时易析出和聚集，所以锰元素主要作为脱氧元素，一般不宜太高。

硅在GCr15中也主要作为脱氧元素，虽可强化铁素体，提高强度，但使钢的过热敏感性、裂纹和脱碳倾向性增加，一般不宜控制太高。

硫、磷在轴承钢中，被视为有害元素。

硫容易形成硫化物夹杂，影响钢的性能磷在钢中严重引起凝固时的偏析，磷溶于铁素体使晶粒扭曲、粗大，且增加冷脆性。

钛溶解钢中的氮有着极强的亲和力，所形成的氮化钛夹杂坚硬、呈棱角状，对轴承钢疲劳寿命影响极大。

其它残余元素:

镍由于增加了淬火后残余奥氏体量，降低硬度，故受到限制，铝也作为参与元素存在，其有害作用不明显，铜为低熔点有色金属，它的存在使钢加热时容易形成表面裂纹，同时也会引起钢的时效硬化，影响轴承精度。

轴承钢精炼渣系主要是以Ca0-A1203和Ca0-Si02-A1203的高碱度精炼渣系为主。

由Ca0-A1203二元相图可知:

渣中存在低熔点的化合物12Ca0-A1203，可通过调节精炼渣中A1203含量降低熔渣的熔点，改善合成渣精炼的动力学条件。

Si02属于酸性氧化物，不利于精炼渣脱硫，但Si02对熔渣的泡沫化性能有较大的影响。

由Ca0-A120,元系和Ca0-Si02-A1203三元系表面张力图可知，Si02属表面活性物质，其含量增加可降低表面张力，促进发泡，增加渣膜的弹性和强度。

在轴承钢GCr15的试制过程中，精炼渣的组成

如表1所示

。