一种去除轴承钢钢液中钛的合成渣料及其应用

摘要

本发明属于特殊钢冶炼领域，具体地，本发明涉及一种去除轴承钢钢液中钛的合成渣料及其应用。本发明的去除轴承钢钢液中钛的合成渣料，成分包括：55wt%～75wt%的MnO，25wt%～45wt%的SiO

说明书

技术领域

本发明属于特殊钢冶炼领域，具体地，本发明涉及一种去除轴承钢钢液中钛的 合成渣料及其应用。

背景技术

钛影响轴承钢的疲劳寿命，高档次轴承钢对钛有严格要求，最低要求Ti≤15ppm。 轴承钢初炼钢液脱氧合金化过程中是钢水增钛量最大的环节，优选低钛合金是当前 世界各国降低轴承钢钛含量的主要方法，但是低钛合金价格昂贵。采用低钛铬铁LF 进站钛含量约20～30PPM，采用普通铬铁，钛含量30ppm以上。普通铬铁、锰铁、 硅铁约含有0.2%-0.4%的钛，低钛铬铁含有0.03%-0.1%的钛，目前去除合金中钛的 方法在专利：《降低高碳铬轴承钢钛含量的方法，专利号201110354628.8》中有所阐 述，方法为：在出钢的过程中，先进行合金化，利用钢水中的溶解氧与钛反应生成 氧化钛，上浮去除，再加铝质脱氧剂、渣洗料进行脱氧去除夹杂，但这样做造成两 个问题，一个问题为在精炼过程中钢水中的酸溶铝会还原炉渣中的氧化钛，造成回 钛现象，整个精炼过程中约增10～15PPm的钛，第二个问题为由于铝质脱氧剂和渣 洗料在出钢末期加入，生成的三氧化二铝夹杂没有充分的时间上浮或吸附去除，造 成精炼去除夹杂物的任务过重。

日本的神户制钢采用转炉少渣量顶底复合吹炼冶炼轴承钢，将含钛高的铁合金 在转炉内加入，达到氧化去钛的目的，但对于生成的氧化钛夹杂如何快速吸附去除， 避免氧化钛夹杂在出钢过程中随钢液进入钢包没有做研究。

针对以上的技术不足，本发明提供一种去除轴承钢钢液中钛的电炉工艺。

发明内容

针对以上的技术不足，本发明提供了一种去除轴承钢钢液中钛的合成渣料。

本发明的去除轴承钢钢液中钛的合成渣料，其成分包括：55wt%～75wt%的 MnO，25wt%～45wt%的SiO₂。

根据本发明的去除轴承钢钢液中钛的合成渣料，其制备方法包括以下步骤：

1）以工业用二氧化锰粉末40wt%～50wt%、石英砂25wt%～35wt%、富锰矿 20wt%～25wt%为原料，称量配料、混匀；

2）将步骤1）的混合原料以温度1450～1550℃预熔，熔化均匀后从炉内放出， 液态渣出炉后冷却；

3）将冷却渣破碎加工，粒度尺寸为1～20mm，制得合成渣料。

上述制得的合成渣料保持干燥状态，防潮包装待用，预熔渣的加热熔化可以用 煤气加热、电加热等方法。

上述工业用二氧化锰粉末按质量百分比包括：MnO₂>75%，P<0.01%， S<0.04%；所述石英砂按质量百分比包括：SiO₂>90%，P<0.01%，S<0.04%；所述 富锰矿按质量百分比包括：MnO₂45%～55%，SiO₂10%～20%，Al₂O₃5%～15%， P<0.01%，S<0.04%。

本发明提供了一种含MnO和SiO₂的合成渣料，其成分范围为MnO约为55%～ 75%，SiO₂约为25%～45%，其成分范围在图1（MnO─SiO₂系状态图）中的A区 域，在A区域生成一个熔点为1350℃的化合物2MnO·SiO₂（锰橄榄石）和在1251℃ 形成一个共晶体。这种合成渣料属于酸性渣，熔点不大于钢液，密度也不大于钢的 密度，能和钢中所有夹杂发生作用，对氧化钛等碱性夹杂物有很好的吸附效果。

本发明还提供了上述合成渣料在去除轴承钢钢液中钛中的应用。

本发明提供的去除轴承钢钢液中钛的方法，包括以下步骤：

1）在利用电炉冶炼轴承钢的氧化末期扒渣完毕后，将高钛铬铁加入电炉中；

2）利用硅锰预脱氧，同时喷吹上述本发明的合成渣料吸附氧化钛杂质，其中， 所述合成渣料的成分包括：55wt%～75wt%的MnO，25wt%～45wt%的SiO₂；

3）喷吹合成渣料完毕后无渣出钢，出钢时随钢流加入铝质脱氧剂和铝酸钙类合 成渣进行脱氧和去除杂质。

根据本发明的去除轴承钢钢液中钛的电炉方法，步骤2）所述硅锰预脱氧步骤为 根据生产经验，用硅铁和锰铁组合物，或者用硅锰合金调整钢水成份至目标成份（Mn 含量0.1wt%～0.4wt%，Si含量0.1wt%～0.2wt%），其中Si的回收率取70%，Mn 的回收率取85%，未回收进入钢水中的Si、Mn元素量即为“硅锰预脱氧”消耗掉的 量。

根据本发明的去除轴承钢钢液中钛的电炉方法，步骤3）所述铝质脱氧剂优选为 铝锰铁或钢芯铝。

本发明具有如下优点：

1、在电炉氧化末期扒渣后进行合金化能充分氧化合金中的钛，可以采用廉价高 钛合金以降低生产成本。

2、在电炉内喷吹以上配方的合成渣能吸附TiO₂、MnO、SiO₂夹杂，氧化钛经渣 料溶解吸附上浮到电炉渣中，提高钢液纯净度。采用无渣出钢操作后，钢包顶渣中 的氧化钛含量很低，可以极大的降低回钛量，精炼过程中钢水增钛量微量。

3、采用硅锰预脱氧能极大的减少出钢钢水中的[O]含量，减少铝质脱氧剂使用 量，进而减少B类夹杂物(氧化铝类)，提高轴承钢使用寿命。

附图说明

图1是本发明的合成渣料的MnO-SiO₂系状态图。

图2是本发明实施例1的1873K时钢液中氧和钛的关系。

图3是本发明实施例1的用硅和锰脱氧时的平衡关系。

具体实施方式

实施例1

制备合成渣料：

1）以工业用二氧化锰粉末40wt%～50wt%、石英砂25wt%～35wt%、富锰矿 20wt%～25wt%为原料，称量配料、混匀；

2）将步骤1）的混合原料以温度1450～1550℃预熔，熔化均匀后从炉内放出， 液态渣出炉后冷却；

3）将冷却渣破碎加工，粒度尺寸为1～20mm，制得合成渣料。

上述制得的合成渣料保持干燥状态，防潮包装待用，预熔渣的加热熔化可以用 煤气加热、电加热等方法。

所述原料满足：工业用二氧化锰粉末按质量百分比包括：MnO₂>75%， P<0.01%，S<0.04%；所述石英砂按质量百分比包括：SiO₂>90%，P<0.01%， S<0.04%；所述富锰矿按质量百分比包括：MnO₂45%～55%，SiO₂10%～20%， Al₂O₃5%～15%，P<0.01%，S<0.04%。

以GCr15轴承钢为例，在氧化末期扒渣完毕后，将全部的高钛铬铁加入电炉中， 然后利用硅锰预脱氧，根据生产经验用硅铁、锰铁、硅锰合金调整钢水成份至 Mn:0.3%，Si:0.15%，同时用喷枪喷吹合成渣料来吸附氧化钛夹杂，合成渣料成份为： MnO约为55%，SiO₂约为45%，喷吹量为4公斤/吨钢，喷吹完毕后进行无渣出钢操 作，出钢过程中随钢流加入铝质脱氧剂（铝锰铁）1.5公斤/吨钢和铝酸钙类合成渣5 公斤/吨钢进行脱氧和去除夹杂。

图2为1873K时钢液中氧和钛的关系，竖坐标为[Ti]含量（质量百分数，ppm）。 如图2所示，当钢液中[O]≥35ppm时，钢液中[Ti]≤10ppm，而电炉氧化末期钢水中 [O]约大于300ppm，所以在氧化末期加入电炉中的高钛铬铁中的钛均能氧化去除。

图3为1873K时用硅和锰脱氧时的平衡关系。由图3可看出在控制钢液中[Si] 约0.15%，[Mn]约0.3%的情况下，钢水中[O]约大于100ppm，由图3可知：与100ppm 氧平衡的[Ti]约为1ppm，所以在电炉内利用硅锰预脱氧能将硅铁、锰铁合金中的钛 氧化去除。

实施例2

合成渣料制备同实施例1。以GCr15轴承钢为例，在氧化末期扒渣完毕后，将 全部的高钛铬铁加入电炉中，然后利用硅锰预脱氧，根据生产经验用硅铁、锰铁、 硅锰合金调整钢水成份至Mn:0.3%，Si:0.15%，同时用喷枪喷吹合成渣料来吸附氧化 钛夹杂，合成渣料即是本发明提供的合成渣，合成渣料成份为：MnO约为75%，SiO₂约为25%，喷吹量为2公斤/吨钢，喷吹完毕后进行无渣出钢操作，出钢过程中随钢 流加入铝质脱氧剂（铝锰铁）1.2公斤/吨钢和铝酸钙类合成渣6公斤/吨钢进行脱氧 和去除夹杂。电炉出钢结束1分钟后取钢样和钢包顶渣分析化验，钢水中含[Ti]为： 5ppm,钢水中的全氧值为：50ppm，钢包顶渣中TiO2的质量百分数为：0.5%。

实施例3

合成渣料制备同实施例1。以GCr15轴承钢为例，在氧化末期扒渣完毕后，将 全部的高钛铬铁加入电炉中，然后利用硅锰预脱氧，根据生产经验用硅铁、锰铁、 硅锰合金调整钢水成份至Mn:0.3%，Si:0.15%，同时用喷枪喷吹合成渣料来吸附氧化 钛夹杂，合成渣料即是本发明提供的合成渣，合成渣料成份为：MnO约为65%，SiO₂约为35%，喷吹量为5公斤/吨钢，喷吹完毕后进行无渣出钢操作，出钢过程中随钢 流加入铝质脱氧剂（钢芯铝）1.8公斤/吨钢和铝酸钙类合成渣6公斤/吨钢进行脱氧 和去除夹杂。电炉出钢结束1分钟后取钢样和钢包顶渣分析化验，钢水中含[Ti]为： 6ppm,钢水中的全氧值为：45ppm，钢包顶渣中TiO2的质量百分数为：0.4%。

当然，本发明还可以有多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下， 熟悉本领域的技术人员可根据本发明的公开做出各种相应的改变和变型，但这些相 应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。