连铸轴承钢氧含量和夹杂物控制研究

论文摘要

含C 1.0％、Cr 1.5％的高碳铬轴承钢是轴承钢的代表品种，是代表着优质洁净钢生产技术水平的重要特殊钢品种。因为氧化物夹杂是影响轴承钢疲劳寿命的重要原因，所以钢中的氧含量是衡量轴承钢质量的一个重要指标。因此，如何降低轴承钢中的氧含量，控制钢中的有害夹杂是生产优质轴承钢的关键问题之一。本论文首先应用冶金学基本原理，分析了几种典型的精炼渣的脱氧和脱硫能力以及对点状夹杂物的控制效果，为选择合适的轴承钢精炼渣提供理论依据。同时计算了轴承钢中几种主要夹杂物的生成热力学条件。计算结果表明：CaO-Al2O3系高碱度精炼渣由于稳定了渣中的SiO2组元，可以保持钢中较低的溶解氧含量；通过降低钢水中的氮含量来控制TiN的生成是很困难的，为了减少钢中TiN夹杂物的数量，就必须控制钢水中的钛含量。在计算条件下，轴承钢的酸溶铝含量在0.01～0.04％的范围内时，只要有微量的镁存在，钢中就有可能生成MgO·Al2O3，因此可以尝试用镁来对轴承钢进行夹杂物变性处理，以消除铝酸钙夹杂对轴承钢质量的影响。在热力学计算的基础上，在实验室条件下进行了不同精炼渣对轴承钢氧含量和夹杂物性质的影响实验，同时考察了用镁铝合金处理轴承钢后，钢中夹杂物的变性效果。实验中发现，CaO-Al2O3系高碱度精炼渣对降低轴承钢全氧含量有很好的效果，生成的夹杂物以Al2O3-MgO-CaO为主。用镁铝合金处理轴承钢生成的夹杂物类型单一，基本上都是镁铝尖晶石，而且夹杂物颗粒细小，说明用镁铝合金对轴承钢夹杂物变性效果明显。最后在现场120t VD精炼炉上，应用镁铝合金包芯线进行了工业试验，试验结果表明，采用镁铝包芯线处理后，轴承钢中夹杂物以MgO·Al2O3为主，有的包裹了其它的复合相和硫化物，夹杂物尺寸细小，夹杂物细化和变性效果很好。论文中以现场应用的200mm×200mm四流方坯连铸中间包为研究目标，通过优化中间包内部结构的水模型实验研究，提出了中包结构改造方案。以理论分析和实验室研究为基础，结合现场的生产实践，以降低钢中氧含量和改进和优化钢厂原有的电炉、精炼和连铸工艺，将整套控制技术系统集成，实际生产中应用有效地控制了连铸轴承钢中的氧含量和夹杂物，提高轴承钢的质量水平。

论文目录

摘要

ABSTRACT

第一章前言

1.1 课题的立题背景

1.2 本课题的意义和主要研究内容

第二章文献综述

2.1 绪论

2.2 轴承钢概述

2.2.1 轴承钢的分类

2.2.2 轴承的工作条件

2.3 轴承钢的冶金质量

2.3.1 轴承钢的纯净度

2.3.2 碳化物对轴承钢寿命的影响

2.4 国内外轴承钢冶炼工艺简述

2.4.1 国外轴承钢冶炼工艺

2.4.2 我国主要的轴承钢冶炼工艺

2.5 轴承钢夹杂物控制综述

2.5.1 精炼渣对轴承钢夹杂物的影响研究

2.5.2 夹杂物变性研究

2.5.3 中间包冶金对连铸轴承钢夹杂物的控制作用

2.5.4 电磁搅拌技术对轴承钢连铸坯夹杂物的影响

2.6 文献评价

第三章轴承钢中夹杂物生成热力学分析

3.1 热力学计算条件

2-Al₂O₃四元渣系组元作用浓度计算模型'>3.1.1 CaO-MgO-SiO₂-Al₂O₃四元渣系组元作用浓度计算模型

3.1.2 热力学计算的钢水条件

3.1.3 元素的活度系数

3.2 对几种典型轴承钢精炼渣系的计算分析

3.2.1 分析渣系的成分和组元作用浓度

3.2.2 精炼渣对脱氧的影响

3.2.3 各精炼渣系脱硫能力的比较

3.2.4 点状夹杂的控制能力

3.2.5 精炼渣系选择的讨论

3.3 轴承钢中Ti的行为

3.3.1 轴承钢中钛的化合物生成区间

3.3.2 轴承钢中氮化钛夹杂的控制

3.4 轴承钢中镁的行为

3.5 本章小结

第四章精炼渣对轴承钢中氧含量和夹杂物影响的实验研究

4.1 试验目的

4.2 实验设备

4.3 实验材料

4.3.1 实验用钢铁料

4.3.2 实验用渣料

4.4 实验步骤

4.5 实验结果及讨论

4.5.1 钢中的全氧含量

4.5.2 夹杂物分布情况

4.5.3 夹杂物扫描电镜及能谱分析

4.6 本章结论

第五章镁对轴承钢质量影响的实验研究

5.1 实验室坩锅实验

5.1.1 实验内容和目的

5.1.2 实验研究方案

5.1.3 实验结果及分析

5.2 轴承钢进行镁处理工业试验

5.2.1 试验目的

5.2.2 试验内容和方法

5.2.3 试验结果与分析

5.3 本章结论

第六章连铸中间包水模型实验研究

6.1 水模型设计

6.1.1 水模型设计的原则

6.1.2 相似比和相似准数的确定

6.1.3 水模型制作

6.2 实验方法

6.2.1 刺激—响应法

6.2.2 数据处理方法

6.2.3 水模型流场照相法

6.2.4 实验保证措施

6.2.5 实验装置示意图

6.3 实验结果与分析

6.3.1 原方案分析

6.3.2 优化原则

6.3.3 优化方案与说明

6.3.4 优化方案选择说明

6.3.5 实验结果与分析

6.4 本章小结

第七章连铸轴承钢冶炼工艺技术研究

7.1 电弧炉的改进

7.1.1 出钢终点碳含量的控制

7.1.2 控制合适的出钢温度

7.2 LF-VD精炼工艺研究

7.2.1 钢厂生产线原精炼工艺简介

7.2.2 LF-VD精炼工艺优化研究

7.3 轴承钢连铸技术改进

7.3.1 防止钢水连铸时的二次氧化

7.3.2 优化中间包结构，促进夹杂物上浮

7.3.3 结晶器电磁搅拌工艺改进

7.4 连铸轴承钢氧含量和夹杂物控制系统集成技术

7.5 实施结果和分析

7.5.1 轴承钢平均全氧含量

7.5.2 GCr15钢中夹杂物变化情况

7.5.3 氧化夹杂评级检验结果

7.6 应用成果

7.7 本章结论

第八章结论

参考文献

致谢

作者简介

攻读博士期间获得成果

论文包含图、表、公式及文献

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