轴承钢的冶炼过程是怎样的

轴承钢的冶炼过程是怎样的？

电炉流程，即电炉——炉外精炼——连铸或模铸——轧制；

转炉流程，即高炉——铁水预处理——转炉炉外精炼——连铸——轧制；

特种冶炼方法，即真空感应炉（VIM）——电渣重熔（ESR）——轧制或锻造。

典型的轴承钢生产流程

瑞典SKF：100t EF—ASEA-SKF—IC，生产12-32mm棒线材、外径90-200mm及外径55-110mm 钢管；

日本山阳：废钢预热——90 t EF（偏心底出钢）——LF——RH——CC（立式3流，370mm ×470mm）或IC——热轧（材）和冷轧。生产102-600mm棒材等，外径50-180mm热轧钢管，外径22-95mm冷轧钢管；日本大同：废钢预热——90tEAF——LF——RH——CC（370mm ×480mm）；

日本神户：高炉——铁水预处理——80tLD-OTB顶底复吹转炉——除渣——ASEA-SKF钢包精炼——连铸（2流立弯型，300mm×430mm），生产18-105mm棒线材；

日本川崎：高炉——铁水预处理——转炉——钢包精炼——真空——连铸（4流400mm×560mm）；日本住友：高炉——转炉——VAD/RH——连铸/模铸（410mm×560mm），棒线材；日本新日铁：高炉——转炉——LD转炉——LF钢包精炼——RH——连铸，生产19-120mm 棒线材；

日本爱知制钢：EAF——钢包精炼——RH——连铸，生产16-100mm棒线材；

德国克虏伯：110t UHP- EAF——钢包冶金——连铸（6流260mm×330mm），生产28-80mm 棒线材。

国外轴承钢的生产工艺特点

炉子大型化；无渣出钢；Al脱氧；真空或非真空条件下长时间搅拌；高碱度渣精炼；连铸。相关技术体现在：钢包耐火材料的碱性化及钢包和中间薄的高温预热。

具体精炼技术体现在：初炼钢液的低氧化和低温化；初炼炉出钢的钢渣分离；精炼渣的合成化和液相化以及在线分析化；钢液精炼的模型化（包括吹氩搅拌的流量、时间以及吹氩位置）；钢包浇钢的出渣；温度和成分以及铝脱氧工艺的过程控制。

连铸技术体现在：钢包和中间包的留钢；钢流浇注气氛的惰性化和防堵；中间包钢水的大容量化；中间包钢水流动的最优化；结晶器钢液面的稳定；连铸坯的大型化；二冷喷雾的均匀；电磁搅拌的多极化；轻压下技术。

轴承钢生产的基本条件

大容量初炼炉，保证钢水低磷，成份温度合格，实现无渣出钢；

具备加热、真空、合金微调的精炼装置，最大限度脱除氧、氢等气体。保护浇铸防二次氧化；采用多极组合电磁搅拌和轻压下技术，保证钢坯的中心质量，减少中心偏析；

轧机均为无扭无张力高速轧机轧制，保证轧材尺寸精度和表面质量。国产轴承钢精炼比已经达到100%，平均氧含量已达到8×10-4%，好的达到4×10-4%，但是与瑞典SKF、日本山阳等先进的厂家相比，在钢中微量杂质元素含量、表面质量及内部质量稳定性方面仍有差距。如钛含量偏高，普遍在0.003%以上。

我国棒材比重很大，占80%以上，管材几乎为零，线材、带材比重也较低。

1 电弧炉流程冶炼轴承钢

UHP EAF-LF-VD-CC或IC为例，工艺流程为：电炉出钢——LF座包工位（底吹氩开始）——测温——供电造渣——脱氧和脱硫——调整成分——测温——VD工位——真空精炼——喂线（铝脱氧或钙处理，底吹氩结束）——连铸平台测温——连铸机浇铸。中心任务：脱氧和

非金属夹杂物去除及其控制。

超高功率电弧炉初炼

主要任务：熔化废钢、脱碳、脱磷和升温；

炉料中配碳量可配到1.00%-1.3%，用矿石、氧气脱碳、脱磷、自动流渣，偏心地出钢，留渣留钢。出钢时可以将碳含量控制在高碳铬轴承钢的下限，炉外精炼增碳量很小，方便操作；要求初炼炉钢液低氧化合低温化，防止氧化渣入钢包。

LF钢包精炼炉

LF精炼目的：脱氧、降硫、合金化、调整成分，控制合适的浇注温度。轴承钢的中心任务：脱氧！

LF加热前，用铝对钢液沉淀脱氧，然后加热、调整钢液成分、调整精炼渣成分、吹氩搅拌；快速造碱性渣——脱氧脱硫；底吹氩控制——过大，钢渣反应过分激烈和钢液对耐火材料冲刷严重，氧化物和钛化物进入钢液；过小钢液温度、成分以及钢渣反应都不均匀，不充分，脱氧产物不能充分上浮；

合适的底吹氩制度：精炼前期以较大的氩气压力搅拌；后期以较小的氩气压力搅拌——使钛含量在精炼过程中基本稳定，同时可使硫含量和氧含量活度不断下降。一般控制在0.2-0.3MPa。

VD真空去气

主要目的——真空去氢、真空下碳脱氧继续脱氧、利用氩气搅拌去夹杂，一般脱氮不明显；进入VD前，除去炉渣，降低渣碱度，控制吹氩强度，真空前加Al终脱氧，缓吹氩。前期吹氩不大于0.2Mpa，后期在0.1Mpa以下，可使钢液和炉渣充分反应，脱氧产物充分上浮；真空时间过短——脱氧产物不能充分上浮；过长——耐火材料表层被钢液长期冲刷而剥落进入钢液，不利于钢中钛含量的控制；

真空脱气后软吹氩搅拌——控制非金属夹杂含量。结束VD处理前5min，视钢液含铝量补充喂铝线，再进行弱搅拌以清洗钢液；

连铸或铸锭（IC）

2 转炉炼钢

原料条件好，铁水的纯净度和质量稳定性均优于废钢；

采用铁水预处理，进一步提高铁水的纯净度；

转炉终点碳控制水平高，钢渣反应比电炉更趋于平衡；

转炉钢气体含量低；

连铸和炉外精炼和工艺水平与电炉相当。日本和德国采用不同的生产工艺，区别——炼钢终点碳的控制；

日本——“三脱”预处理，少渣冶炼高碳钢技术，生产低磷低氧钢；

德国——转炉低拉碳工艺，保证转炉后期脱磷效果，依靠出钢是增碳生产轴承钢。铁水预处理：镁基脱硫剂处理，入炉铁水w[S]≤0.005%，处理后将渣100%扒除；

转炉冶炼：采用高拉碳方法，终点碳w[C]≤0.40%，同时控制w[P]≤0.010%。废钢中配入铝锰钛提温剂——补充终点高碳控制是温度不够；出钢温度1700℃，碳含量0.34%，磷含量0.007%；出钢过程在包内采用高Cr合金、Si-Mn合金、炭粉进行合金化和增碳，并进行挡渣操作，采用底吹氩搅拌去除钢液中的全氧；

LF精炼采用低碱度CaO-Al2O3渣系，脱硫率达50%-70%，降低Al类夹杂；与脱氧产物有一致的组分，两者的界面张力小，易于结合成低熔点的化合物——较强的吸收Al2O3夹杂能力，消除含CaO的D类夹杂。同时底吹氩均匀成分、温度；吹氩弱搅拌：根据参考样的成分分析，补充高铬、高锰、炭粉进行成分调整满足内控要求，在温度高于吊包温度20-30℃时进行吹氩弱搅拌——夹杂物进一步上浮；

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电炉流程，即电炉——炉外精炼——连铸或模铸——轧制；

转炉流程，即高炉——铁水预处理——转炉炉外精炼——连铸——轧制；

特种冶炼方法，即真空感应炉（VIM）——电渣重熔（ESR）——轧制或锻造。

典型的轴承钢生产流程

瑞典SKF：100t EF—ASEA-SKF—IC，生产12-32mm棒线材、外径90-200mm及外径55-110mm 钢管；

日本山阳：废钢预热——90 t EF（偏心底出钢）——LF——RH——CC（立式3流，370mm ×470mm）或IC——热轧（材）和冷轧。生产102-600mm棒材等，外径50-180mm热轧钢管，外径22-95mm冷轧钢管；日本大同：废钢预热——90tEAF——LF——RH——CC（370mm ×480mm）；

日本神户：高炉——铁水预处理——80tLD-OTB顶底复吹转炉——除渣——ASEA-SKF钢包精炼——连铸（2流立弯型，300mm×430mm），生产18-105mm棒线材；

日本川崎：高炉——铁水预处理——转炉——钢包精炼——真空——连铸（4流400mm×560mm）；日本住友：高炉——转炉——VAD/RH——连铸/模铸（410mm×560mm），棒线材；日本新日铁：高炉——转炉——LD转炉——LF钢包精炼——RH——连铸，生产19-120mm 棒线材；

日本爱知制钢：EAF——钢包精炼——RH——连铸，生产16-100mm棒线材；

德国克虏伯：110t UHP- EAF——钢包冶金——连铸（6流260mm×330mm），生产28-80mm 棒线材。

国外轴承钢的生产工艺特点

炉子大型化；无渣出钢；Al脱氧；真空或非真空条件下长时间搅拌；高碱度渣精炼；连铸。相关技术体现在：钢包耐火材料的碱性化及钢包和中间薄的高温预热。具体精炼技术体现在：初炼钢液的低氧化和低温化；初炼炉出钢的钢渣分离；精炼渣的合成化和液相化以及在线分析化；钢液精炼的模型化（包括吹氩搅拌的流量、时间以及吹氩位置）；钢包浇钢的出渣；温度和成分以及铝脱氧工艺的过程控制。连铸技术体现在：钢包和中间包的留钢；钢流浇注气氛的惰性化和防堵；中间包钢水的大容量化；中间包钢水流动的最优化；结晶器钢液面的稳定；连铸坯的大型化；二冷喷雾的均匀；电磁搅拌的多极化；轻压下技术。

轴承钢生产的基本条件

大容量初炼炉，保证钢水低磷，成份温度合格，实现无渣出钢；

具备加热、真空、合金微调的精炼装置，最大限度脱除氧、氢等气体。保护浇铸防二次氧化；采用多极组合电磁搅拌和轻压下技术，保证钢坯的中心质量，减少中心偏析；

轧机均为无扭无张力高速轧机轧制，保证轧材尺寸精度和表面质量。国产轴承钢精炼比已经达到100%，平均氧含量已达到8×10-4%，好的达到4×10-4%，但是与瑞典SKF、日本山阳等先进的厂家相比，在钢中微量杂质元素含量、表面质量及内部质量稳定性方面仍有差距。如钛含量偏高，普遍在0.003%以上。

我国棒材比重很大，占80%以上，管材几乎为零，线材、带材比重也较低。

1 电弧炉流程冶炼轴承钢

UHP EAF-LF-VD-CC或IC为例，工艺流程为：电炉出钢——LF座包工位（底吹氩开始）——测温——供电造渣——脱氧和脱硫——调整成分——测温——VD工位——真空精炼——喂线（铝脱氧或钙处理，底吹氩结束）——连铸平台测温——连铸机浇铸。中心任务：脱氧和非金属夹杂物去除及其控制。

超高功率电弧炉初炼

主要任务：熔化废钢、脱碳、脱磷和升温；

炉料中配碳量可配到1.00%-1.3%，用矿石、氧气脱碳、脱磷、自动流渣，偏心地出钢，留渣留钢。出钢时可以将碳含量控制在高碳铬轴承钢的下限，炉外精炼增碳量很小，方便操作；要求初炼炉钢液低氧化合低温化，防止氧化渣入钢包。

LF钢包精炼炉

LF精炼目的：脱氧、降硫、合金化、调整成分，控制合适的浇注温度。轴承钢的中心任务：脱氧！

LF加热前，用铝对钢液沉淀脱氧，然后加热、调整钢液成分、调整精炼渣成分、吹氩搅拌；快速造碱性渣——脱氧脱硫；底吹氩控制——过大，钢渣反应过分激烈和钢液对耐火材料冲刷严重，氧化物和钛化物进入钢液；过小钢液温度、成分以及钢渣反应都不均匀，不充分，脱氧产物不能充分上浮；

合适的底吹氩制度：精炼前期以较大的氩气压力搅拌；后期以较小的氩气压力搅拌——使钛含量在精炼过程中基本稳定，同时可使硫含量和氧含量活度不断下降。一般控制在0.2-0.3MPa。

VD真空去气

主要目的——真空去氢、真空下碳脱氧继续脱氧、利用氩气搅拌去夹杂，一般脱氮不明显；进入VD前，除去炉渣，降低渣碱度，控制吹氩强度，真空前加Al终脱氧，缓吹氩。前期吹氩不大于0.2Mpa，后期在0.1Mpa以下，可使钢液和炉渣充分反应，脱氧产物充分上浮；真空时间过短——脱氧产物不能充分上浮；过长——耐火材料表层被钢液长期冲刷而剥落进入钢液，不利于钢中钛含量的控制；

真空脱气后软吹氩搅拌——控制非金属夹杂含量。结束VD处理前5min，视钢液含铝量补充喂铝线，再进行弱搅拌以清洗钢液；

连铸或铸锭（IC）

2 转炉炼钢

原料条件好，铁水的纯净度和质量稳定性均优于废钢；

采用铁水预处理，进一步提高铁水的纯净度；

转炉终点碳控制水平高，钢渣反应比电炉更趋于平衡；

转炉钢气体含量低；

连铸和炉外精炼和工艺水平与电炉相当。日本和德国采用不同的生产工艺，区别——炼钢终点碳的控制；

日本——“三脱”预处理，少渣冶炼高碳钢技术，生产低磷低氧钢；

德国——转炉低拉碳工艺，保证转炉后期脱磷效果，依靠出钢是增碳生产轴承钢。铁水预处理：镁基脱硫剂处理，入炉铁水w[S]≤0.005%，处理后将渣100%扒除；

转炉冶炼：采用高拉碳方法，终点碳w[C]≤0.40%，同时控制w[P]≤0.010%。废钢中配入铝锰钛提温剂——补充终点高碳控制是温度不够；出钢温度1700℃，碳含量0.34%，磷含量0.007%；出钢过程在包内采用高Cr合金、Si-Mn合金、炭粉进行合金化和增碳，并进行挡渣操作，采用底吹氩搅拌去除钢液中的全氧；

LF精炼采用低碱度CaO-Al2O3渣系，脱硫率达50%-70%，降低Al类夹杂；与脱氧产物有一致的组分，两者的界面张力小，易于结合成低熔点的化合物——较强的吸收Al2O3夹杂能力，消除含CaO的D类夹杂。同时底吹氩均匀成分、温度；吹氩弱搅拌：根据参考样的成分分析，补充高铬、高锰、炭粉进行成分调整满足内控要求，在温度高于吊包温度20-30℃时进行吹氩弱搅拌——夹杂物进一步上浮；

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