南鋼軸承鋼冶煉過程氧、氮含量變化研究

陶 濤，邱軍華，趙海洋，江 野

（南京鋼鐵股份有限公司，江蘇 南京 211500）

軸承鋼的氧含量一定程度上代表著企業的軸承鋼純凈度水平[1-3]，氮含量變化代表了LF 精煉過程電極使用、VD 脫氣能力以及連鑄保護澆注能力[4-8]。

1 研究方法

本文對南鋼全澆次軸承鋼進行全流程系統取樣，系統分析各環節氧、氮含量變化情況。

具體取樣方案為：鋼包至精煉位、并渣化好后取LF 進站鋼樣，LF 精煉調成分過程中同時取鋼樣，LF 出站時取鋼樣；在VD 破空后取鋼樣，軟吹15min 和30min 取鋼樣；每爐中間包取2 個鋼樣，分別在大包的澆注前期和澆注后期各取鋼樣；每爐取1 個尺寸為480×320×80mm 的鑄坯樣。

2 各工序氧、氮含量變化

各工序鋼中總氧T.o.、N 含量的變化示于表1 和表2，變化趨勢如下圖1 和圖2。

圖1 第二爐各工序鋼中T.O.、N 含量

表1 各工序鋼中總氧T.O.含量 (ppm)

表2 各工序鋼中N 含量 (ppm)

圖2 第三爐各工序鋼中T.O.、N 含量

3 全流程氧、氮含量變化分析

第二爐鋼水在電爐出鋼經過LF 加熱后總氧含量T.o.為16.1 ppm，分別加入低碳鉻鐵、低鈦高碳鉻鐵和低碳鉻鐵、鉬鐵合金兩次調成分后兩次取樣，總氧含量T.o.分別為8.1 ppm 和7.5 ppm，LF 出站時為6.9 ppm，VD 破真空后降至3.2 ppm，VD 軟吹15min 后為5.4 ppm，軟吹30min 后為4.0 ppm，VD 出站后降至3.3 ppm，中間包出站時為3.9 ppm，鑄坯平均為4.7 ppm，軋材總氧含量T.o.為3.3 ppm。加入低碳鉻鐵、低鈦高碳鉻鐵合金后T.o.去除了49.7%，加入低碳鉻鐵、鉬鐵合金后T.o.去除了7.4%，LF 精煉T.o.去除了57.1%；VD 真空處理T.o.去除了53.6%,VD 軟吹過程中鋼液全氧含量增加，有可能吹氬流量過大，使上浮的夾雜物隨鋼流的循環重新進入鋼液或造成卷渣，引起夾雜物及全氧含量增加；中間包T.o.略微上升，基本維持穩定。連鑄過程由于發生二次氧化，導致T.o.含量升高，軋材中T.o.含量有所下降。第二爐鋼水在電爐出鋼經過LF 加熱后N 含量為43.4 ppm，分別加入低碳鉻鐵、低鈦高碳鉻鐵和低碳鉻鐵、鉬鐵合金兩次調成分后兩次取樣，N 含量分別為44.5 ppm 和50.2 ppm，LF 出站時為50.2 ppm，VD 破真空后降至32.6 ppm，VD 軟吹15min 后為31.9 ppm，軟吹30min 后為33.1 ppm，VD 出站后降至32.3 ppm，中間包出站時為39.9 ppm，鑄坯平均為39.5 ppm，軋材氮含量為42.4 ppm。LF 精煉過程中鋼液中N 含量增加，一方面是電極加熱，空氣電離，另一方面大氣量攪拌脫硫，渣眼面積太大，導致鋼液中N 含量增加；在真空狀態下吹氬攪拌鋼液，一方面增加了鋼液與真空的接觸界面積；另一方面包底上浮的氬氣泡相對于鋼液中溶解的氣體就像一個個細小的“真空室”，分壓幾乎為零，吸收鋼液內溶解的氣體，加強了真空脫氣效果，總體來看，VD 真空處理具有很好的脫氣效果，N 去除了35%，連鑄過程中氮含量上升，有出現增氮現象，發生二次氧化，保護澆鑄方面有待改善。

第三爐鋼水在電爐出鋼經過LF 加熱后總氧含量T.o.為12.1 ppm，分別加入低碳鉻鐵、低鈦高碳鉻鐵和低碳鉻鐵、鉬鐵合金兩次調成分后兩次取樣，總氧含量T.o.分別為7.6 ppm 和7.8 ppm，LF 出站時為7.5 ppm，VD 破真空后降至3.3 ppm，VD 軟吹15min 后為3.1 ppm，軟吹30min 后為3.8 ppm，VD 出站后降至2.7 ppm，中間包出站時為3.4 ppm，鑄坯平均為6.7 ppm，軋材總氧含量T.o.為1.4 ppm。加入低碳鉻鐵、低鈦高碳鉻鐵合金后T.o.去除了37.2%，LF 精煉T.o.去除了38.0%；VD 真空處理T.o.去除了56.0%,VD 軟吹30min 過程中鋼液全氧含量略微增加，有可能吹氬流量過大，使上浮的夾雜物隨鋼流的循環重新進入鋼液或造成卷渣，引起夾雜物及全氧含量增加；中間包T.o.略微上升，基本維持穩定。連鑄過程由于發生二次氧化，導致鑄坯T.o.含量急劇升高，軋材中T.o.含量有所下降。第三爐鋼水在電爐出鋼經過LF加熱后N含量為39.4 ppm，分別加入低碳鉻鐵、低鈦高碳鉻鐵和低碳鉻鐵、鉬鐵合金兩次調成分后兩次取樣，N含量分別為41.8 ppm 和42.0 ppm，LF 出站時為43.8 ppm，VD 破真空后降至35.4 ppm，VD 軟吹15min 后為34.6 ppm，軟吹30min后為34.1 ppm，VD 出站后升至34.4 ppm，中間包出站時為36.1 ppm，鑄坯平均為38.8 ppm，軋材氮含量為39.0ppm。LF 精煉過程中鋼液中N 含量增加，一方面是電極加熱，空氣電離，另一方面大氣量攪拌脫硫，渣眼面積太大，導致鋼液中N 含量增加；在真空狀態下吹氬攪拌鋼液，一方面增加了鋼液與真空的接觸界面積；另一方面包底上浮的氬氣泡相對于鋼液中溶解的氣體就像一個個細小的“真空室”，分壓幾乎為零，吸收鋼液內溶解的氣體，加強了真空脫氣效果，VD 真空處理具有很好的脫氣效果，N 去除了19.2%，連鑄過程中氮含量上升，有出現增氮現象，保護澆鑄方面有待改善。

4 結論

（1）LF 過程氮含量增加原因有兩個，一方面是合金中有氮元素，導致鋼液增氮，另外一方面是電極加熱導致增氮，精煉造渣不斷吸附夾雜物導致鋼液中氧含量不斷降低。

（2）VD 高真空過程氮、氧含量均減少，破空靜攪過程渣面不斷吸附夾雜物氧含量減少。

（3）連鑄過程存在增氮、增氧現象，推測為二次氧化導致。