一种高性能风力发电电机轴用钢锭冶炼工艺制造技术

本发明专利技术涉及冶金领域，公开了一种高性能风力发电机钢锭制备工艺。采用电弧炉脱磷、LF精炼脱硫工艺，分两步脱磷、脱硫，与现有技术相比，得到的合金钢纯度高，硫、磷含量均低于0.003%，比现有技术降低十倍，提高了材料的韧性及强度等力学性能。同时减少非金属夹杂物含量，提高产品探伤检测水平，在保证使用性能的前提下减少能耗，降低了成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及冶金领域，具体为一种高性能风力发电机钢锭制备工艺。
技术介绍
在包“十二五”期间，风力发电成为我国优先发展的清洁能源，风电发电设备建设进展较快，风电的核心部件及关键材料的国产化也受到普遍的重视。这种材料在实际应用状态下要承受高动态应力、高的疲劳周期载荷作用，要求具有优良力学性能。合金钢材力学性能优劣主要取决于其纯净度，其中非金属夹杂物的形态和尺寸、参与元素含量等作为纯净度关键指标成为行业技术关注重点。传统脱氧方法采用铝脱氧、高碱度渣真空冶炼技术，钢中夹杂物以氧化物、硫化物、硅酸盐夹杂物、点状不变形夹杂物形态存在，以脆性夹杂物A1203为主。高动态应力的钢，在使用中脆性夹杂物会产生有害的张力场，从而导致疲劳裂纹的产生和扩展，使钢的使用疲劳寿命降低。一般风电发电机机轴采用德国进口 17NiCrMo6材料制成，这是一种具有相当强韧性的材料，可以满足风力发电机高速运转及工作经常变载的要求。但目前市场上这种材料的成本较高，且因为钢锭尺寸较大，若浇注温度和速度控制不当会造成严重的疏松或产生二次缩孔，导致材料质量不稳定，一般较难通过严格探伤测试；另外，为确保满足恶劣的使用条件，要求耐受低温一40°C海水侵蚀，及达到机械性能规范，冶炼的难点主要是如何把硫、磷含量控制在0.003%的高水平成分范围内。在钢铁合金冶炼过程中，在炼钢阶段将原料熔化为钢水，然后；在氧化期过程中，需加入氧化剂(如吹入氧气、或加入铁矿石即氧化铁FeO)以氧化其中的碳、及去除有害的磷等杂质和气体。在通常情况下，需要加入过量的氧化剂，以达到脱碳、脱磷、除去有害杂质和气体(如氢和氮)的目的，因此会形成氧化夹杂物(以FeO为主)。氧化夹杂物对钢质有害，造成所得到的钢铁容易发生热脆等。通`常需要再加入脱氧剂进行脱氧处理，即钢铁冶炼中的还原期。脱氧剂的种类有很多，常用的有硅铁、锰铁、硅锰合金、铝等，以及用作脱氧剂和合金化材料的有铌铁、钒铁、钛铁等。在电弧炉及钢包精炼炉(LF炉)中进行的脱氧处理工艺主要有沉淀脱氧和扩散脱氧。沉淀脱氧:向钢水中直接加入脱氧的合金材料，使之形成氧化物；该氧化物上浮进入钢渣。这种方法脱氧速度快，但是产生的夹杂物较多，且夹杂物混合在钢水中不易上浮于渣中，因此较难去除。一般在沉淀脱氧前会在钢水中加入少量萤石(CaF2，用量一般为钢水量的1%)、石灰(即氧化钙，用量一般为钢水量的2%)等造渣材料制造漂浮在钢水表面的渣中，用于吸附钢水中的夹杂物。扩散脱氧:在钢渣中氧化铁的含量较高，可向钢渣中加入碳粉、硅粉、硅钙粉、铝粉等还原剂，用于还原钢洛，使钢渣中的FeO含量降低，有利于钢水中的氧扩散到钢渣中。沉淀脱氧过程中，常用的脱氧剂材料有锰铁、硅铁、硅锰铁和铝，这几种材料的价格较低。一般情况下，脱氧剂折合为硅、锰和铝元素，与钢水的用量比为0.17% 0.37%、0.3% 0.6%和0.05% 0.10%。现有的工艺中，脱氧剂锰铁、硅铁、硅锰铁和铝分别加入钢水中进行反应；根据对氧亲和力的强弱，加入顺序为锰铁、硅铁、硅锰铁和铝，由于锰与氧的亲和力弱，需要反应较长的时间，因此最先加入；铝较为活泼，反应时间较短。由于钢水的温度一般在1600°C左右，在冶炼过程中分别单独加入上述脱氧剂，就不能形成低熔点、比重轻的液态大颗粒(A1203、SiO2和MnO的熔点分别为2050°C、1713°C和1785°C，高于钢水温度)，这些脱氧产物在钢水中以固体状存在，混合在钢水中，难以上浮以脱离钢水进入钢渣。因此，需要对现有工艺加以改进，使脱氧剂能够形成比重轻、熔点低、颗粒大的脱氧产物，以便脱离钢液上浮于钢渣中，从而使钢液得到净化。由于没有找到良好的脱氧剂材料，其脱氧均采用常规的脱氧剂，如锰铁、硅铁、铝分别单独进行脱氧。这样无法使钢液获得进一步净化，因而难以达到和满足客户对特殊重要产品技术质量的要求。采用现有常规脱氧剂均难全部达到和满足其要求。因此，需要克服上述难题，从而确保国家各重点工程项目对产品的高倍夹杂和探伤高水准的要求。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种高性能风力发电电机轴用钢锭冶炼工艺。技术方案为，高性能风力发电电机轴用钢锭冶炼工艺，包括如下步骤:(I)电弧炉底加入小碎矿或氧化铁皮，并加入石灰，再加入低硫磷洁净废钢，通电熔化；并加入Mo和Ni，同 时增加配碳量，使钢水的含碳量达到0.6% 2.0% ；Mo和Ni可以在通电熔化前、通电熔化过程中或形成钢水后加入；所述的小碎矿为含50wt% 70wt%三氧化二铁的铁矿石；优选的，所述低硫磷洁净钢的碳含量< 0.2%，硫和磷的含量< 0.03% ;在电弧炉炉底添加的氧化铁及生石灰与低硫磷洁净钢用量比为20 30公斤/吨和30 40公斤/吨；(2)形成钢水后，吹氧气并向钢水中分3 6次继续加入小碎矿或氧化铁皮，并加入石灰，同时换渣，在1530 1560°C下冶炼氧化进行脱碳脱磷；氧化铁皮或小碎矿的用量与钢水比例为10 20公斤/吨，石灰用量为15 25公斤/吨；(3)脱磷和脱碳后的钢水温度升至1700 1750°C倒入钢包精炼炉内，造渣形成稀薄渣后，加入复合脱氧剂进行预脱氧，复合脱氧剂与钢水用量比为4 5公斤/吨；所述复合脱氧剂为含有娃、猛、招的合金，其中猛的含量为16 20%,娃的含量为8 10%,招的含量为8 10%,均为重量百分比；优选的，用石灰和萤石造洛，与钢水的用量比为10 15公斤/吨和5 8公斤/吨；(4)向钢水中加入Cr和Mn，并在钢渣表面加入粉状脱氧剂，在1600 1650°C下精炼I 1.5小时，同时利用LF炉底吹惰性气体搅拌；所述脱氧剂为AD粉，以及碳粉、硅钙粉或电石中的任意一种或几种；AD粉与钢水的用量比为4 6公斤/吨，碳粉、硅钙粉或电石的总量与钢水的用量比为2 4公斤/吨；(5)向钢水中补充Si，继续冶炼5 10分钟;钢水中，Mn、S1、Cr、Mo、Ni和C的重量百分比含量分别为:Mn0.60% 0.90%, Si0.05% 0.38%, Cr0.80% 1.1%，Mo0.15% 0.25%, Nil.25% 1.5% ；C0.14% 0.20% ；(6)真空脱气处理，出炉浇注。真空脱气的方法为:迅速将钢水温度升至1680°C以上，然后将钢包移至脱气工位，在真空度为4 67pa的状态下处理20 30分钟；所述的浇注工艺条件为:浇注温度1510 1538°C;浇注速度为:锭身浇注速度1.1 1.4吨/分钟，冒口浇注的时间为锭身浇注时间的2/3 I倍；在浇注前用惰性气体置换模内的空气，并在浇注过程中用惰性气体保护。通过本工艺所得产品化学成分及含量(重量百分比):C0.14% 0.20%, Mn0.60% 0.90%, Si0.05% 0.38%, Cr0.80% 1.1%，Μο0.15% 0.25%, Ni 1.25% 1.5% ；P ^ 0.003%,S ≤ 0.003%, Cu ( 0.3%步骤(3)的复合脱氧剂，优选的，其中锰、硅和铝的重量比为1.9 2.05:0.95 1.05 碳含量< 0.5wt%,硫和磷含量分别< 0.05wt% ;更优选的,所述复合脱氧剂中，猛的含量为18%，硅的含量为9%，铝的含量为9%。上述复合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高性能风力发电电机轴用钢锭冶炼工艺，其特征在于，包括如下步骤：（1）在电弧炉底加入小碎矿或氧化铁皮，并加入石灰，再加入低硫磷洁净废钢，通电熔化；并加入Mo和Ni，同时增加配碳量，使钢水的含碳量达到0.6%～2.0%；所述的小碎矿为含50wt%～70wt%三氧化二铁的铁矿石；（2）形成钢水后，吹氧气并向钢水中分3～6次继续加入小碎矿或氧化铁皮，并加入石灰，同时换渣，在1530～1560℃下冶炼氧化进行脱碳脱磷；（3）脱磷和脱碳后的钢水温度升至1700～1750℃倒入钢包精炼炉内，造渣形成稀薄渣后，加入复合脱氧剂进行预脱氧，复合脱氧剂与钢水用量比为4～5公斤/吨；（4）向钢水中加入Cr和Mn，并在钢渣表面加入脱氧剂，在1600～1650℃下精炼1～1.5小时，同时利用LF炉底吹惰性气体搅拌；（5）向钢水中加入Si，继续冶炼5～10分钟；调整后的钢水中，Mn、Si、Cr、Mo和Ni的重量百分比含量分别为：Mn0.60%～0.90%，Si0.05%～0.38%，Cr0.80%～1.1%，Mo0.15%～0.25%，Ni1.25%～1.5%；（6）真空脱气处理，吊包浇注；步骤（3）所述复合脱氧剂为含有硅、锰、铝的合金，其中锰的含量为16～20%，硅的含量为8～10%，铝的含量为8～10%，均为 重量百分比；其中硫和磷的重量百分比量均不超过0.05%。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：金雪荣，
申请(专利权)人：浙江大江合金钢钢管有限公司，
类型：发明
国别省市：