IF钢冶炼关键技术

1、IF钢生产过程的冶金特点2、IF钢生产的几个关键技术RH高效脱碳脱碳反应：[C]＋[O]＝CO00.21160]][[logTOCPCO日本钢管技报，1986，No.114,1RH处理脱碳速度式为：(1)v：RH真空室内钢液体积，m3；ak：脱碳反应速度系数，m3/min；CV：真空室内钢水碳含量，％；Ce：与CO分压平衡的钢液碳含量，％。)(eVVCCakdtdCv式中：)(eVVCCakdtdCv提高脱碳速度：增加ak；－增强混合，加快[C]向反应界面的传递速度。减少Ce；－提高真空程度，降低PCO。1、强真空系统抽气能力和高真空度是获得超低碳的必要条件容量，吨/炉240真空室直径，mm3000上升、下降管直径，mm550上升管气体流量，Nl/min3500真空泵能力(0.5torr下)，kg/h1200神户制钢加古川厂2＃RH的有关参数1990SteelmakingConferenceProceedings,p.79新日铁名古屋厂2＃RH的有关参数容量，吨/炉250真空室直径，mm3400上升、下降管直径，mm800真空泵能力(60torr下)，kg/h4000真空泵能力(1torr下)，kg/h20002001SteelmakingConferenceProceedings,p.625加古川厂不同RH真空度对脱碳反应的影响1990SteelmakingConferenceProceedings,p.792、IF钢生产工序的发展及技术特点•国内外IF钢的生产工艺流程一般为：铁水预处理－转炉冶炼一RH真空精炼一连铸－热轧一冷轧一退火一平整。•每一个工序均在不同程度上影响IF钢的最终产品性能。2.1铁水预处理工序•在进行IF钢生产时，必须进行铁水预处理，其目的是：①减少转炉冶炼过程中的渣量，从而减少出钢过程中的下渣量；②降低转炉冶炼终点钢液和炉渣的氧化性；③提高转炉冶炼终点炉渣的碱度和MgO含量。•采用喷吹金属镁和活性石灰对铁水进行脱硫，可使入炉铁水中的硫含量控制在0.003％以下。而通过喷吹含镁和CaC2，可使入炉铁水中的硫含量降至0.010％以下。2.2转炉冶炼工序•总结国内外关于IF钢转炉冶炼的研究成果，可归纳为：①采用顶底复吹转炉进行冶炼，降低转炉冶炼终点钢液氧含量；②实现转炉冶炼动态模型控制，提高转炉冶炼终点钢液碳含量和温度的双命中率；③提高铁水比，入炉铁水的硫含量小于0.003％；④控制矿石投入量；⑤提高氧气纯度，控制炉内保持正压；⑥转炉冶炼后期增大底部惰性气体流量，加强溶池搅拌；⑦转炉冶炼后期采用低枪位操作；⑧将转炉冶炼终点钢液的碳含量由0.02％～0.03％提高至0.03—0.04％；⑨采用出钢挡渣技术；⑩出钢过程中不脱氧，只进行锰合金化处理；⑾采用钢包渣改质技术。2.3RH真空精炼工序总结国内外关于IP钢RH真空精炼的研究成果，可归纳为：①严格控制RH真空精炼之前钢液中的碳含量、氧含量和温度；②采取RH真空精炼前期吹氧强制脱碳方法：③增大RH真空脱碳后期的驱动气体流量，增加反应界面。④减少RH真空槽冷钢；⑤采用海绵钛替代钛铁合金；⑥建立合理的RH真空精炼过程控制模型；⑦进行RH炉气在线分析、动态控制；⑧采用钙处理技术。2.4连铸工序总结国内外关于IP钢连铸生产的研究成果，可归纳为：①采用钢包下渣自动检测技术；②加强大包一长水口之间的密封；③连铸中间包使用之前采用氩气清扫；④提高大包滑动水口开启成功率；⑤采用连铸浸入式长水口；⑥采用大容量连铸中间包，并进行钢液流场优化；⑦保证连铸中间包内钢液面相对稳定，且高于临界高度；⑧采用低碳碱性连铸中间包包衬和覆盖剂；⑨采用低碳高粘度连铸结晶器保护渣：⑩采用连铸结晶器液面自动控制技术，确保液面波动小于±3mm。2.5IF钢中碳含量的控制IF钢中碳含量的控制技术主要包括以下三个方面：（1）转炉冶炼终点碳的控制；•在IF钢生产时，日本川崎制钢公司、美国Inland钢铁公司和宝钢将转炉炼终点钢液中的碳含量控制为0.03％～0.04％，氧含量控制为0.05～0.065％；•德国Thyssen钢铁公司认为转炉冶炼终点钢液的最佳碳含量为0.03％，最佳氧含量为0.06％。（2）RH真空脱碳•美国Inland钢铁公司采用RH-OB进行深脱碳处理。RH-OB的真空脱碳过程主要分为以下两个阶段：①强制脱碳阶段从开始到第8min，RH-OB采取吹氧强制真空脱碳方法，真空度为4kPa～8kPa。在此阶段，钢液中的碳含量可从0.03％～0.04％降低至8×10-6左右。②自然脱碳阶段从第8min至第12min，RH-OB停止吹氧，进行自然真空脱碳方法，真空度小于266Pa。在此阶段，钢液中的碳含量可从80×10－6降低至20×10-6以下。•宝钢为了满足钢种和多炉连浇的要求，采取提高脱碳速度的方法：①在RH脱碳初期采用硬脱碳方式，真空室压力快速下降，加速脱碳；②在RH脱碳后期通过OB喷嘴的环缝吹入较大量的氩气，增加反应界面。•武钢针对RH真空设备存在的抽气能力过小的问题，开发出如下的RH真空脱碳技术：①提高浸渍管的寿命，尤其是延长大直径的使用时段；②加大驱动氩气流量，并实现石英浸渍管内径扩大的动态调整；③真空室快速减压。采用以上技术后，在RH真空脱碳过程中，可在15～20分钟内将IF钢中碳含量降低到0.0015%左右。（3）防止RH后钢液增碳在RH真空处理后，必须严格控制IF钢的增碳，可能导致IF钢增碳的因素如下：•RH真空室内的合金及冷钢增碳；•钢包覆盖剂增碳；•包衬、长水口、滑板等钢包耐火材料增碳；•连铸中间包覆盖剂增碳；•包衬、塞棒、浸入式水口、滑板等中间包耐火材料增碳；•连铸结晶器保护渣增碳。•日本新日铁在生产IF钢时，采用超低碳多孔镁质钢包覆盖剂。超低碳中间包覆盖剂和低碳空心结晶器保护渣、低碳长水口和浸入式水口、结晶器液面控制仪等措施，IF增碳量可稳定控制在8～9ppm，甚至达到2.6ppm。•宝钢在IF钢生产中，采用低碳高碱度中间包覆盖剂和低碳高粘度结晶器保护渣，同时减少RH真空槽冷钢，控制从RH真空脱碳后的钢液增碳，增碳量可稳定控制在7ppm。2.6IF钢中氮含量的控制IF钢的降氮问题主要在转炉内解决，当IF钢中氮含量小于20ppm时，RH真空精炼过程中降氮非常困难，有时若密封不好还导致增氮。因此在IF钢生产过程中，减少转炉冶炼终点的氮含量和避免钢液增氮是获得超低氮IF钢的主要途经。宝钢采用的主要技术措施为：•高铁水比，控制矿石投入量；•提高氧气纯度，控制炉内为正压；•转炉冶炼后期采用低枪位操作；•提高转炉冶炼终点控制的命中率和精度，不允许再吹；•钢包水口和长水口连接处采用氩气和纤维体密封。采用以上措施后，RH精炼终点氮含量控制在20ppm以下，平均13ppm。台湾中钢公司采用以下技术：•转炉冶炼过程增加铁水比和溶剂量，形成较后的渣层，增加CO在渣层中停留时间，隔离大气。转炉冶炼结束前，向炉内加白云石，产生大量的CO气体形成正压层，阻止钢液从大气中吸氮；•RH精炼过程中，采用海绵钛代替钛铁合金，减少铁合金增氮；•连铸过程采用长水口、氩气密封和纤维体密封等技术进行保护浇注。采用以上技术后，IF钢中氮含量可以控制在30ppm以下。2.7IF钢中氧含量的控制IF钢中氧含量的控制技术涉及转炉冶炼、RH真空精炼和连铸等工艺环节。武钢采用了以下技术：①用顶底复吹转炉进行冶炼，降低转炉冶炼终点钢液氧含量；②实现转炉冶炼动态模型控制，提高转炉冶炼终点钢液碳含量和温度的双命中率；③采用挡渣出钢；④进行钢包渣改质；⑤采用钢包下渣自动检测技术；⑥采用大容量连铸中间包，并进行钢液流场优化；⑦采用碱性连铸中间包包衬和覆盖剂；⑧采用连铸结晶器液面自动控制技术，确保液面波动小于±3mm。采用以上技术后，IF钢连铸坯中的全氧含量可控制在10×10-6～24×10-6、平均为18×10-6的先进水平。•日本川崎制钢公司在控制IF钢转炉冶炼终点氧含量方面主要采取以下措施：①采用顶底复吹转炉进行冶炼；②增大转炉冶炼后期底部惰性气体流量，加强溶池搅拌；③将IF钢转炉冶炼终点碳含量由0.02％～0.03％提高至0.03～0.04％；④提高转炉冶炼终点控制的成功率，减少补吹率。日本川崎制钢公司在控制IF钢转炉冶炼终点炉渣的全铁含量一般为15％～25％，采用出钢挡渣技术，钢包内炉渣的厚度应控制在50mm以下，防止出钢过程中下渣量过大会造成钢液二次氧化严重。出钢后立即向钢包内加入炉渣改质剂，炉渣改质剂由CaC03和金属铝组成，可将渣中的全铁含量降低到4％左右，甚至2％以下。2.8IF钢中夹杂物的控制•IF钢中非金属夹杂物虽然数量不多，但对钢的力学性能和使用性能的影响作用却不可忽视。钢中非金属夹杂物的危害性在于它破坏了钢基体的均匀性，造成应力集中，促进了裂纹的产生，并在一定条件下加速裂纹的扩展，从而对钢的塑性、韧性和疲劳性能等产生不同程度的危害作用。•在IF钢生产过程中，钢中夹杂物的类型、组成、尺寸和分布等都在不断地发生变化，其变化规律受钢液成分、转炉冶炼、脱氧制度、出钢挡渣、钢包渣改质、RH精炼、连铸机类型、中间包冶金、结晶器冶金、保护浇注及耐火材料等诸多因素的影响，必须从整个炼钢工艺流程进行控制。•武钢在IF钢生产过程中采用了钙处理技术，利用钙的脱氧产物在钢液凝固过程中为MnS的析出提供晶核，进而将低熔点的MnS夹杂物改性为高熔点的球状夹杂物CaS，以改善Ⅳ钢的抗裂纹敏感性能。•宝钢在IF钢连铸生产过程中采用了如下4个中间包冶金技术：①中间包三重堰结构，以增加钢液的平均停留时间，增大钢液的流动轨迹，促进钢液中夹杂物上浮；②挡墙上方使用碱性过滤器，可以吸附钢液中的夹杂物，同时使流经过滤器的钢液流动平稳；⑧中间包内衬为碱性涂料，既不氧化钢液，又能吸附夹杂物；④采用具有良好A1203夹杂吸附能力的低碳中间包覆盖剂。采用以上措施后，从钢包至中间包过程中IF钢的夹杂物含量可降低20％～30％。表：宝钢部分IF钢炉次渣成分在不同冶炼阶段的成分变化成分（％）SiO2Al2O3CaOMgOP2O5TFeMnOFeO＋MnO1＃转炉吹炼终点1#RH处理前1＃RH处理后2＃转炉吹炼终点2#RH处理前2＃RH处理后3＃转炉吹炼终点3#RH处理前3＃RH处理后5.570.9333.655.330.8034.984.3549.336.3432.3549.522.190.163.693.548.296.8541.6937.833.570.134.654.489.526.351.2738.117.741.0019.094.1028.657.6227.0747.724.480.355.964.1811.847.7641.434.825.030.235.145.0311.646.250.8436.3711.111.1826.085.2738.816.4538.3337.022.990.327.843.8913.976.4937.5029.232.930.2010.938.2122.27宝钢RＨ处理前[O]含量：•40~50ppm:7.5%•50~60ppm:31.0%•60~70ppm:18.0%•70~80ppm:31.0%•80~90ppm:7.5%•宝钢RＨ脱碳后[O]含量：•30~40ppm:15.0%•40~50ppm:50.0%•50~60ppm:20.0%•60~70ppm:15.0%•平均：47.8ppm•(内陆钢厂25.0ppm)鞍钢转炉冶炼终点和RH精炼前钢液成分变化炉次取样位置CMnNT[O]Alsa[o]第一炉次转炉冶炼终点：RH精炼之前：0.0170.0380.00120.0480.0110.1300.00200.0980.00080.0476第二炉次转炉冶炼终点：RH精炼之前0.0540.0570.00180.0280.0410.1600.00150.0580.00100.0473武钢RH处理前钢中C、O含量图1-12RH处理前碳含量分布图1-13RH处理前氧含量分布75929310