国家材料腐蚀与防护科学数据中心
National Materials Corrosion and Protection Data Center
中文 | Eng 数据审核 登录 反馈
洁净钢生产技术的研发进展
2018-11-15 13:04:50 作者:杨婷 来源:世界金属导报

1.png

 

    洁净钢是指钢中五大杂质元素(S、P、H、N、O)含量较低,并且对钢中非金属夹杂物进行严格控制的钢种。早期洁净钢生产对钢材性能和洁净度要求不高,转炉成为生产洁净钢的主要工艺。当时的洁净钢技术研发重点是解决顶吹转炉反应效率低、渣钢反应偏离平衡和吹炼过程不平稳等技术问题。研发的一些主要技术包括:氧气底吹转炉和喷粉技术,各种复吹转炉以及铁水脱硫和炉外精炼等。


    20世纪70年代以后,由于制造业的快速发展,对钢材洁净度要求更加苛刻,如无间隙原子深冲钢要求[C+N]≤50ppm、轴承钢要求T.O≤6ppm等,单纯依赖转炉很难达到质量要求。这一时期的研发重点是针对转炉功能的解析与转换,形成洁净钢生产流程,突破洁净钢冶炼的技术极限。主要研发的技术包括:铁水“三脱”(脱硫、脱硅、脱磷)预处理、转炉智能吹炼、多功能真空精炼等。


    自2000年以来,洁净钢生产工艺的研究热点从单纯追求突破洁净度极限,转变为降低生产成本、提高生产效率、实现绿色化生产。主要研发成果包括:钢中最大夹杂物控制、连铸轻压下和小压缩比连铸,及建立高效低成本洁净钢生产平台等。


    1 高效铁水“三脱”技术


    脱磷、脱硫是钢水提纯中最重要的冶金反应。和转炉相比,铁水“三脱”(脱硫、脱硅、脱磷)工艺的主要特点是将脱磷、脱硫反应从高温、高氧位转移到低温、低氧位条件下实施,更有利于反应的发生,进而解决了传统炼钢中回硫、低碳脱磷和钢渣过氧化等弊病。


    为了开发更经济、更高效的“三脱”工艺,有专家推荐以下技术:一是根据耦合反应理论,设计在同一反应器内分阶段进行脱硅、脱磷和脱硫。二是加强熔池搅拌,开发低FeO渣脱磷工艺(控制渣中TFe≤5%,R=2-2.5),提高脱磷效率达80%以上,半钢[P]≤0.02%。三是喷粉解决熔池法造渣困难问题,高Ca/O比操作,形成高碱度、低FeO渣深脱硫,使脱硫率≥90%。四是通过灵活调节Ca/O比,精确控制“三脱”反应过程中的氧化还原程度。五是吹炼期采用溢渣工艺,及时排出各反应期生成的炉渣,并实现在线炉渣改质。


    2 提高夹杂物控制水平的措施


    近年来,业界对夹杂物控制提出更高的要求,在降低夹杂物总量的基础上,要求严格控制夹杂物最大尺寸,大幅提高钢材的各项性能。


    为实现这一目标,应采取以下技术措施:一是用真空碳脱氧代替合金沉淀脱氧,减少脱氧夹杂物;二是抑制或减少精炼中渣钢反应,避免生成大颗粒变性、卷渣和脱硫夹杂物;三是加强钢水保护,避免浇铸中钢水的二次氧化,从而产生新的夹杂物。


    改变脱氧工艺的技术关键是提高真空循环脱气(RH)界面反应速度,促使真空下,碳氧反应接近气相平衡。具体措施如下:一是扩大真空室表面积;二是真空室吹氩气,加快钢液表面的更新速度,增大界面流量;三是采用微气泡技术(PERM法),在RH精炼前,吹入H2或N2,提高钢中气体含量,利用真空脱气功能,在后期形成大量微气泡,促进熔池脱碳并有利于夹杂物上浮。


    中间包冶金对钢中夹杂物控制有重要作用,其目标不是进一步提纯钢水,而是严格控制浇铸过程的污染,避免产生二次氧化、卷渣和变性夹杂。具体措施包括:采用大容量中间包,合理设计中间包形状,避免钢水形成紊流;加强中间包密封,控制中间包气氛中的氧含量PO2≤0.1mol%;采用镇静开浇工艺,可使铸坯表层夹杂物富集带中夹杂物面积率从镇静5min开浇的1%下降到镇静10min开浇的0.2%;采用无渣浇铸工艺,如日本山阳特钢厂生产超纯净轴承钢,采用无渣浇铸工艺,可控制钢中最大夹杂物尺寸≤12μm。


    3 建立高效的洁净钢生产体系


    以日本住友钢厂1座210t脱磷炉和2座脱碳炉配合2台KR脱硫站、2台RH精炼炉和3台连铸机,构建的高效快节奏生产平台为例,其高效快节奏的洁净钢生产特点如下:


    一是全部产品高品质化。采用100%铁水“三脱”、100%快节奏生产、100%钢水真空处理和100%铸坯热装直轧(≥850℃),全部产品杂质总量Σ[S+P+T.O+N+H]≤100ppm。


    二是压缩辅助时间,缩短冶炼周期。通常转炉辅助时间与吹炼时间之比为1∶1,而双联转炉吹炼时间≤10min,要求压缩辅助时间≤10min,保证20min周期。加快生产节奏,解决了脱碳炉热量不足的问题,日产45炉钢时,冷却能与传统转炉相当,日产55炉钢时,冷却能提高7.2%。


    三是建立以转炉为中心的快节奏生产体系。生产周期长于转炉的KR和RH,采用2台设备配1台转炉;3台连铸机同时生产时,连铸周期为1h,2台连铸机同时生产时,连铸周期为40min。


    四是缩短铁水罐周转时间,提高周转次数,铁水入炉温度提高46℃。


    五是简化炉外精炼,提高钢包周转率,出钢温度比传统转炉降低30℃,不配置LF炉。


    建立高效快节奏的生产方式具有很大的经济效益:一是提高设备作业率,减少设备台数,降低管理成本;二是缩短辅助时间,加快钢包(铁包)周转,减少辅助能耗和在线钢包数量;三是大幅度提高劳动生产率,降低人员成本。


    4建立绿色低成本洁净钢生产平台


    传统流程以炉外精炼控制钢材纯净度,以铁水“三脱”为基础的洁净钢生产新流程,可以通过以下途径,降低生产成本:


    一是提高反应效率。该流程通过提高渣钢间磷、硫分配比,抑制钢渣过氧化,减少脱氧夹杂物以及提高锰资源回收率等措施,降低渣量,减少辅料、钢铁料和铁合金消耗,降低生产成本。


    二是实行高效快节奏生产。该流程通过加快生产节奏,提高设备作业率,降低辅助时间能耗和铁水、钢水周转过程温降等措施,降低生产能耗;通过减少设备台数简化备件管理,提高全员劳动生产率,进一步降低生产成本。


    三是简化炉外精炼工序。国内钢厂普遍采用LF精炼。LF工序能耗高、周期长,渣钢反应易产生大颗粒夹杂物,国外先进钢厂已开始抑制LF渣钢反应甚至取消LF精炼炉。


    四是颠覆传统流程。高品质特钢须采用电渣(ESR)或真空感应+真空自耗(VAR)等特种冶金和锻造工艺生产,规模小、成本高。这种状况已开始改变,如SKF公司通过超低硫冶炼和硫化物控制,使轧材横、纵向性能偏差从50%降低到10%以下,实现以轧代锻生产风电轴等产品。日本山阳特殊钢公司通过改善夹杂物控制工艺,完全消除20μm以上的大型夹杂物,使轴承钢的疲劳寿命≥108,生产的航空轴承质量已超过采用ESR或VAR工艺生产的产品。

 

更多关于材料方面、材料腐蚀控制、材料科普等方面的国内外最新动态,我们网站会不断更新。希望大家一直关注国家材料腐蚀与防护科学数据中心http://www.ecorr.org

免责声明:本网站所转载的文字、图片与视频资料版权归原创作者所有,如果涉及侵权,请第一时间联系本网删除。

相关文章
无相关信息

关于国家科技资源服务平台

国家科技基础条件平台中心是科技部直属事业单位,致力于推动科技资源优化配置,实现开放共享,其主要职责是:承担国家科技基础条件平台建设项目的过程管理和基础性工作;承担国家科技基础条件平台建设发展战略、规范标准、管理方式、运行状况和问题的研究,以及国际合作与宣传、培训等工作;承担科技基础条件门户系统的建设与运行管理工作;参与对在建和已建国家科技基础条件平台项目的考核评估和运行监督工作。

国家科技资源服务平台相关网站


国家材料腐蚀与防护科学数据中心

国家高能物理科学数据中心

国家基因组科学数据中心

国家微生物科学数据中心

国家空间科学数据中心

国家天文科学数据中心

国家对地观测科学数据中心

国家极地科学数据中心

国家青藏高原科学数据中心

国家生态科学数据中心

国家冰川冻土沙漠科学数据中心

国家计量科学数据中心

国家地球系统科学数据中心

国家人口健康科学数据中心

国家基础学科公共科学数据中心

国家农业科学数据中心

国家林业和草原科学数据中心

国家气象科学数据中心

国家地震科学数据中心

国家海洋科学数据中心