洁净特殊钢生产工艺技术课件.ppt

1、Northeastern University洁净特殊钢生产工艺技术洁净特殊钢生产工艺技术姜周华姜周华东北大学东北大学20082008年年1010月，莱钢月，莱钢20082008莱钢学术年会莱钢学术年会 目 录n现代特殊钢生产的进步及发展趋势现代特殊钢生产的进步及发展趋势n特殊钢的质量和生产特点特殊钢的质量和生产特点n特殊钢洁净度控制特殊钢洁净度控制轴承钢为例轴承钢为例n特殊钢连铸关键技术特殊钢连铸关键技术n电渣生产特殊钢新技术电渣生产特殊钢新技术非合金钢低合金钢合金钢普通质量非合金钢优质非合金钢特殊质量非合金钢普通质量低合金钢优质低合金钢特殊质量低合金钢优质合金钢特殊质量合金钢粗粗 钢钢不锈

2、钢特殊钢特殊钢特殊钢与合金钢特殊钢与合金钢1 1 现代特殊钢生产的进步及发展趋势现代特殊钢生产的进步及发展趋势(1)(1)专业化分工越来越细（八种类型）专业化分工越来越细（八种类型）n生产航天工具用合金钢（包括军工等特殊质量要求高的生产航天工具用合金钢（包括军工等特殊质量要求高的品种）的钢厂品种）的钢厂n不锈钢板带厂（太钢宝钢不锈、张家港浦项、酒钢不锈钢板带厂（太钢宝钢不锈、张家港浦项、酒钢等）等）n不锈钢型材管线厂（长城宝钢特钢大钢等）不锈钢型材管线厂（长城宝钢特钢大钢等）n轴承钢弹簧钢和合金结构钢厂（东特本钢兴澄轴承钢弹簧钢和合金结构钢厂（东特本钢兴澄 大冶等）大冶等）n合金工具钢高速工具

3、钢和高强度钢厂合金工具钢高速工具钢和高强度钢厂n精密合金厂精密合金厂n合金钢线材及钢丝厂合金钢线材及钢丝厂n钢铁联合企业中兼产大型合金钢材的分公司钢铁联合企业中兼产大型合金钢材的分公司(2)(2)特钢增长方式特钢增长方式提升产业集中度提升产业集中度 在政府导向和市场配置下，目前已形成三在政府导向和市场配置下，目前已形成三大特钢企业集团：大特钢企业集团：n东北地区：东北地区：东北特钢集团东北特钢集团n华东地区：宝钢集团华东地区：宝钢集团 宝钢特殊钢宝钢特殊钢n华东华东-中南地区：中信泰富中南地区：中信泰富 兴澄兴澄-新冶钢新冶钢-石钢集团石钢集团1 1 现代特殊钢生产的进步及发展趋势现代特殊钢生

4、产的进步及发展趋势东北特殊钢集团东北特殊钢集团n汽车工业用钢棒材汽车工业用钢棒材抚顺抚顺n轴承钢棒线材轴承钢棒线材北满，大连北满，大连n工模具钢工模具钢抚顺和北满抚顺和北满n不锈钢棒线材不锈钢棒线材大连大连n特种合金特种合金抚顺和大连抚顺和大连n特殊钢精加工产品特殊钢精加工产品(剥皮剥皮 磨光磨光 冷拉冷拉棒材棒材 钢丝钢丝)大连大连北满抚顺大连 宝钢特钢宝钢特钢五钢公司五钢公司浦钢公司特钢分厂浦钢公司特钢分厂上海钢研所的特钢长上海钢研所的特钢长材、扁平材材、扁平材二钢公司的金属制品二钢公司的金属制品进行重组整合进行重组整合不锈钢长型材不锈钢长型材合金钢棒材合金钢棒材高合金钢型材高合金钢型材合

5、金板带合金板带金属制品金属制品 精密冷带精密冷带 特殊钢管特殊钢管 银亮材银亮材宝钢特钢不锈钢长型材不锈钢长型材生产线生产线高合金钢型材高合金钢型材生产线生产线 合金钢棒材合金钢棒材生产线生产线银亮银亮材材金属制品金属制品合金板带合金板带生产线生产线 特殊钢管特殊钢管精密冷带精密冷带宝钢特钢宝钢特钢中信泰富中信泰富兴澄特钢兴澄特钢新冶钢集团新冶钢集团石钢石钢+高合金钢品种高合金钢品种高级汽车用钢高级汽车用钢轴承钢轴承钢军工配套材料军工配套材料中低合金钢品种中低合金钢品种轴承钢轴承钢齿轮钢齿轮钢合金弹簧钢合金弹簧钢合金钢管坯合金钢管坯优质碳素钢优质碳素钢汽车用钢汽车用钢1 1 现代特殊钢生产的进

6、步及发展趋势现代特殊钢生产的进步及发展趋势(3)(3)质量性能高级化稳定化；品种多样化、制品化质量性能高级化稳定化；品种多样化、制品化n钢种钢种：10001000多个多个n类型类型：板带管线棒型钢：板带管线棒型钢n质量质量：标准越来越严格，国外许多著名厂家：标准越来越严格，国外许多著名厂家均有更严格的内部标准均有更严格的内部标准n制品化：制品化：满足用户需求，提高产品附加值满足用户需求，提高产品附加值1 1 现代特殊钢生产的进步及发展趋势现代特殊钢生产的进步及发展趋势(4)(4)冶炼设备大型化高冶炼设备大型化高功率化和自动化功率化和自动化 目前大多数新建电炉在目前大多数新建电炉在5050150

7、t150t之间，且均为之间，且均为UHPUHP电炉，采电炉，采用二级或三级计算控制用二级或三级计算控制 冶炼工艺发生较大变化，电冶炼工艺发生较大变化，电炉只作为熔化器（精炼任务移炉只作为熔化器（精炼任务移至炉外）至炉外）现有小电炉现有小电炉5-30t5-30t通常用于通常用于合金钢，批量较高品种，而且合金钢，批量较高品种，而且往往后步工序采用特种熔炼设往往后步工序采用特种熔炼设备（备（ESRESR、VIMVIM、VARVAR等）等）(5)(5)转炉生产合金钢的比转炉生产合金钢的比例增大例增大n转炉法特点：转炉法特点：生产率高，钢中生产率高，钢中气体、气体、杂质（特别是残余元杂质（特别是残余元素

8、）含量低，有利于连铸机配素）含量低，有利于连铸机配合，生产成本低合，生产成本低n日本日本美国、欧洲等许多国家美国、欧洲等许多国家转炉法生产的合金钢占转炉钢转炉法生产的合金钢占转炉钢总产量的总产量的1010以上以上n主要品种：主要品种：电工硅钢电工硅钢工业纯工业纯铁铁合金钢、不锈钢等合金钢、不锈钢等转炉生产特殊钢已成为发展趋势转炉生产特殊钢已成为发展趋势n国外尤其是日本采用转炉流程生产特殊国外尤其是日本采用转炉流程生产特殊钢：钢：DeSDeS-BOF-BOF-LFLF-VD/RHVD/RH-CC-CC n石钢、鞍钢、包钢、武钢：石钢、鞍钢、包钢、武钢：BOF-LF-VD-CC BOF-LF-VD

9、-CC n攀钢、本钢、兴澄、邢钢：攀钢、本钢、兴澄、邢钢：BOF-LF-RH-CCBOF-LF-RH-CC高炉转炉轧制焦化烧结LFRH连铸产品转炉精炼转炉精炼大方坯特殊钢生产线大方坯特殊钢生产线1 1 现代特殊钢生产的进步及发展趋势现代特殊钢生产的进步及发展趋势(6)(6)炉外精炼技术基本炉外精炼技术基本普及普及n与与UHPUHP电炉、转炉配合实电炉、转炉配合实现全连铸生产，尤其是现全连铸生产，尤其是实现多炉连浇实现多炉连浇n合金钢的质量显著改善，合金钢的质量显著改善，生产成本降低；例如轴生产成本降低；例如轴承钢氧化物夹杂含量、承钢氧化物夹杂含量、合结钢的发纹白点合结钢的发纹白点层状断口减少层

10、状断口减少(7)(7)合金钢连铸比不断提合金钢连铸比不断提高高连铸有利于提高合金钢质量连铸有利于提高合金钢质量提高生产率降低成本提高生产率降低成本由于钢水精炼，连铸机装备由于钢水精炼，连铸机装备水平提高，使得极大部分合水平提高，使得极大部分合金钢均可实现全连铸金钢均可实现全连铸大断面的大方坯合金钢连铸大断面的大方坯合金钢连铸机已成为发展趋势机已成为发展趋势国内外部分大方坯炼钢连铸生产线国内外部分大方坯炼钢连铸生产线厂家厂家流程流程形式形式断面尺寸断面尺寸/mm生产钢种生产钢种1山阳姬路山阳姬路90t EAF-LF-RH-CC立式立式3流流370470轴承钢、不锈钢轴承钢、不锈钢2大同知多大同知

11、多70t EAF-LF-RH-CC弧形弧形2流流370480调质、轴承、合结、不锈调质、轴承、合结、不锈3大同涩川大同涩川70t EAF-LF-RH-CC立式立式4流流3704804爱知爱知80t EAF-VSC-LF-RH-CC弧形弧形2流流185320、370480工具钢、轴承钢、不锈钢工具钢、轴承钢、不锈钢5神户神户铁水预处理铁水预处理-60t BOF-精炼精炼-CC弧形弧形2流流300430轴承、合金结构、弹簧轴承、合金结构、弹簧6川崎川崎铁水预处理铁水预处理-BOF-钢包精炼钢包精炼-真空脱气真空脱气-CC4流流4005607住友小仓住友小仓KR-70t BOF-VAD/RH-CC4

12、10560/300400轴承、合结、弹簧、易切轴承、合结、弹簧、易切8住友和歌山住友和歌山70t、160t BOF410560轴承钢轴承钢9新日铁室兰新日铁室兰TBM-270t BOF-RH-CC350560轴承、合结、弹簧、易切轴承、合结、弹簧、易切10日本钢管福山日本钢管福山立式立式轴承钢轴承钢11新日铁光新日铁光150150,150,170,210,240,270轴承钢、不锈钢轴承钢、不锈钢12高周波高周波EAF-ASWA-SKF轴承钢轴承钢13JFE西日本制西日本制铁所铁所铁水预处理铁水预处理-BOF-RH-CC400560/300400轴承钢轴承钢14NKK京滨制铁京滨制铁所所铁水预

13、处理铁水预处理-BOF-真空除渣真空除渣钢包精炼钢包精炼-RH-CC轴承钢轴承钢日本部分大方坯炼钢连铸生产线日本部分大方坯炼钢连铸生产线1 1 现代特殊钢生产的进步及发展趋势现代特殊钢生产的进步及发展趋势(8)(8)后步工序（轧制锻造热处理）的技术不后步工序（轧制锻造热处理）的技术不断完善断完善n1 1）控制轧制和控制冷却技术已普遍用于）控制轧制和控制冷却技术已普遍用于高强度，高韧性钢板的生产高强度，高韧性钢板的生产n2 2）直接淬火和控轧技术相结合正在成为）直接淬火和控轧技术相结合正在成为调质型高强度钢的主要生产方法调质型高强度钢的主要生产方法n3 3）冷锻技术）冷锻技术 提高金属收得率提高

14、金属收得率n高性能高性能n高强度、高韧性、长寿命高强度、高韧性、长寿命n低成本低成本n低合金含量和低工艺成本低合金含量和低工艺成本n高精度高精度n高形状尺寸精度和表面质量高形状尺寸精度和表面质量n绿色化绿色化n易于回收和利用、可持续发展易于回收和利用、可持续发展2 2 特殊钢的质量和生产特点特殊钢的质量和生产特点2.1 2.1 特殊钢的质量特点特殊钢的质量特点n由于特殊钢大多用于比较重要的场合，因此对性由于特殊钢大多用于比较重要的场合，因此对性能要求严格能要求严格n特殊钢质量涉及冶炼铸造加工热处理等各特殊钢质量涉及冶炼铸造加工热处理等各个工序个工序n从冶金学观点看，就是如何保证成分和组织结构从

15、冶金学观点看，就是如何保证成分和组织结构n不同钢种，有不同的质量要求，也会出现不同的不同钢种，有不同的质量要求，也会出现不同的质量问题质量问题2 2 特殊钢的质量特点和生产特点特殊钢的质量特点和生产特点2 2 特殊钢的质量特点和生产特点特殊钢的质量特点和生产特点2.2 2.2 特殊钢的生产特点特殊钢的生产特点n品种、规格多品种、规格多n生产方法多生产方法多 电弧炉、转炉、平炉、感应炉、真空感应炉、电电弧炉、转炉、平炉、感应炉、真空感应炉、电渣炉真空自耗炉、电子束炉等。目前以电弧炉为主，渣炉真空自耗炉、电子束炉等。目前以电弧炉为主，转炉成为电炉的主要竞争对手。特殊用途采用特殊熔转炉成为电炉的主要

16、竞争对手。特殊用途采用特殊熔炼设备炼设备n普遍采用二次精炼工艺连铸技术普遍采用二次精炼工艺连铸技术 例：轴承钢例：轴承钢 UHPUHP电炉电炉+炉外精炼炉外精炼+大方坯连铸大方坯连铸 复吹转炉复吹转炉+炉外精炼炉外精炼+大方坯连铸大方坯连铸n生产流程复杂。冶炼浇铸之后的加热轧锻热处理生产流程复杂。冶炼浇铸之后的加热轧锻热处理等后步工序多，需要专用的设备和生产线。等后步工序多，需要专用的设备和生产线。3.3.特殊钢洁净度控制特殊钢洁净度控制 以轴承钢为例以轴承钢为例n日本轴承钢的生产状况n国内轴承钢生产企业工艺流程n特殊钢转炉冶炼技术n特殊钢转炉/电弧炉出钢关键技术n低氧钢和夹杂物控制的精炼技术

17、3.1 日本轴承钢的生产状况 厂家厂家T.O/ppmTi/ppmAl/%S/%P/%山阳5.4/5.814150.011-0.0220.002-0.013神户9150.016-0.0240.00260.006爱知7150.030.0020.001和歌山612高周波5200.0150.0070.008NKK京滨制铁所7.515大同知多5p 轴承钢作为特殊钢中的高洁净钢种，其产品质量水平可以代表各厂的实际生产工艺和技术水平。轴承钢的生产共同特点(1)（1）设备大型化n由于大容量的电炉或转炉提供初炼钢水，减少了钢水与耐火材料之间的接触，大大提高了生产率，降低了生产成本。（2）除渣n为了冶炼出氧含量很

18、低的轴承钢，必须把带有氧化反应的熔化过程与精炼过程分开进行。国外普遍采用无渣出钢、真空吸渣和换钢包除渣等技术，将氧化渣彻底扒除。（3）铝脱氧n如果只采用真空脱碳、脱氧，钢中的氧含量高达20ppm以上。因此为了提高钢的洁净度，必须在精炼前预先用铝沉淀脱氧。轴承钢的生产共同特点(2)（4）长时间搅拌n真空和非真空条件下长时间搅拌，促进夹杂物充分上浮；为了保证长时间搅拌，精炼炉必须具备加热功能，以补偿其温降。如果生产氧含量小于10ppm的轴承钢，至少搅拌30min以上。（5）高碱度渣精炼n一般将精炼渣碱度控制在46之间。（6）连铸n由于轴承钢的碳含量高，生产的铸坯容易产生偏析、缩孔和裂纹等缺陷，加之

19、轴承钢对非金属夹杂物和碳化物的要求严格，所以轴承钢的连铸较为困难，采用M-EMS、F-EMS和轻压下技术是有效的解决途径。日本神户日本神户 p采用高炉铁水预处理氧化顶吹转炉排渣钢包精炼（带电磁搅拌、真空脱气）二流连铸进行轴承钢的生产，其钢中氧含量达到4ppm，钛含量达到7ppm。超纯净钢的疲劳寿命比普通材提高几倍。川崎制铁川崎制铁 n铁水预处理脱磷后，通过转炉顶底复合吹炼，把终点碳控制在0.9%，采用挡渣出钢技术尽量使渣不流入钢包中。在钢包内添加渣料，吹入氩气进行强搅拌，再在RH炉中进行大循环量的脱气，使非金属夹杂物充分上浮，提高钢的洁净度。然后实施密封连铸，铸出400560mm断面的铸坯。日

20、本山阳日本山阳 n高功率电炉初炼(90-150吨)EBT出钢LFRHCC/IC（立式连铸坯断面尺寸为370mm470mm）均热初轧机开坯钢坯清理行星轧机、连轧精轧无损在线检测连续炉球化退火检验入库。n采用SNRP（Sanyo New Refining Process）工艺生产轴承钢中T.O5ppm，钢中氧化物夹杂达到11m以下，其接触疲劳寿命比普通轴承钢的寿命大幅度的提高。SNRP超纯净轴承钢生产工艺特点（1）EBT出钢，防止炉内氧化渣进入钢包中。（2）LF精炼大于45分钟，采用高碱度（CaO/SiO2=45，最高7.2）、低氧化性（TFe为0.3-0.6%）精炼渣及铝脱氧，底部双透气砖的吹氩

21、气搅拌（100125 W/t），强化脱氧、脱硫、去除夹杂效果。（3）RH在66.7Pa下处理2030min，甚至大于40min，进一步脱氧、脱氢、脱氮及去除夹杂，完成成分微调。酸溶铝经LF、RH后在0.015%以上。（4）全封闭连铸，防止大气污染，如中间包吹氮或吹氩保护，使包内气氛中氧含量小于0.1%，并采用长水口保护浇注。（5）采用结晶器液面控制及电磁搅拌技术，改善铸坯组织和质量。使用该工艺，全氧5ppm。连铸材比模铸材平均可降低2.6ppm。连铸钢和模铸钢的B类夹杂物的级别分别是0.06和0.4级，前者为后者1/7，D类夹杂物分别为0.06和0.8级，前者为后者的1/13。钛含量多在20p

22、pm以下。日本大同特殊钢日本大同特殊钢 n大同知多工厂开发出 MRAC-SSS（Multi-function Refining&Advanced Casting-Special Solution&Soaking）工艺生产超高纯净轴承钢。n利用MRAC-SSS工艺生产的轴承钢达到如下水平：T.O5ppm，可以低到3.4ppm，Ti5ppm，N30ppm，并且可以得到极细小的氧化物夹杂和Ti的夹杂物。采用MARC工艺后，钢中未发现大于7.5m的Al2O3氧化物夹杂，并且钢中几乎不存在CaO-Al2O3系夹杂物。钢中Ti的夹杂物含量也很少，并且很细小。采用新工艺生产的轴承钢的疲劳寿命比传统的精炼工艺

23、生产的轴承钢寿命可提高25%以上。大同特殊钢工艺特点（1 1）使钢液实现低）使钢液实现低OO化化n电炉出钢时去除100%氧化渣，LF炉用CaO-CaF2造渣，并用Al终脱氧，然后在RH炉中采用非常高的真空度，并进行长时间脱气处理，实现低O 的目的。严格控制钢水再氧化，在整个浇铸阶段实现保护，在全封闭的中间包中进行连铸，通过低O化工艺和保护性浇铸达到T.O5ppm。（2 2）促进夹杂物上浮）促进夹杂物上浮n精炼时在RH炉中通过确保循环时间促进夹杂物的上浮分离;在连铸过程中通过中间包内配备合适的堰坝促进夹杂物上浮分离，再釆用立弯式连铸机、圆形结晶器内的电磁搅拌以及适当的铸造速度，即可以使夹杂物在结

24、晶器内上浮分离。（3 3）减少）减少TiTi系夹杂物系夹杂物n严格选用低Ti含量的废钢及炉料，电炉炼钢时在氧化期想法把Ti作为TiO2氧化物去除钢中的Ti，在LF炉中采用适当的炉渣组成进行脱Ti。降低钢中N含量很重要的，在LF炉彻底去除钢中的S和O有利于去除N，在RH炉中充分保证搅拌时间和脱氧时间有利于脱N反应，确保钢中N达到30ppm以下。由于钢中Ti和N的含量的降低，保证了钢中具有低含量的钛的夹杂物。爱知钢厂爱知钢厂 n80t EAFVSC（真空除渣）LFRHCCn特点是在强化脱氧的过程中，强化脱磷、脱硫和精炼操作，酸溶铝含量达到0.03%。n其技术关键是在初炼、精炼过程中尽量降低钢中氧含

25、量并在连铸中放置钢液的二次氧化。n在EAF电炉上进行喷粉脱磷操作，使初炼炉钢水P50ppm。n在LF中，采用高碱度炉渣，炉渣碱度(CaO+MgO)/SiO22.85，要求（TFe+MnO）0.8%。采用双透气砖吹氩气，氩气流量为6001000l/min，搅拌功率100-200W/t。当脱硫要求高时，从钢水顶部适量喷吹85%CaO-15%CaF2渣料，使钢水硫含量迅速降至10ppm。n依靠RH真空脱气和进一步脱氧，而后重复在LF炉中的处理，进一步去除大颗粒夹杂和进行温度、成分调整。n连铸采用低温、低速浇注，防止来自大气和耐火材料的二次氧化。通过低硫和磷含量（S0.002%、P0.01%），减少铸

26、坯的宏观偏析和硫化物含量。采用上述工艺后，该厂的轴承钢全氧含量7 ppm。3.2 国内轴承钢生产企业工艺流程国内轴承钢生产企业工艺流程兴澄特钢：兴澄特钢：370470mm，BOF-LF-RH-CC 兴澄特钢：轴承钢兴澄特钢：轴承钢T.O平均平均7ppm，Ti35ppm350470 3.3 3.3 特殊钢转炉冶炼技术特殊钢转炉冶炼技术n合理的成渣路线，保证在终点低氧位条合理的成渣路线，保证在终点低氧位条件下高效脱磷件下高效脱磷n高碳低终点低氧位控制技术高碳低终点低氧位控制技术n动态控制模型动态控制模型n合理的复吹工艺合理的复吹工艺转炉冶炼与钢水洁净度n复吹效果与碳氧浓度积n转炉终点控制与钢水氧含

27、量n钢水氧含量与钢水洁净度n转炉下渣与钢水洁净度n出钢脱氧合金化与钢水洁净度n辅助材料(渣料、增碳剂）与钢水质量 转炉终点转炉终点CO=0.00220.0028(平均平均0.0025)，若终点，若终点C0.1%，终点，终点O低于低于250ppm。则脱氧剂用量少，生成的夹杂物。则脱氧剂用量少，生成的夹杂物总量也明显减少。总量也明显减少。2Al+3O=Al2O3 54 48 102 A 150*O B若若 O=500ppm，A=84.38kg，B=159.38kg若若 O=250ppm，A=42.19kg，B=79.69kg 因此，采用高碳低氧位出钢控制技术因此，采用高碳低氧位出钢控制技术 轴承钢

28、终点轴承钢终点C0.1%，探索，探索C0.10.3%高碳出钢技术高碳出钢技术转炉终点碳控制转炉终点碳控制终点终点C-OC-O关系关系n 保证钢包周转和烘烤时间，确保红包出钢保证钢包周转和烘烤时间，确保红包出钢（不低于（不低于1000 1000，目标，目标12001200）n 钢包无残钢、残渣钢包无残钢、残渣n 底吹氩透气性良好底吹氩透气性良好n 添加优质引流沙，确保自开率添加优质引流沙，确保自开率 3.3 3.3 特殊钢转炉特殊钢转炉/电弧炉出钢关键技术电弧炉出钢关键技术 钢包准备钢包准备n对转炉对转炉/电炉出钢下渣进行严格控制，出钢加入电炉出钢下渣进行严格控制，出钢加入改质剂，实施炉渣强改质

29、改质剂，实施炉渣强改质 1）确保下渣量）确保下渣量5050mm 2）采用出钢改质剂工艺，加入量）采用出钢改质剂工艺，加入量5kg10kg/t：改质：改质目标：碱度目标：碱度(CaO/SiO2)4，(FeO+MnO)2%(使钢使钢包顶渣接近白渣或灰白渣包顶渣接近白渣或灰白渣)，获得流动性好的顶渣状态，获得流动性好的顶渣状态 3）出钢全程底吹氩）出钢全程底吹氩n出钢增碳、脱氧合金化技术进行开发出钢增碳、脱氧合金化技术进行开发 注意合金渣料加入时机和顺序，使用低氮增碳剂注意合金渣料加入时机和顺序，使用低氮增碳剂3.3 3.3 特殊钢转炉特殊钢转炉/电弧炉出钢关键技术电弧炉出钢关键技术 优化出钢过程工

30、艺技术优化出钢过程工艺技术3.4 3.4 低氧钢和夹杂物控制的精炼技术低氧钢和夹杂物控制的精炼技术n高效炉外精炼技术（高效炉外精炼技术（LFLF和和RHRH）n脱氧技术及脱氧制度脱氧技术及脱氧制度n炉渣精炼技术炉渣精炼技术n夹杂物控制及变性处理技术，夹杂物控制及变性处理技术，包括真空下混合或吹氩搅拌促包括真空下混合或吹氩搅拌促进夹杂物上浮技术进夹杂物上浮技术对几种典型轴承钢精炼渣系的计算分析对几种典型轴承钢精炼渣系的计算分析 n轴承钢精炼渣系的成分n几个主要结构单元的作用浓度 厂家 CaO SiO2 Al2O3 MgO CaF2 S P2O5 FeO MnO A 38.94 19.46 14.

31、50 20.19 0 0.53 0.016 0.72 B 46.71 21.01 15.01 10.10 4.56 0.20 0.96 山阳 57.8 13.3 15.8 4.3 7.8 1.1 0.1 TFe=0.6 0.1 东北大学 55.41 8.72 29.47 4.51 0 0.62 结构单元 CaO SiO2 Al2O3 MgO MgOAl2O3 作用浓度 N1 N2 N3 N4 N10 A 0.1641 0.0005 0.0102 0.2162 B 0.2348 0.0005 0.0097 0.1145 山 阳 0.3676 0.0002 0.0084 0.0468 东北大学 0

32、.3495 0.0001 0.0238 0.0598 0.0598 工艺制定工艺制定造渣制度确定造渣制度确定精炼渣对脱氧的影响比较精炼渣对脱氧的影响比较 n铝沉淀脱氧在还原性条件下，可将铝脱氧反应写成下式：铝沉淀脱氧在还原性条件下，可将铝脱氧反应写成下式：2Al+3O=(Al2O3)平衡常数平衡常数K是温度的函数，当温度和钢水中酸溶铝含量确定时，反应是温度的函数，当温度和钢水中酸溶铝含量确定时，反应平衡时钢水中溶解氧含量还与渣中平衡时钢水中溶解氧含量还与渣中Al2O3活度有关，从热力学的角度讲，活度有关，从热力学的角度讲，Al2O3活度越小，越有利于降低钢水中的溶解氧含量活度越小，越有利于降低

33、钢水中的溶解氧含量。日本山阳渣系的日本山阳渣系的Al2O3活度值最小，而东大渣系最大。因此，山阳渣活度值最小，而东大渣系最大。因此，山阳渣系最有利于降低钢中的溶解氧。因此，从热力学上考虑，进行炉渣选取系最有利于降低钢中的溶解氧。因此，从热力学上考虑，进行炉渣选取应注意在满足其它要求的同时，似乎应尽量选择低（应注意在满足其它要求的同时，似乎应尽量选择低（Al2O3）作用浓度的）作用浓度的渣系。渣系。32)(32lglgOAlOAlaaaK 工艺制定工艺制定造渣制度确定造渣制度确定精炼渣对脱氧的影响比较精炼渣对脱氧的影响比较炉渣中的二氧化硅被钢中铝还原的反应为：炉渣中的二氧化硅被钢中铝还原的反应为

34、：4Al+3(SiO2)=2(Al2O3)+3Si G-668590+113.469T，J/mol 应用上式，在应用上式，在1823K条件下，分别将条件下，分别将A A厂、厂、B B厂、山阳以及东北大厂、山阳以及东北大学建议的炉渣组元作用浓度带入可得：学建议的炉渣组元作用浓度带入可得：43)(32)(0232lnAlSiOSiOAlaaaaRTGG AB山阳山阳实验实验G，J/mol-86196-87719-50418 9445 钢中的酸溶铝钢中的酸溶铝AlS不会还原渣中的（不会还原渣中的（SiO2），这时（），这时（SiO2）不会成为供氧源。）不会成为供氧源。工艺制定工艺制定造渣制度确定造渣

35、制度确定点状夹杂的控制能力点状夹杂的控制能力 钢水真空精炼过程中，炉渣中的钢水真空精炼过程中，炉渣中的CaO被钢中碳还原的反应为：被钢中碳还原的反应为：(CaO)+C=Ca+CO(g)G1=G10+RTlnK0 其中，其中，)(0%/lnCaOCCOCaaCfppaK)(0%/lnCaOCCOCaaCfppa84.2274622T 工艺制定工艺制定造渣制度确定造渣制度确定在在pCO=100Pa条件下，温度分别为条件下，温度分别为1873K、1823K和和1773K时，钢中时，钢中aCa和和a(CaO)之间的关系为：之间的关系为：0.00.20.40.60.80.000000.000010.00

36、002aCa=1.64*10-5T=1773KT=1823KT=1873K aCaa(CaO)影响钢水中的碳还原炉渣中（影响钢水中的碳还原炉渣中（CaO）的主要因素是温度和炉渣中（的主要因素是温度和炉渣中（CaO）的）的活度，随着温度和炉渣中的（活度，随着温度和炉渣中的（CaO）活）活度的升高，度的升高，钢水中钙含量增加，从而增钢水中钙含量增加，从而增加了点状夹杂的生成可能性加了点状夹杂的生成可能性。工艺制定工艺制定造渣制度确定造渣制度确定点状夹杂的控制能力点状夹杂的控制能力 另外，钙在钢中的溶解度非常低，而蒸汽压很高，会出另外，钙在钢中的溶解度非常低，而蒸汽压很高，会出现如下的反应：现如下的

37、反应：Ca=Ca(g)反应平衡时有反应平衡时有94.5T4751ap/plnCa0Ca 虽然本项目采用高碱度精炼渣，但真空精炼后，控虽然本项目采用高碱度精炼渣，但真空精炼后，控制钢中制钢中Ca10ppm，则仍可有效控制钢中点状夹杂物。，则仍可有效控制钢中点状夹杂物。精炼渣系选择精炼渣系选择 CaO SiO2 Al2O3 MgO CaF2 FeO+MnO 范围范围 4555 8 2738 510 05 1.0 工艺制定工艺制定造渣制度确定造渣制度确定东北大学建议某厂渣系控制范围东北大学建议某厂渣系控制范围炉号化 学 成 分 /%CSiMnPSAltCrTiCaNiA0.980.270.350.0

38、110.0020.021.480.0030 0.0006 0.015B0.980.260.360.010.0020.031.520.0020 0.0004 0.010MoCuAsSnSbPbONHA0.001 0.01 0.0003 0.0003 0.0003 0.0003 0.0005 0.0020 0.00007B0.001 0.01 0.0003 0.0003 0.0003 0.0003 0.0006 0.0025 0.00006东北大学建议某厂渣系使用结果东北大学建议某厂渣系使用结果精炼渣系选择精炼渣系选择工艺制定工艺制定造渣制度确定造渣制度确定东北大学建议某厂渣系使用结果东北大学建议

39、某厂渣系使用结果钢种规格A粗A细B粗B细C粗C细D粗D细GCr151200.51.00.50.50000GCr151200.51.00.50.50000GCr151200.51.00.50.50000GCr151200.50.50.50.50000GCr151200.50.50.50.50000GCr151200.50.50.50.50000 轴承钢中轴承钢中Ti的行为在钢中的行为在钢中O15.57O10.5N10.51010-6-6，轴承，轴承钢中就会有钢中就会有TiNTiN生成。生成。因此，必须严格控制钢中的因此，必须严格控制钢中的TiTi和和NN含量。含量。n 如果在炼钢过程钢液中溶解的

40、钛、氮含量较高时，有可能形成固态氮化如果在炼钢过程钢液中溶解的钛、氮含量较高时，有可能形成固态氮化钛，同时也可能生成钛的氧化物和碳化物，通过热力学计算可以判断在不钛，同时也可能生成钛的氧化物和碳化物，通过热力学计算可以判断在不同的热力学条件下钛的化合物的生成类型。同的热力学条件下钛的化合物的生成类型。-10.0-9.5-9.0-8.5-6.5-6.0-5.5-5.0-4.5TiO2Ti3O5Ti2O3TiCTiN lnaNlnaO轴承钢中轴承钢中TiTi的行为控制的行为控制工艺制定工艺制定成分控制成分控制 资料报道，氮化钛析出温度：资料报道，氮化钛析出温度：logK=logTiN=16189/

41、T+4.72，若能，若能在降低钛含量的同时，降低氮含量，则可降低氮化钛的析出温度，氮化钛在降低钛含量的同时，降低氮含量，则可降低氮化钛的析出温度，氮化钛的析出倾向将随之减少。的析出倾向将随之减少。轴承钢中轴承钢中TiTi的行为控制的行为控制厂厂家家 瑞瑞典典SKF 山山阳阳 神神户户 爱爱知知 和和歌歌山山 高高周周波波 Ti/10-6 13.4 1415 15 15 1222 920 国内外厂家轴承钢中钛含量国内外厂家轴承钢中钛含量 通过对冶炼过程通过对冶炼过程TiTi的热力学计算可知：的热力学计算可知：1 1）要实现脱钛，应尽可能在高氧位时加入含钛合金在转炉内或出钢前期要实现脱钛，应尽可能

42、在高氧位时加入含钛合金在转炉内或出钢前期 2 2）为获得低钛轴承钢，应控制转炉下渣量小于）为获得低钛轴承钢，应控制转炉下渣量小于5kg/t5kg/t钢钢 3 3）采用低钛铁合金）采用低钛铁合金 02468100204060增钛量/ppm下渣量/kg/t 0.5 0.8工艺制定工艺制定成分控制成分控制50100150200250300020406080100120140160180200Ti/10-6O/10-6搅拌强度及时间搅拌强度及时间：LF加热阶段：加热阶段：3050W/t 脱硫期间：脱硫期间：300500W/t 合金化后：合金化后：100200W/t 搅拌搅拌3min 软吹期间：软吹期间

43、：3050W/t 搅拌时间搅拌时间15min搅拌能为：搅拌能为：=28.5=28.5Q Q/W WT Tloglog（1+1+Z Z/148/148）式中：式中：搅拌能，搅拌能，W/tW/t；W W装入量；装入量；t t；Q Q底吹氩气流量；底吹氩气流量；m m3 3/min/min；Z Z熔池钢液深度；熔池钢液深度；cmcm。均匀混合时间均匀混合时间:=K0.4 工艺制定工艺制定吹氩制度吹氩制度高效炉外精炼工艺技术高效炉外精炼工艺技术搅拌制度搅拌制度4 4 特殊钢连铸关键技术特殊钢连铸关键技术 与普钢连铸相比，特殊钢连铸起步较晚，由于特殊与普钢连铸相比，特殊钢连铸起步较晚，由于特殊钢质量要求

44、严格，而且成分复杂，高温下物理性能特殊，钢质量要求严格，而且成分复杂，高温下物理性能特殊，在连铸过程中容易产生各种铸坯质量问题。在连铸过程中容易产生各种铸坯质量问题。4.1 4.1 中间包冶金技术研究中间包冶金技术研究n通过水模实验和数模计算提出通过水模实验和数模计算提出合理的中间包结构，提高中间合理的中间包结构，提高中间包内的钢水平均停留时间和夹包内的钢水平均停留时间和夹杂物去除率，采用高效精炼效杂物去除率，采用高效精炼效果的中间包覆盖渣。果的中间包覆盖渣。良好的中间包的特征良好的中间包的特征 容量大、结构合理容量大、结构合理 足够的停留时间足够的停留时间 最小的死区最小的死区 利于夹杂物上

45、浮和去除利于夹杂物上浮和去除 最小的卷渣几率最小的卷渣几率 高效的中间包覆盖渣高效的中间包覆盖渣4.14.1中间包冶金技术研究中间包冶金技术研究n中间包结构、形状中间包结构、形状 多种类型中间包H型中间包n中间包控流装置中间包控流装置 n挡渣堰挡渣堰n坝坝n湍流控制器湍流控制器n过滤器过滤器n气幕挡墙气幕挡墙l中间包安装过滤器去除夹杂物技术中间包安装过滤器去除夹杂物技术 l以耐火材料制成的多孔过滤板，钢液流过时夹杂被孔壁吸附过滤掉。以耐火材料制成的多孔过滤板，钢液流过时夹杂被孔壁吸附过滤掉。lMgO、Al2O3及及ZrO2粉末填塞过滤层，使钢中粉末填塞过滤层，使钢中Al2O3夹杂降低夹杂降低2

46、0%70%。4.1中间包冶金技术研究中间包冶金技术研究4.14.1中间包冶金技术研究中间包冶金技术研究n中间包物理模拟及数学模拟中间包物理模拟及数学模拟 物理模拟物理模拟数学模拟数学模拟浸入式水口吹气效果浸入式水口吹气效果4.1 4.1 中间包冶金技术研究中间包冶金技术研究l中间包旋转磁场去除夹杂物中间包旋转磁场去除夹杂物技术技术 日本川崎钢铁公司将该技术用于日本川崎钢铁公司将该技术用于生产优质不锈钢等钢种：将一个半圆生产优质不锈钢等钢种：将一个半圆形的旋转磁场发生器，放置在中间包形的旋转磁场发生器，放置在中间包周围，在旋转磁场作用下，钢水将随周围，在旋转磁场作用下，钢水将随着磁场旋转，在离心

47、力的作用下，由着磁场旋转，在离心力的作用下，由于钢水中的夹杂物密度低于钢液，从于钢水中的夹杂物密度低于钢液，从而向钢包中心区域聚集，并碰撞长大而向钢包中心区域聚集，并碰撞长大上浮去除。上浮去除。4.1 4.1 中间包冶金技术研究中间包冶金技术研究l中间包等离子加热技术中间包等离子加热技术l中间包感应加热技术中间包感应加热技术l中间包电渣加热技术中间包电渣加热技术4.2 4.2 凝固数学模型凝固数学模型n大方坯连铸与小方坯相比，中大方坯连铸与小方坯相比，中心部位的冷却效果不明显，凝心部位的冷却效果不明显，凝固时间长，而且铸坯凝固变形固时间长，而且铸坯凝固变形量大，热应力和机械应力大。量大，热应力

48、和机械应力大。n凝固数学模型的研究有利于大凝固数学模型的研究有利于大方坯凝固过程的特点，同时可方坯凝固过程的特点，同时可以为末端电磁搅拌和动态轻压以为末端电磁搅拌和动态轻压下提供依据。下提供依据。n还可研究其它工艺参数，如浇还可研究其它工艺参数，如浇注温度、拉速、冷却制度对铸注温度、拉速、冷却制度对铸坯凝固的影响规律。坯凝固的影响规律。结晶器结晶器内现象内现象1液相区液相区 2两相区两相区 3固相区固相区40Cr钢铸坯凝固界面推进情况钢铸坯凝固界面推进情况 GCr15钢铸坯凝固界面推进情况钢铸坯凝固界面推进情况 凝固数学模型计算结果凝固数学模型计算结果 M-EMS：消除过热，促进等轴晶凝固，改

49、进表面质量。：消除过热，促进等轴晶凝固，改进表面质量。S-EMS：改善晶粒尺寸：改善晶粒尺寸 F-EMS：减轻偏析最终等级，改善中心偏析和中心疏松。：减轻偏析最终等级，改善中心偏析和中心疏松。可采用多级组合的电磁搅拌技术可采用多级组合的电磁搅拌技术4.3 4.3 电磁搅拌技术电磁搅拌技术4.4 4.4 连铸轻压技术连铸轻压技术工艺原理工艺原理：在连铸坯凝固过程中,对铸坯施加外力,补偿凝固收缩并破碎已经形成的“晶桥”,使得铸坯内的钢水可以自由地进行流动,最大程度地减少中心偏析和疏松。u动态轻压下动态轻压下：在浇铸过程中跟踪凝固终点，随凝固终点的变化：在浇铸过程中跟踪凝固终点，随凝固终点的变化调整

50、辊缝及辊缝收缩程度。调整辊缝及辊缝收缩程度。u特点特点：可控性强，比较灵活：可控性强，比较灵活,可远距离调整辊缝和辊缝收缩，能可远距离调整辊缝和辊缝收缩，能跟踪凝固末端实施压下，压下范围大，但调控误差大，技术要跟踪凝固末端实施压下，压下范围大，但调控误差大，技术要求高。求高。名称名称产生时间产生时间技术名称技术名称应用应用静态轻压下静态轻压下7070年代末年代末小辊径分节辊扇形段小辊径分节辊扇形段日本日本NKKNKK首先应用，而首先应用，而后在全世界推广后在全世界推广8080年代末年代末人为鼓肚轻压下技术人为鼓肚轻压下技术（ISBRISBR）日本日本NKKNKK9090年代初年代初圆盘辊轻压下