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1、无取向电工钢（硅钢） 生产流程S、C、N的控制 v钢铁研究总院 v连铸技术国家工程研究中心 v仇圣桃 v2008.11 Central Iron 脱硫渣对环境污染较大。 NERC-CCT 石灰系脱硫剂 CaO脱硫的基本反应式： CaO(s)+S=CaS(s)+O 纯CaO的脱硫能力低于CaC2，脱硫速度慢，脱硫效果不 稳定； 添加适量C等反应促进剂，形成复合石灰系脱硫剂，提 高脱硫效率； 提高脱硫效率的主要措施： 加大搅拌 增大反应面积 提高铁水温度 适用于KR机械搅拌脱硫工艺 NERC-CCT 金属镁脱硫 金属镁脱硫的基本反应式： Mg(g)+S=MgS(s) 主要优点： 脱硫能力强，速度快
2、，脱硫后渣量少、铁损少、热损少 ； 脱硫反应为放热过程，适应温低铁水脱硫。 主要缺点： 价格昂贵，容易挥发。 措施： 制作成钝化镁粒； 添加CaO进行复合喷吹。 广泛用于喷吹法脱硫工艺 NERC-CCT 某厂100吨铁水罐喷吹颗粒镁脱硫 主要设计参数 参 数指 标 脱硫年处理能力/万ta1164 脱硫日处理能力/罐64 铁水罐装载能力/t98110 铁水罐有效自由空间/mm800(108t时) 喷吹罐容积/m30.52 喷吹压力/MPa0.30.5 喷吹流量/Nm3min13060 喷吹速度/kgmin1615 5）铁水脱硫实例介绍 NERC-CCT 脱硫效果： oS0.005%的比例达到9.
3、92%； oS平均为0.003%； oS最低可控制到0.002%以下； o“深脱”的平均脱硫率达到90%。 NERC-CCT 1) 氮在铁中的溶解 在一定温度，1atm大气压下，N在钢中存在形式： 自由状态的氮原子， 间隙固溶体； 化合物状态的氮原子，AlN、TiN、ZrN、VN、Fe4N。 3.2 铁水预处理控N 2）影响氮在钢中溶解度的元素 v 铁的状态或晶体结构； v 温度与氮气分压； v 合金元素含量。 NERC-CCT 氮在-Fe、 Fe、 Fe、液态铁中的溶解度 氮在铁液中的溶解度 氮在铁中的溶解度 铁的状态或晶体结构对氮的溶解度的影响 NERC-CCT C、Si：降低溶解度； N
4、b、V、Cr、Mn、Zr、Ti、Al：增加溶解度； Mo、Ni、Co ：影响不大。 合金元素含量对氮在铁液中溶解度的影响 NERC-CCT 低氮铁水的获得 铁水N含量：3040ppm 低氮铁水的措施： v 高炉顺行； v 高温； v 高锰； v 高硅。 NERC-CCT 四、转炉工序C、S、 N的控制 4.1 转炉冶炼工序脱C 4.2 转炉冶炼工序脱N 4.3 转炉冶炼工序控S NERC-CCT 4.1 转炉冶炼工序脱C 转炉终点碳、氧的控制： 根据RH真空脱碳原理，要求处理前初始钢水的 C和O应达到一定的范围，以求最佳脱碳效果。 对于生产成品C30ppm的电工钢来说， RH真 空脱碳的最佳含
5、量： C：0.030.04； O：600ppm700ppm。 NERC-CCT 氮在渣中的存在形式： v 自由氮离子，N代替O； v 化合氮离子，N-4代替O-2 4.2 转炉冶炼工序脱N 转炉顶低复合吹炼： 形成CO、O2气泡、惰性气体Ar气 泡为氮的去除创造良好条件； 转炉终点氮含量可达：1015ppm 。 新日铁八幡厂氧气转炉炼钢过程N的变化 NERC-CCT 氧气流量对转炉终点N的影响 渣层厚度对转炉终点N的影响 NERC-CCT 尽可能提高入炉铁水温度，缩短废钢熔 化时间，保证炉渣脱硫反应的时间； 铁水残渣带入硫量占总硫量的8%12%， 扒渣时应尽量扒尽，应保证较高的终渣碱度 (R=
6、4.4)、较低的终渣(FeO)(不大于16.40%)及适宜 的终点温度(t1680)，以增强炉渣脱硫能力 ； 控制转炉残留渣量，应考虑停止溅渣12 炉后再冶炼，在炉况允许的情况下，连续冶炼 电工钢时也应该停止溅渣； 造渣材料要满足低硫要求。 4.3 转炉冶炼工序控S 1）转炉吹炼过程“回硫”的控制 NERC-CCT 2）影响转炉“回硫”的因素分析 铁水脱S扒渣对回硫的影响 入炉铁水S对回硫的影响 废钢种类对回硫的影响 石灰中S对回硫的影响 NERC-CCT 3）控制转炉回硫的主要措施 v扒除脱硫后铁水面上的脱硫渣； v选用低硫废钢； v控制转炉炉料中硫含量，严格相关技术标准； v选择回硫稳定的
7、脱硫工艺。 NERC-CCT 五、RH精炼工序C、S、 N的控制 5.1 RH脱碳技术 5.2 RH脱硫技术 5.3 RH处理控氮 部分内容源于余志祥教授讲学 NERC-CCT 5.1 RH脱碳技术 真空条件下脱碳行为的特点： 决定真空脱碳速度的主要参数之一是体积传质系数ak，与 真空室截面(Av)、钢水循环量(Q)及钢水碳含量(Cv)成正比： ak Av0.32 . Q1.17 . Cv1.48； RH真空脱碳速度的限制环节是钢水侧碳和氧的传质阻 力，由碳扩散向氧扩散转变的临界条件为： 当钢水C0.05%进行脱碳时,脱碳速度的限制性环节 为碳在钢液侧的扩散，反应速率可表达为: NERC-CC
8、T 脱碳影响因素的分析 插入管直径对脱碳速度的影响： 脱碳速度随插入管内径的增大而增大； 循环量Q与插入管内径d4/3成正比。最大限度 延长内径为700750mm的时间段。 真空降压制度对脱碳的影响 快速降压可加大脱碳速度； 其脱碳速度增大主要体现在脱碳的前5分钟内 。 不同插入深度下的脱碳曲线 不同浸渍管径下脱碳比较 快速降压前后的降碳曲线 NERC-CCT 改进真空脱碳效果的措施 1）提高抽气速度，实行真空快速降压，提高脱碳速度； 2）尽可能加大插入管直径，加大驱动气体流量，增大钢水循环量，提高脱碳 速度； 3）强制（吹氧）脱碳。 效果：RH真空脱碳可在1520分钟之内， 将钢水中的碳降低
9、到(1015)10-6 。最佳 脱碳效果可达10ppm。 强制（吹氧）脱碳的特点： 可提高初始C，达到0.040.06%； 可降低初始O，降至250 400ppm。 脱碳速度比传统RH脱碳快。 RH、RHKTB工艺脱碳曲线 改进前后的降碳曲线 NERC-CCT v 保证真空系统的密封性，确保处理过程的真空度不变 ； v 气体流量调节由小到大，防止处理过程喷溅； v 控制钢水温度，控制真空室的烘烤； v 减少处理过程温降。处理过程中通常每5分钟测温一次 ，以判断温降及钢液循环情况。 RH脱碳在操作中需注意的几个问题 NERC-CCT 5.2 RH脱硫技术 RH脱硫基础 RH脱硫的化学反应平衡式为
10、： (CaO)+ S= (CaS) + O 脱硫的条件： CaO的活度高； 氧的活度低； 渣碱度高，提高渣的硫 容量。 对于铝脱氧电工钢钢水，其基本反应式为： 3(CaO)+2Al+3S=(Al2O3)+3(CaS) 优势： 铝参与脱硫反应速度快 在石灰粒子表面生成铝酸盐，可提高石灰 的硫容量和脱硫效率； 可使钢中S脱至 0.001%； RH脱硫反应的限制性环节是钢液一侧边 界层中的硫向氧化钙表面扩散； 脱硫速度可表示为： 脱硫速度取决于： 渣的硫容量 影响质量传输系数的搅拌能 在RH真空精炼条件下，借助于上升管的 驱动氩气，使进入真空室内的钢液形成乳化 液态区，极大地扩大了表面积； 另一方面
11、，钢液经下降管以一定速度返回 钢包中，加速钢液搅拌，其搅拌能与钢包底 吹氩气搅拌能相当，可达200瓦/吨钢 良好的热力学和动力学条件，显示了RH在脱硫方面的优势！ NERC-CCT RH脱硫实际操作中需讨论的问题 不同CaO系渣的Cs 1）脱硫剂的选择 选择CaO-CaF2脱硫率最高，CaO 与CaF2比例以6：4为宜。 2）对钢包渣的要求 钢包渣中氧势越高，硫分配比越低 钢水回硫量随钢渣氧势的升高而增大 。 CaO-CaF2 的相图 NERC-CCT 3）脱硫时机的选择 钢中O越高，则脱硫效率越低。因此，脱 硫的时机应选择在： 钢水脱氧后； 钢水进行 合金化后。 4）脱硫剂消耗对脱硫率的影响
12、 脱硫率随脱硫剂消耗的上升而提高，最高 脱硫率达83.3%，最低S为0.001%。 5）钢水温度对脱硫率的影响 脱硫率随RH处理钢水温度的上升而提高 。 RH脱硫需要注意的问题： 钢液温度损失。当添加1.5kg/t.钢脱硫剂时 ，温度降低5； 对耐材侵蚀速度加快，平均 达到每炉1.11mm。 NERC-CCT RH脱硫的效果 1）国内某厂利用RH工艺生产高牌号无取 向硅钢时，成品中S含量稳定控制在10 ppm以下。 2）新日铁某厂利用RH-PB工艺生产超低 硫钢，脱硫剂采用1:1的CaO-CaF2，脱硫 剂添加速度max300kg/min，氩气流量： 1666.7NL/min，处理20min，
13、可使S由20 30 ppm降至5 ppm。 3）新日铁另一钢厂采用RH-喷吹法，采 用6:4 CaO-CaF2+(10%15%)MgO，添加 速度100kg/min，氩气量max3500NL/min，处 理20min，使S由20ppm57ppm降至5 ppm。 NERC-CCT 5.3 RH处理控N 对于低碳、低氮钢液，工艺很难进行有效的脱氮！ 获得超低氮钢的方法： 炼钢过程最大程度地脱N； 炼钢后最大程度地控N。 钢液的脱氮方式： 熔渣脱氮 气泡脱氮； 真空脱氮。 真空处理是减少和控制钢中氮主要 手段，为增加氮在钢中传质系数、加大 钢渣反映界面积，应该采用真空吹氩同 时进行。 NERC-CC
14、T 6.1 精炼后钢水增碳的控制 6.2 精炼后钢水增氮的控制 六、精炼后钢水C、 N的控制 NERC-CCT 6.1 精炼后钢水C的控制 钢水增碳的控制 1）控制脱碳过程中从真空室结瘤残钢的增碳； 2）控制冷却废钢的增碳； 3）控制合金的增碳； 通过上述措施增碳可控制在：12ppm 连铸过程的增碳 1）钢包衬砖对增碳的影响 AL-Mg-C砖罐和低碳砖罐钢水增碳情况，钢包采 用无碳砖是十分重要的措施，可控制增碳1ppm； 2） 中包覆盖剂对增碳的影响 中包覆盖剂的碳含量高低直接影响钢水增碳。因 此必须选用无碳中包渣，使增碳1ppm。 3） 浸入式水口增碳的控制 选用低碳无硅复合水口可控制增碳1
15、.5ppm。 通过上述各项措施，使真空脱碳结束至连铸坯的 总的增碳可控制在610ppm。 增碳量（ppm） AL-Mg-C砖罐 6.7 无碳砖罐 0.4 中包渣1 中包渣2 保护渣碳含量，% 4.00.1 钢水增碳，10-6 3.90.1 NERC-CCT 6.2 精炼后钢水N的控制 连铸过程控制二次吸氮的措施： 1）大包到中间包使用长水口，连接处采用氩气密封； 2） 中间包到结晶器使用浸入式水口和保护渣。 NERC-CCT 7.1 LF精炼工序脱S 7.2 LF精炼工序控N 七、 LF精炼工序 S、C、N的控制 NERC-CCT 7.1 LF精炼脱S 钢包炉脱硫效果受制于三因素： 钢液的充分脱氧和炉渣尽可能低的氧势； 高碱度钢包渣，良好的流动性，高硫容量； 良好的搅拌及升温和温度控制。 NERC-CCT 炉渣的氧势(FeO%+MnO%) 随着炉渣氧势的提高，硫的钢、渣分配系数(Ls)及脱硫率下降 。 深脱硫的钢种要求渣中FeO+MnO 1%。 钢包渣的碱度 钢包渣的主要成份： CaO, SiO2, Al2O3, MgO, CaF2, FeO, MnO 硫的分配系数(Ls)和
