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1、纯真钢及二次精炼纯真钢及二次精炼文光华前言纯真钢或干净钢概论炉外精炼开展过程钢中夹杂物控制原理连铸坯中夹杂物来源与分布干净钢消费的控制对策一、前言 近二十年来国际钢铁界以为最胜利的两个消费流程是： 1从矿石开场的高炉冶炼铁水预处置转炉吹炼二次精炼连铸连轧长流程； 2从废钢为原料的电炉熔炼二次精炼连铸连轧短流程。转炉仅起到铁水脱碳和提温的作用；电炉操作也只需熔化期，主要完成废钢熔化及钢水提温的要求。 结果：有了二次精炼，使钢的纯真度不断提高,满足连铸要求;更重要的是容易与连铸-连轧匹配。 经过二次精炼，转炉和电炉失去了原有炼钢功能：二、纯真钢和干净钢概论纯真钢的由来 1962年,英国钢铁协会首先
2、以纯真钢为主题举行了学术会议。 纯真钢的提出，一方面反映了人们一直没有放弃过提高钢质量的斗争；同时也是市场竞争的结果。纯真钢的由来H、P、O、S 1 H产生白点，真空冶金技术可处理； 2 P普通钢种要求小于0.035%； 3 O以溶解和化合物的方式存在，构成复杂的氧化物，对钢质量影响大； 4S与O一样，最终也是硫化物的方式存在。钢是合金基体与非金属夹杂物构成的复合资料。钢是合金基体与非金属夹杂物构成的复合资料。纯真钢的由来N 1作合金用，提高钢的强度，起碳的作用，如低合金高强度钢和铁素体合金钢；对其它钢种，又提出了超低氮的纯度要求。纯真钢的由来痕量剩余元素Pb、As、Sb、Bi、Cu、Sn特点
3、：含量少，小于0.01%，普通不检测；普通的氧化和复原不能排除去；作为废钢前往利用，不断富积，从而影响钢质量。纯真钢的由来C 钢是铁碳合金；但C在不锈钢是有害元素；在汽车用的IF钢和电工钢中也是有害元素。纯真钢和干净钢概念 关于纯真钢(purity steel)或干净钢(clean steel)的概念,目前国内外尚无一致的定义,但普通都以为干净钢是指对钢中非金属夹杂物(主要是氧化物、硫化物)进展严厉控制的钢种,这主要包括:钢中总氧含量低,非金属夹杂物数量少、尺寸小、分布均匀、脆性夹杂物少以及适宜的夹杂物外形。只需那些尺寸大于“临界值的夹杂物才起重要作用，凡是只存在尺寸小于临界值的夹杂物的钢，就
4、以为是干净钢。而纯真钢那么是指除对钢中非金属夹杂物进展严厉控制以外,钢中其它杂质元素含量也少的钢种，如铜、砷、铅、锌、锑等。纯真钢纯真钢purity steelS+P+N+O+H总合程度：总合程度：60年代年代 900ppm70年代年代 800ppm80年代年代 600ppm90年代年代 100ppm2000年年 50ppm纯真钢纯真钢purity steel高纯真钢对炼钢工艺要求：高纯真钢对炼钢工艺要求：1 1去除杂质元素去除杂质元素 超低超低CC： 如汽车板；如汽车板； 超低超低SS： 如输气管线；如输气管线； 超超低低NN： 如如铁铁素素体体不不锈锈钢钢管管，冷冷锻锻线线棒棒材；材； 超
5、低超低PP： 如高压容器钢板。如高压容器钢板。2 2去除夹杂物去除夹杂物 超低超低OO： 如滚珠钢，汽车板；如滚珠钢，汽车板； 形状控制：如拉拔钢丝，管线钢。形状控制：如拉拔钢丝，管线钢。3 3成分控制成分控制 化学成分控制在窄的范围，性能均一性。化学成分控制在窄的范围，性能均一性。滚珠轴承钢的纯真度要求1)接触疲劳破坏特征:外表凹坑,，“麻点；2)非金属夹杂物对接触疲劳的破坏作用：3) 轴承钢当O从30PPm降到15PPm时，其疲劳寿命提高5倍；降到10PPm时，提高15倍；而降到5PPm时，提高30倍；4)3其他影响要素：粗大的碳化物和杂质元素，如TiN、Cu、H、P等。 非金属夹杂物的平
6、均线膨胀系数夹杂物106-1夹杂物106-1TiN9.40700)MgOAl2O38.40700)MnS18.10700)CaO2Al2O35.00850)Al2O38.00700)CaS14.70850)Cr2O37.90700)3CaOAl2O310.00800)MnO14.10700)12CaO7Al2O37.60800)MgO13.50700)CaO6Al2O38.80800)CaO13.50700)CaOAl2O36.50800)MnOAl2O38.00700)铬轴承钢铬轴承钢12.512.50 0850)850)从组成和构造上,对非金属夹杂物分类： 1A类夹杂：简单金属氧化物及固溶
7、体； 2B类夹杂：尖晶石夹杂物 MOR2O3 M=Fe, Mn, Mg；R=Fe, Al, Cr 3C类夹杂：硅酸盐夹杂铁、铝和复杂硅酸盐； 4D类夹杂：钙铝酸盐球状氧化物夹杂。构造钢的纯真度要求 1热加工性：FeSMnS，AlN等，晶界析出； 2冷加工性： P、 S 、O和N等； 3焊接性：硬度、韧性和塑性等变化； 4易切削性： S 、MnS、Bi、Pb等； 5承载才干对钢纯真度的要求：强度；韧性与脆 性-断裂抗力；失效与老化；各向异性；疲劳抗力； 6大锻件对钢纯真度的要求：成分、组织均匀； 7薄板的可涂覆性能：薄板外表质量。不锈钢、耐热钢和耐蚀钢的纯真度要求1耐蚀性：C、Cu、P；2热强性
8、：Pb、Sb、S；3超纯铁素体不锈钢：O、N对脆性；4高氮铁素体不锈钢： N添加弥散强化 效果。电工钢的纯真度要求1软磁性能：初始导磁率和最大导磁率；铁损小；磁致收缩常数小。2加工性能和脆性。纯真钢纯真钢purity steel国内外一些钢厂消费纯真钢程度如表国内外一些钢厂消费纯真钢程度如表1纯真钢纯真钢purity steel2000年后杂质元素含量预测程度如表2： 纯真钢除S+P+N+H+O五大元素外，随电炉短流程的开展，废钢用量的添加，还包Cu、Zn、Sn、Bi、Pb等伴生元素。 实际研讨和消费实际都证明钢材的纯真度越高，其性能越好,运用寿命也越长。钢中杂质含量降低到一定程度，钢材的性能
9、将发生量变。 1钢中碳含量从4010-6降低到2010-6，深冲钢的伸长率可添加7%； 2轴承钢当O从30PPm降到15PPm时，其疲劳寿命提高5倍；降到10PPm时，提高15倍；而降到5PPm时，提高30倍； 3热轧带钢%S从0.02降到0.001,钢的横向冲击值提高1215倍。纯真钢纯真钢purity steel需求指出的是对不同钢种其中的杂质元素的种类是不同的,如硫在普通钢中都视为杂质元素,但在易切削钢中其为有益元素;IF钢中氮是杂质元素,但在不锈钢中氮可以替代一部分镍和其它贵重合金元素,其固溶强化和弥散强化作用可提高钢的强度。干净钢干净钢clean steel 钢中非金属夹杂物总量、形
10、状和尺寸。它决议于钢种和产品用途。不同用途的产品对钢中干净度要求表3 。干净钢干净钢clean steel 钢的干净度与产品制造和运用过程中所出现的众多缺陷亲密相关，一些厂家对某些高纯度钢发生缺陷所作的调查如表4所示，可以看出钢中的夹杂物尤其是大颗粒夹杂物是引起产品缺陷的主要缘由。干净钢干净钢clean steel 日本一向对钢材质量有着严厉的要求，最近日本夹杂物委员会提出的不同废品对钢中夹杂物含量及尺寸的要求如表5 所示。高附加值产品干净度：高附加值产品干净度：高附加值产品对干净度要求是： TO要低20ppm; 夹杂物数量要少； 夹杂物尺寸要小0 TO= O=0 TO= O夹 对于于AlKA
11、lK钢： AlS=0.02-0.05%AlS=0.02-0.05%， OO溶溶 =4-8ppm=4-8ppm， 如如 在在 连 铸 坯坯 中中 测 定定TO=20ppm TO=20ppm ，那那么么阐明明除除OO溶溶外外，氧氧化化物物夹杂OO夹为12-12-18ppm18ppm，这阐明明钢中很干中很干净了。了。 对于于SiKSiK钢： 用用Si Si、MnMn脱脱氧氧平平衡衡OO溶溶含含量量较高高。仅用用Si Si、Mn Mn 脱脱氧氧钢中中OO溶溶为40-60ppm40-60ppm。在。在结晶器内凝固晶器内凝固时铸坯易坯易产生皮下气孔。生皮下气孔。钢中夹杂物评价：钢中夹杂物评价：人们预测20
12、00年后消费超干净钢，钢中O要到达5ppm程度，TO= O溶+ O夹处理途径： 消费“零夹杂物钢； O夹 0，即钢中夹杂物完全去除； 进一步降低O溶 对于AlK钢，炉外精炼改动AlO 热力学平衡，Al2O3溶于渣中可使熔渣中Al2O3活度到达0.001，与 AlS相平衡得O溶小于1ppm。 对于SiK钢，炉外精炼控制炉渣组成，使SiO2溶于铝酸钙渣中，降低aSiO2，可使钢中O溶降到与AlK钢程度。钢中夹杂物控制原理钢中夹杂物控制原理 由以上分析可知，要降低钢中TO，就是要减少钢中夹杂物，降低O夹，降低O夹其方法是：1去除脱氧产物。 它决议于： 夹杂物构成； 夹杂物传输到钢/渣界面； 渣相吸附
13、夹杂物；方法：控制脱氧产物+炉外精炼+搅拌TO=20-40ppm钢中夹杂物控制原理钢中夹杂物控制原理就脱氧而言，分三种情况：1用Si+Mn脱氧构成的脱氧产物有： 纯SiO2固体： MnO SiO2液体； MnO FeO固溶体。 控制适宜的Mn/Si比，得到液相MnO SiO2 容易上浮排除。但往往由于脱氧不良，铸坯会产生皮下气孔。钢中夹杂物控制原理钢中夹杂物控制原理2用Si+Mn+Al脱氧构成的脱氧产物能够有： 蔷薇辉石2MnO 2Al2O3 5SiO2； 硅铝榴石3MnO Al2O3 3SiO2； 纯Al2O3Al2O3 30%。 要把夹杂物成分控制在相图中的阴影区，那么必需钢中AlS50
14、m，甚至几百 m； 组成复杂； 来源广泛； 偶尔性分布； 对产品性能危害最大。连铸坯中夹杂物来源连铸坯中夹杂物来源 连铸过程中氧化物夹杂的来源图六、干净钢消费的控制对策六、干净钢消费的控制对策从炼钢精炼连铸消费干净钢，主要控制对策是：1控制炼钢炉下渣量 挡渣法：偏心炉底出钢、气动法、挡渣球； 扒渣法：目的是钢包渣层厚50 m去除，采用中间包控流技术 小颗粒夹杂50 m去除； 中间包钙质过滤器 中间包电磁旋转 钢包 中间包 结晶器过程中防止下渣、卷渣是消费干净钢非常重要的操作； 把非稳定态浇注铸坯质量提高到稳定态浇注程度以提高整体铸坯质量是当今人们迫切处理的问题。为此采用： 临界液面操作法，防止
15、旋涡下渣，消费DI罐，钢包还是4% 钢水就关水口 下渣探测器 长水口采用撇渣器 开浇时中间包水口上方采用挡渣器 开浇时中间包密封 结晶器液面控制8钢中微细夹杂物去除钢中微细夹杂物去除干净钢消费的控制对策干净钢消费的控制对策9防止浇注过程下渣和卷渣 示踪实验：参与示踪剂追踪铸坯中夹杂物来源；结晶器渣中示踪剂变化；铸坯中夹杂物来源。初步估计外来夹杂物占41.6% 二次氧化占39% ，脱氧产物为20%。 目前还是广泛采用吹Ar来防止堵塞。消费干净钢总的原那么是：钢水进入结晶器之前尽能够排除Al2O3。干净钢消费的控制对策干净钢消费的控制对策10防止Ar气泡吸附夹杂物 对Al-K钢，采用浸入式水口吹A
16、r防止水口堵塞，但吹Ar会呵斥： 水口堵塞物破碎进入铸坯，大颗粒Al2O3轧制延伸会构成外表条状缺陷 小于1mm Ar气泡上浮困难，它是Al2O3和渣粒的聚合地，当气泡尺寸大于200 m易在冷轧板外表构成条状缺陷。为处理水口堵塞问题，可采用： 钙处置改善钢水可浇性 钙质水口 无C质水口干净钢消费的控制对策干净钢消费的控制对策1111结晶器钢水流动控制结晶器钢水流动控制 电磁制动电磁制动EMBREMBR； FC FCFlow ControlFlow Control结晶器。结晶器。不同拉速下液渣层分布模拟结果不同拉速下液渣层分布模拟结果aa无无电磁制磁制动 b b全幅一段全幅一段 c c全幅二段全
17、幅二段不同位置电磁制动计算结果不同位置电磁制动计算结果 冷轧板缺陷指数：有FC为1.1； 无FC为4.5 七、 结语干净钢提高了钢水质量，提高了产品竞争力；干净钢是一个相对概念，应根据产品用途来制定合理的工艺对策来消费干净钢； 经过炉外精炼的钢水，钢中总氧TO可到达20-40ppm，可以说是非常干净的。要在连铸坯中TO到达小于20ppm，在连铸过程中一是防止再污染，二是在传送过程中要发明条件去除夹杂物； 把产消费品缺陷的夹杂物消灭在钢水进入结晶器之 前。二次精炼和连铸工艺操作是消费干净钢的关键。 谢谢大家！谢谢大家！作 业国内外干净钢消费技术综述顺应市场需求，开发X单位干净钢消费技术要求：5000字、参考文献大于10篇、放假前交报告
