潔凈特殊鋼生產(chǎn)工藝技術(shù)課件

1、Northeastern University潔凈特殊鋼生產(chǎn)工藝技術(shù)姜周華東北大學(xué)2008年10月，萊鋼2008萊鋼學(xué)術(shù)年會 目 錄現(xiàn)代特殊鋼生產(chǎn)的進步及發(fā)展趨勢特殊鋼的質(zhì)量和生產(chǎn)特點特殊鋼潔凈度控制軸承鋼為例特殊鋼連鑄關(guān)鍵技術(shù)電渣生產(chǎn)特殊鋼新技術(shù)非合金鋼低合金鋼合金鋼普通質(zhì)量非合金鋼優(yōu)質(zhì)非合金鋼特殊質(zhì)量非合金鋼普通質(zhì)量低合金鋼優(yōu)質(zhì)低合金鋼特殊質(zhì)量低合金鋼優(yōu)質(zhì)合金鋼特殊質(zhì)量合金鋼粗 鋼不銹鋼特殊鋼特殊鋼與合金鋼1 現(xiàn)代特殊鋼生產(chǎn)的進步及發(fā)展趨勢(1)專業(yè)化分工越來越細（八種類型）生產(chǎn)航天工具用合金鋼（包括軍工等特殊質(zhì)量要求高的品種）的鋼廠不銹鋼板帶廠（太鋼寶鋼不銹、張家港浦項、酒鋼等）不銹鋼型

2、材管線廠（長城寶鋼特鋼大鋼等）軸承鋼彈簧鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼廠（東特本鋼興澄 大冶等）合金工具鋼高速工具鋼和高強度鋼廠精密合金廠合金鋼線材及鋼絲廠鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中兼產(chǎn)大型合金鋼材的分公司(2)特鋼增長方式提升產(chǎn)業(yè)集中度 在政府導(dǎo)向和市場配置下，目前已形成三大特鋼企業(yè)集團：東北地區(qū)：東北特鋼集團華東地區(qū)：寶鋼集團 寶鋼特殊鋼華東-中南地區(qū)：中信泰富 興澄-新冶鋼-石鋼集團1 現(xiàn)代特殊鋼生產(chǎn)的進步及發(fā)展趨勢東北特殊鋼集團汽車工業(yè)用鋼棒材撫順軸承鋼棒線材北滿，大連工模具鋼撫順和北滿不銹鋼棒線材大連特種合金撫順和大連特殊鋼精加工產(chǎn)品 (剝皮 磨光 冷拉棒材 鋼絲) 大連北滿撫順大連 寶鋼特鋼五鋼公司浦鋼公司特

3、鋼分廠上海鋼研所的特鋼長材、扁平材二鋼公司的金屬制品進行重組整合不銹鋼長型材合金鋼棒材高合金鋼型材合金板帶金屬制品 精密冷帶 特殊鋼管 銀亮材寶鋼特鋼不銹鋼長型材生產(chǎn)線高合金鋼型材生產(chǎn)線 合金鋼棒材生產(chǎn)線 環(huán)環(huán)市場境境業(yè)行銀亮材金屬制品合金板帶生產(chǎn)線 特殊鋼管精密冷帶寶鋼特鋼中信泰富興澄特鋼新冶鋼集團石鋼+高合金鋼品種高級汽車用鋼軸承鋼軍工配套材料中低合金鋼品種軸承鋼齒輪鋼合金彈簧鋼合金鋼管坯優(yōu)質(zhì)碳素鋼汽車用鋼1 現(xiàn)代特殊鋼生產(chǎn)的進步及發(fā)展趨勢(3)質(zhì)量性能高級化穩(wěn)定化；品種多樣化、制品化鋼種：1000多個類型：板帶管線棒型鋼質(zhì)量：標準越來越嚴格，國外許多著名廠家均有更嚴格的內(nèi)部標準制品化：滿

4、足用戶需求，提高產(chǎn)品附加值1 現(xiàn)代特殊鋼生產(chǎn)的進步及發(fā)展趨勢(4)冶煉設(shè)備大型化高功率化和自動化 目前大多數(shù)新建電爐在50150t之間，且均為UHP電爐，采用二級或三級計算控制 冶煉工藝發(fā)生較大變化，電爐只作為熔化器（精煉任務(wù)移至爐外） 現(xiàn)有小電爐5-30t通常用于合金鋼，批量較高品種，而且往往后步工序采用特種熔煉設(shè)備（ESR、VIM、VAR等）(5)轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)合金鋼的比例增大轉(zhuǎn)爐法特點：生產(chǎn)率高，鋼中氣體、 雜質(zhì)（特別是殘余元素）含量低，有利于連鑄機配合，生產(chǎn)成本低日本美國、歐洲等許多國家轉(zhuǎn)爐法生產(chǎn)的合金鋼占轉(zhuǎn)爐鋼總產(chǎn)量的10以上主要品種：電工硅鋼工業(yè)純鐵合金鋼、不銹鋼等轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)特殊鋼已成為發(fā)

5、展趨勢國外尤其是日本采用轉(zhuǎn)爐流程生產(chǎn)特殊鋼： DeS-BOF-LF-VD/RH-CC 石鋼、鞍鋼、包鋼、武鋼： BOF-LF-VD-CC 攀鋼、本鋼、興澄、邢鋼： BOF-LF-RH-CC高爐轉(zhuǎn)爐軋制焦化燒結(jié)LFRH連鑄產(chǎn)品轉(zhuǎn)爐精煉大方坯特殊鋼生產(chǎn)線1 現(xiàn)代特殊鋼生產(chǎn)的進步及發(fā)展趨勢(6)爐外精煉技術(shù)基本普及與UHP電爐、轉(zhuǎn)爐配合實現(xiàn)全連鑄生產(chǎn)，尤其是實現(xiàn)多爐連澆合金鋼的質(zhì)量顯著改善，生產(chǎn)成本降低；例如軸承鋼氧化物夾雜含量、合結(jié)鋼的發(fā)紋白點層狀斷口減少(7)合金鋼連鑄比不斷提高連鑄有利于提高合金鋼質(zhì)量提高生產(chǎn)率降低成本由于鋼水精煉，連鑄機裝備水平提高，使得極大部分合金鋼均可實現(xiàn)全連鑄大斷面的大

6、方坯合金鋼連鑄機已成為發(fā)展趨勢國內(nèi)外部分大方坯煉鋼連鑄生產(chǎn)線廠家流程形式斷面尺寸/mm生產(chǎn)鋼種1山陽姬路90t EAF-LF-RH-CC立式3流370470軸承鋼、不銹鋼2大同知多70t EAF-LF-RH-CC弧形2流370480調(diào)質(zhì)、軸承、合結(jié)、不銹3大同澀川70t EAF-LF-RH-CC立式4流3704804愛知80t EAF-VSC-LF-RH-CC弧形2流185320、370480工具鋼、軸承鋼、不銹鋼5神戶鐵水預(yù)處理-60t BOF-精煉-CC弧形2流300430軸承、合金結(jié)構(gòu)、彈簧6川崎鐵水預(yù)處理-BOF-鋼包精煉-真空脫氣-CC4流4005607住友小倉KR-70t BOF-

7、VAD/RH-CC410560/300400軸承、合結(jié)、彈簧、易切8住友和歌山70t、160t BOF410560軸承鋼9新日鐵室蘭TBM-270t BOF- RH-CC350560軸承、合結(jié)、彈簧、易切10日本鋼管福山立式軸承鋼11新日鐵光150150,150,170,210,240,270軸承鋼、不銹鋼12高周波EAF-ASWA-SKF軸承鋼13JFE西日本制鐵所鐵水預(yù)處理-BOF-RH-CC400560/300400軸承鋼14NKK京濱制鐵所鐵水預(yù)處理-BOF-真空除渣鋼包精煉-RH-CC軸承鋼日本部分大方坯煉鋼連鑄生產(chǎn)線1 現(xiàn)代特殊鋼生產(chǎn)的進步及發(fā)展趨勢(8)后步工序（軋制鍛造熱處理）

8、的技術(shù)不斷完善1）控制軋制和控制冷卻技術(shù)已普遍用于高強度，高韌性鋼板的生產(chǎn)2）直接淬火和控軋技術(shù)相結(jié)合正在成為調(diào)質(zhì)型高強度鋼的主要生產(chǎn)方法3）冷鍛技術(shù) 提高金屬收得率高性能高強度、高韌性、長壽命低成本低合金含量和低工藝成本高精度高形狀尺寸精度和表面質(zhì)量綠色化易于回收和利用、可持續(xù)發(fā)展2 特殊鋼的質(zhì)量和生產(chǎn)特點2.1 特殊鋼的質(zhì)量特點由于特殊鋼大多用于比較重要的場合，因此對性能要求嚴格特殊鋼質(zhì)量涉及冶煉鑄造加工熱處理等各個工序從冶金學(xué)觀點看，就是如何保證成分和組織結(jié)構(gòu)不同鋼種，有不同的質(zhì)量要求，也會出現(xiàn)不同的質(zhì)量問題2 特殊鋼的質(zhì)量特點和生產(chǎn)特點2 特殊鋼的質(zhì)量特點和生產(chǎn)特點2.2 特殊鋼的生產(chǎn)

9、特點品種、規(guī)格多生產(chǎn)方法多 電弧爐、轉(zhuǎn)爐、平爐、感應(yīng)爐、真空感應(yīng)爐、電渣爐真空自耗爐、電子束爐等。目前以電弧爐為主，轉(zhuǎn)爐成為電爐的主要競爭對手。特殊用途采用特殊熔煉設(shè)備普遍采用二次精煉工藝連鑄技術(shù) 例：軸承鋼 UHP電爐+爐外精煉+大方坯連鑄 復(fù)吹轉(zhuǎn)爐+爐外精煉+大方坯連鑄生產(chǎn)流程復(fù)雜。冶煉澆鑄之后的加熱軋鍛熱處理等后步工序多，需要專用的設(shè)備和生產(chǎn)線。3. 特殊鋼潔凈度控制 以軸承鋼為例日本軸承鋼的生產(chǎn)狀況國內(nèi)軸承鋼生產(chǎn)企業(yè)工藝流程特殊鋼轉(zhuǎn)爐冶煉技術(shù)特殊鋼轉(zhuǎn)爐/電弧爐出鋼關(guān)鍵技術(shù)低氧鋼和夾雜物控制的精煉技術(shù)3.1 日本軸承鋼的生產(chǎn)狀況 廠家T.O/ppmTi /ppmAl /%S /%P /%

10、山陽5.4/5.814150.011-0.0220.002-0.013神戶9150.016-0.0240.00260.006愛知7150.030.0020.001和歌山612高周波5200.0150.0070.008NKK京濱制鐵所7.515大同知多5 軸承鋼作為特殊鋼中的高潔凈鋼種，其產(chǎn)品質(zhì)量水平可以代表各廠的實際生產(chǎn)工藝和技術(shù)水平。 軸承鋼的生產(chǎn)共同特點(1) （1）設(shè)備大型化由于大容量的電爐或轉(zhuǎn)爐提供初煉鋼水，減少了鋼水與耐火材料之間的接觸，大大提高了生產(chǎn)率，降低了生產(chǎn)成本。（2）除渣為了冶煉出氧含量很低的軸承鋼，必須把帶有氧化反應(yīng)的熔化過程與精煉過程分開進行。國外普遍采用無渣出鋼、真空

11、吸渣和換鋼包除渣等技術(shù)，將氧化渣徹底扒除。（3）鋁脫氧如果只采用真空脫碳、脫氧，鋼中的氧含量高達20ppm以上。因此為了提高鋼的潔凈度，必須在精煉前預(yù)先用鋁沉淀脫氧。 軸承鋼的生產(chǎn)共同特點(2)（4）長時間攪拌真空和非真空條件下長時間攪拌，促進夾雜物充分上??；為了保證長時間攪拌，精煉爐必須具備加熱功能，以補償其溫降。如果生產(chǎn)氧含量小于10ppm的軸承鋼，至少攪拌30min以上。（5）高堿度渣精煉一般將精煉渣堿度控制在46之間。（6）連鑄由于軸承鋼的碳含量高，生產(chǎn)的鑄坯容易產(chǎn)生偏析、縮孔和裂紋等缺陷，加之軸承鋼對非金屬夾雜物和碳化物的要求嚴格，所以軸承鋼的連鑄較為困難，采用M-EMS、F-EMS

12、和輕壓下技術(shù)是有效的解決途徑。 日本神戶 采用高爐鐵水預(yù)處理氧化頂吹轉(zhuǎn)爐排渣鋼包精煉（帶電磁攪拌、真空脫氣）二流連鑄進行軸承鋼的生產(chǎn)，其鋼中氧含量達到4ppm，鈦含量達到7ppm。超純凈鋼的疲勞壽命比普通材提高幾倍。 川崎制鐵 鐵水預(yù)處理脫磷后，通過轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉，把終點碳控制在0.9%，采用擋渣出鋼技術(shù)盡量使渣不流入鋼包中。在鋼包內(nèi)添加渣料，吹入氬氣進行強攪拌，再在RH爐中進行大循環(huán)量的脫氣，使非金屬夾雜物充分上浮，提高鋼的潔凈度。然后實施密封連鑄，鑄出400560mm斷面的鑄坯。 日本山陽 高功率電爐初煉(90-150噸)EBT出鋼LFRHCC/IC（立式連鑄坯斷面尺寸為370mm470

13、mm）均熱初軋機開坯鋼坯清理行星軋機、連軋精軋無損在線檢測連續(xù)爐球化退火檢驗入庫。采用SNRP（Sanyo New Refining Process）工藝生產(chǎn)軸承鋼中T.O5ppm ，鋼中氧化物夾雜達到11m以下，其接觸疲勞壽命比普通軸承鋼的壽命大幅度的提高。 SNRP超純凈軸承鋼生產(chǎn)工藝特點 （1）EBT出鋼，防止爐內(nèi)氧化渣進入鋼包中。（2）LF精煉大于45分鐘，采用高堿度（CaO/SiO2=45，最高7.2）、低氧化性（TFe為0.3-0.6%）精煉渣及鋁脫氧，底部雙透氣磚的吹氬氣攪拌（100125 W/t），強化脫氧、脫硫、去除夾雜效果。（3）RH在66.7Pa下處理2030min，甚至

14、大于40min，進一步脫氧、脫氫、脫氮及去除夾雜，完成成分微調(diào)。酸溶鋁經(jīng)LF、RH后在0.015%以上。（4）全封閉連鑄，防止大氣污染，如中間包吹氮或吹氬保護，使包內(nèi)氣氛中氧含量小于0.1%，并采用長水口保護澆注。（5）采用結(jié)晶器液面控制及電磁攪拌技術(shù)，改善鑄坯組織和質(zhì)量。 使用該工藝，全氧5ppm。連鑄材比模鑄材平均可降低2.6ppm。連鑄鋼和模鑄鋼的B類夾雜物的級別分別是0.06和0.4級，前者為后者1/7，D類夾雜物分別為0.06和0.8級，前者為后者的1/13。鈦含量多在20ppm以下。 日本大同特殊鋼 大同知多工廠開發(fā)出 MRAC-SSS（Multi-function Refinin

15、g & Advanced Casting-Special Solution & Soaking）工藝生產(chǎn)超高純凈軸承鋼。利用MRAC-SSS工藝生產(chǎn)的軸承鋼達到如下水平：T.O5ppm，可以低到3.4ppm，Ti5ppm，N30ppm，并且可以得到極細小的氧化物夾雜和Ti的夾雜物。采用MARC工藝后，鋼中未發(fā)現(xiàn)大于7.5m的Al2O3氧化物夾雜，并且鋼中幾乎不存在CaO-Al2O3系夾雜物。鋼中Ti的夾雜物含量也很少，并且很細小。采用新工藝生產(chǎn)的軸承鋼的疲勞壽命比傳統(tǒng)的精煉工藝生產(chǎn)的軸承鋼壽命可提高25%以上。 大同特殊鋼工藝特點 （1）使鋼液實現(xiàn)低O化電爐出鋼時去除100%氧化渣，LF爐用C

16、aO-CaF2造渣，并用Al終脫氧，然后在RH爐中采用非常高的真空度，并進行長時間脫氣處理，實現(xiàn)低O 的目的。嚴格控制鋼水再氧化，在整個澆鑄階段實現(xiàn)保護，在全封閉的中間包中進行連鑄，通過低O化工藝和保護性澆鑄達到T.O5ppm。（2）促進夾雜物上浮精煉時在RH爐中通過確保循環(huán)時間促進夾雜物的上浮分離;在連鑄過程中通過中間包內(nèi)配備合適的堰壩促進夾雜物上浮分離，再釆用立彎式連鑄機、圓形結(jié)晶器內(nèi)的電磁攪拌以及適當(dāng)?shù)蔫T造速度，即可以使夾雜物在結(jié)晶器內(nèi)上浮分離。（3）減少Ti系夾雜物嚴格選用低Ti含量的廢鋼及爐料，電爐煉鋼時在氧化期想法把Ti作為TiO2氧化物去除鋼中的Ti，在LF爐中采用適當(dāng)?shù)臓t渣組成

17、進行脫Ti。降低鋼中N含量很重要的，在LF爐徹底去除鋼中的S和O有利于去除N，在RH爐中充分保證攪拌時間和脫氧時間有利于脫N反應(yīng)，確保鋼中N達到30ppm以下。由于鋼中Ti和N的含量的降低，保證了鋼中具有低含量的鈦的夾雜物。愛知鋼廠 80t EAFVSC（真空除渣）LFRHCC特點是在強化脫氧的過程中，強化脫磷、脫硫和精煉操作，酸溶鋁含量達到0.03%。其技術(shù)關(guān)鍵是在初煉、精煉過程中盡量降低鋼中氧含量并在連鑄中放置鋼液的二次氧化。在EAF電爐上進行噴粉脫磷操作，使初煉爐鋼水P50ppm。在LF中，采用高堿度爐渣，爐渣堿度(CaO+MgO)/SiO22.85，要求（TFe+MnO）0.8%。采用

18、雙透氣磚吹氬氣，氬氣流量為6001000l/min，攪拌功率100-200W/t。當(dāng)脫硫要求高時，從鋼水頂部適量噴吹85%CaO-15%CaF2渣料，使鋼水硫含量迅速降至10ppm。依靠RH真空脫氣和進一步脫氧，而后重復(fù)在LF爐中的處理，進一步去除大顆粒夾雜和進行溫度、成分調(diào)整。連鑄采用低溫、低速澆注，防止來自大氣和耐火材料的二次氧化。通過低硫和磷含量（S0.002%、P0.01%），減少鑄坯的宏觀偏析和硫化物含量。采用上述工藝后，該廠的軸承鋼全氧含量7 ppm。3.2 國內(nèi)軸承鋼生產(chǎn)企業(yè)工藝流程興澄特鋼：370470mm，BOF-LF-RH-CC 興澄特鋼：軸承鋼T.O平均7ppm，Ti35

19、ppm350470 3.3 特殊鋼轉(zhuǎn)爐冶煉技術(shù)合理的成渣路線，保證在終點低氧位條件下高效脫磷高碳低終點低氧位控制技術(shù)動態(tài)控制模型合理的復(fù)吹工藝轉(zhuǎn)爐冶煉與鋼水潔凈度復(fù)吹效果與碳氧濃度積轉(zhuǎn)爐終點控制與鋼水氧含量鋼水氧含量與鋼水潔凈度轉(zhuǎn)爐下渣與鋼水潔凈度出鋼脫氧合金化與鋼水潔凈度輔助材料(渣料、增碳劑）與鋼水質(zhì)量 轉(zhuǎn)爐終點CO=0.00220.0028(平均0.0025)，若終點C0.1%，終點O低于250ppm。則脫氧劑用量少，生成的夾雜物總量也明顯減少。 2Al + 3O = Al2O3 54 48 102 A 150*O B若 O=500ppm，A=84.38kg，B=159.38kg若 O=

20、250ppm，A=42.19kg，B=79.69kg 因此，采用高碳低氧位出鋼控制技術(shù) 軸承鋼終點C0.1%，探索C0.10.3%高碳出鋼技術(shù)轉(zhuǎn)爐終點碳控制終點C-O關(guān)系 保證鋼包周轉(zhuǎn)和烘烤時間，確保紅包出鋼（不低于1000 ，目標1200） 鋼包無殘鋼、殘渣 底吹氬透氣性良好 添加優(yōu)質(zhì)引流沙，確保自開率 3.3 特殊鋼轉(zhuǎn)爐/電弧爐出鋼關(guān)鍵技術(shù) 鋼包準備對轉(zhuǎn)爐/電爐出鋼下渣進行嚴格控制，出鋼加入改質(zhì)劑，實施爐渣強改質(zhì) 1）確保下渣量50mm 2）采用出鋼改質(zhì)劑工藝，加入量5kg10kg/t：改質(zhì)目標：堿度(CaO/SiO2)4，(FeO+MnO)2%(使鋼包頂渣接近白渣或灰白渣)，獲得流動性好

21、的頂渣狀態(tài) 3）出鋼全程底吹氬出鋼增碳、脫氧合金化技術(shù)進行開發(fā) 注意合金渣料加入時機和順序，使用低氮增碳劑3.3 特殊鋼轉(zhuǎn)爐/電弧爐出鋼關(guān)鍵技術(shù) 優(yōu)化出鋼過程工藝技術(shù)3.4 低氧鋼和夾雜物控制的精煉技術(shù)高效爐外精煉技術(shù)（LF和RH）脫氧技術(shù)及脫氧制度爐渣精煉技術(shù)夾雜物控制及變性處理技術(shù)，包括真空下混合或吹氬攪拌促進夾雜物上浮技術(shù)對幾種典型軸承鋼精煉渣系的計算分析 軸承鋼精煉渣系的成分幾個主要結(jié)構(gòu)單元的作用濃度 工藝制定造渣制度確定精煉渣對脫氧的影響比較 鋁沉淀脫氧在還原性條件下，可將鋁脫氧反應(yīng)寫成下式：2Al + 3O = (Al2O3) 平衡常數(shù)K是溫度的函數(shù)，當(dāng)溫度和鋼水中酸溶鋁含量確定時

22、，反應(yīng)平衡時鋼水中溶解氧含量還與渣中Al2O3活度有關(guān)，從熱力學(xué)的角度講，Al2O3活度越小，越有利于降低鋼水中的溶解氧含量。 日本山陽渣系的Al2O3活度值最小，而東大渣系最大。因此，山陽渣系最有利于降低鋼中的溶解氧。因此，從熱力學(xué)上考慮，進行爐渣選取應(yīng)注意在滿足其它要求的同時，似乎應(yīng)盡量選擇低（Al2O3）作用濃度的渣系。 工藝制定造渣制度確定精煉渣對脫氧的影響比較爐渣中的二氧化硅被鋼中鋁還原的反應(yīng)為：4Al + 3(SiO2) = 2(Al2O3) + 3Si G-668590+113.469T，J/mol 應(yīng)用上式，在1823K條件下，分別將A廠、B廠、山陽以及東北大學(xué)建議的爐渣組元作

23、用濃度帶入可得： AB山陽實驗G，J/mol-86196 -87719 -50418 9445 鋼中的酸溶鋁AlS不會還原渣中的（SiO2），這時（SiO2）不會成為供氧源。 工藝制定造渣制度確定點狀夾雜的控制能力 鋼水真空精煉過程中，爐渣中的CaO被鋼中碳還原的反應(yīng)為： (CaO) + C = Ca + CO(g) G1 =G10 + RTlnK0 其中， 工藝制定造渣制度確定在pCO=100Pa條件下，溫度分別為1873K、1823K和1773K時，鋼中aCa和a(CaO)之間的關(guān)系為： 影響鋼水中的碳還原爐渣中（CaO）的主要因素是溫度和爐渣中（CaO）的活度，隨著溫度和爐渣中的（CaO

24、）活度的升高，鋼水中鈣含量增加，從而增加了點狀夾雜的生成可能性。 工藝制定造渣制度確定點狀夾雜的控制能力 另外，鈣在鋼中的溶解度非常低，而蒸汽壓很高，會出現(xiàn)如下的反應(yīng)： Ca = Ca(g) 反應(yīng)平衡時有 雖然本項目采用高堿度精煉渣，但真空精煉后，控制鋼中Ca10ppm，則仍可有效控制鋼中點狀夾雜物。精煉渣系選擇工藝制定造渣制度確定東北大學(xué)建議某廠渣系控制范圍爐號化 學(xué) 成 分 / %CSiMnPSAltCrTiCaNiA0.980.270.350.0110.0020.021.480.00300.00060.015B0.980.260.360.010.0020.031.520.00200.00

25、040.010MoCuAsSnSbPbONHA0.0010.010.00030.00030.00030.00030.00050.00200.00007B0.0010.010.00030.00030.00030.00030.00060.00250.00006東北大學(xué)建議某廠渣系使用結(jié)果精煉渣系選擇工藝制定造渣制度確定東北大學(xué)建議某廠渣系使用結(jié)果鋼種規(guī)格A粗A細B粗B細C粗C細D粗D細GCr151200.51.00.50.50000GCr151200.51.00.50.50000GCr151200.51.00.50.50000GCr151200.50.50.50.50000GCr151200.50

26、.50.50.50000GCr151200.50.50.50.50000 軸承鋼中Ti的行為在鋼中O10.510-6，軸承鋼中就會有TiN生成。 因此，必須嚴格控制鋼中的Ti和N含量。 如果在煉鋼過程鋼液中溶解的鈦、氮含量較高時，有可能形成固態(tài)氮化鈦，同時也可能生成鈦的氧化物和碳化物，通過熱力學(xué)計算可以判斷在不同的熱力學(xué)條件下鈦的化合物的生成類型。軸承鋼中Ti的行為控制工藝制定成分控制 資料報道，氮化鈦析出溫度：logK =logTiN=16189/T+4.72，若能在降低鈦含量的同時，降低氮含量，則可降低氮化鈦的析出溫度，氮化鈦的析出傾向?qū)㈦S之減少。軸承鋼中Ti的行為控制國內(nèi)外廠家軸承鋼中鈦

27、含量 通過對冶煉過程Ti的熱力學(xué)計算可知： 1）要實現(xiàn)脫鈦，應(yīng)盡可能在高氧位時加入含鈦合金在轉(zhuǎn)爐內(nèi)或出鋼前期 2）為獲得低鈦軸承鋼，應(yīng)控制轉(zhuǎn)爐下渣量小于5kg/t鋼 3）采用低鈦鐵合金 工藝制定成分控制攪拌強度及時間： LF加熱階段：3050W/t 脫硫期間：300500W/t 合金化后：100200W/t 攪拌3min 軟吹期間：3050W/t 攪拌時間15min攪拌能為： =28.5Q/WTlog（1+Z/148） 式中：攪拌能，W/t； W裝入量；t； Q底吹氬氣流量；m3/min； Z熔池鋼液深度；cm。均勻混合時間 : =K0.4 工藝制定吹氬制度高效爐外精煉工藝技術(shù)攪拌制度4 特殊

28、鋼連鑄關(guān)鍵技術(shù) 與普鋼連鑄相比，特殊鋼連鑄起步較晚，由于特殊鋼質(zhì)量要求嚴格，而且成分復(fù)雜，高溫下物理性能特殊，在連鑄過程中容易產(chǎn)生各種鑄坯質(zhì)量問題。 4.1 中間包冶金技術(shù)研究通過水模實驗和數(shù)模計算提出合理的中間包結(jié)構(gòu)，提高中間包內(nèi)的鋼水平均停留時間和夾雜物去除率，采用高效精煉效果的中間包覆蓋渣。良好的中間包的特征 容量大、結(jié)構(gòu)合理 足夠的停留時間 最小的死區(qū) 利于夾雜物上浮和去除 最小的卷渣幾率 高效的中間包覆蓋渣4.1中間包冶金技術(shù)研究中間包結(jié)構(gòu)、形狀 多種類型中間包H型中間包中間包控流裝置 擋渣堰壩湍流控制器過濾器氣幕擋墻中間包安裝過濾器去除夾雜物技術(shù) 以耐火材料制成的多孔過濾板，鋼液流

29、過時夾雜被孔壁吸附過濾掉。MgO、Al2O3及ZrO2粉末填塞過濾層，使鋼中Al2O3夾雜降低20%70%。4.1中間包冶金技術(shù)研究4.1中間包冶金技術(shù)研究中間包物理模擬及數(shù)學(xué)模擬 物理模擬數(shù)學(xué)模擬浸入式水口吹氣效果4.1 中間包冶金技術(shù)研究中間包旋轉(zhuǎn)磁場去除夾雜物技術(shù) 日本川崎鋼鐵公司將該技術(shù)用于生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)不銹鋼等鋼種：將一個半圓形的旋轉(zhuǎn)磁場發(fā)生器，放置在中間包周圍，在旋轉(zhuǎn)磁場作用下，鋼水將隨著磁場旋轉(zhuǎn)，在離心力的作用下，由于鋼水中的夾雜物密度低于鋼液，從而向鋼包中心區(qū)域聚集，并碰撞長大上浮去除。4.1 中間包冶金技術(shù)研究中間包等離子加熱技術(shù)中間包感應(yīng)加熱技術(shù)中間包電渣加熱技術(shù)4.2 凝固數(shù)學(xué)

30、模型大方坯連鑄與小方坯相比，中心部位的冷卻效果不明顯，凝固時間長，而且鑄坯凝固變形量大，熱應(yīng)力和機械應(yīng)力大。凝固數(shù)學(xué)模型的研究有利于大方坯凝固過程的特點，同時可以為末端電磁攪拌和動態(tài)輕壓下提供依據(jù)。還可研究其它工藝參數(shù)，如澆注溫度、拉速、冷卻制度對鑄坯凝固的影響規(guī)律。 結(jié)晶器內(nèi)現(xiàn)象1液相區(qū) 2兩相區(qū) 3固相區(qū)40Cr鋼鑄坯凝固界面推進情況 GCr15鋼鑄坯凝固界面推進情況 凝固數(shù)學(xué)模型計算結(jié)果M-EMS：消除過熱，促進等軸晶凝固，改進表面質(zhì)量。S-EMS：改善晶粒尺寸F-EMS：減輕偏析最終等級，改善中心偏析和中心疏松。 可采用多級組合的電磁攪拌技術(shù)4.3 電磁攪拌技術(shù)4.4 連鑄輕壓技術(shù)工藝

31、原理：在連鑄坯凝固過程中,對鑄坯施加外力,補償凝固收縮并破碎已經(jīng)形成的“晶橋”,使得鑄坯內(nèi)的鋼水可以自由地進行流動,最大程度地減少中心偏析和疏松。輥式輕壓下的發(fā)展歷程動態(tài)輕壓下：在澆鑄過程中跟蹤凝固終點，隨凝固終點的變化調(diào)整輥縫及輥縫收縮程度。特點：可控性強，比較靈活, 可遠距離調(diào)整輥縫和輥縫收縮，能跟蹤凝固末端實施壓下，壓下范圍大，但調(diào)控誤差大，技術(shù)要求高。 名稱產(chǎn)生時間技術(shù)名稱應(yīng)用靜態(tài)輕壓下70年代末小輥徑分節(jié)輥扇形段日本NKK首先應(yīng)用，而后在全世界推廣80年代末人為鼓肚輕壓下技術(shù)（ISBR）日本NKK90年代初圓盤輥輕壓下（DRSR）日本新日鐵動態(tài)輕壓下90年代末液壓夾緊式扇形段奧鋼聯(lián)

32、VAI，德國 SMS Demag，意大利Danieli等國外相關(guān)廠家輕壓下技術(shù)在高碳鋼大方坯連鑄中的應(yīng)用情況廠 家輕壓下裝備應(yīng)用效果德國蒂森鋼公司魯爾廠5 機架基本消除中心偏析和V 形偏析，經(jīng)過輕壓下的連鑄大方坯所軋線材中，中心偏析明顯低于用半成品材料擴散退火后軋成的線材，可大量生產(chǎn)C=0.7%的高碳鋼而不用擔(dān)心中心偏析的影響。 韓國浦項5機架高碳鋼大方坯的碳中心偏析指數(shù)從1.6 降至1.1，偏析指數(shù)從3.7降至1.8，錳偏析指數(shù)從1.5 降至1.25。P70 線材的拉斷率從 10%降至4.3%。 臺灣中鋼公司3 機架高碳鋼連鑄坯質(zhì)量明顯改善， P77 鋼（C=0.77% ）和P82 鋼（C=

33、0.82%）鑄坯平均中心偏析在過熱度25 時由1.17 降至1.12 ，過熱度大于25 時則由1.19 降至1.14，并且鑄坯中心疏松也得到明顯改善， 軋后線材的機械性能也相應(yīng)得到提高，幾乎消除了以往在拉拔過程中存在的杯錐狀斷裂現(xiàn)象。 日本住友小倉廠3 機架改善鑄坯中心偏析的V 形偏析，平均中心碳偏析由1.15-1.35 降低到1.0-1.15，同時，錳、磷和硫的中心偏析也大大減輕。 日本新日鐵八幡廠4 機架改善鑄坯中心疏松和內(nèi)部裂紋。部分廠家輕壓下方坯連鑄機的主要技術(shù)參數(shù)國內(nèi)廠家大方坯輕壓下技術(shù)應(yīng)用情況廠家流程形式斷面尺寸/mm應(yīng)用效果來源攀鋼BOF-LF-RH-CC弧形6流280380，2

34、80325較好VAI興澄特鋼BOF-LF-RH-CC弧形4流370480不明顯VAI武鋼BOF-LF-VD-CC弧形5流250280較好VAI邢鋼BOF-LF-RH-CC弧形4流280280，280325調(diào)試階段西重所寶鋼電爐EAF-LF-VD-CC弧形4流320425調(diào)試階段Danieli板坯輕壓下：梅鋼、濟鋼、本鋼、寶鋼、包鋼等動態(tài)輕壓下的關(guān)鍵技術(shù)壓下模型（壓下量、壓下速率、壓下區(qū)間）凝固模型（熱跟蹤模型）二冷控制系統(tǒng)等其它控制系統(tǒng)只有這幾個組成部分的有機結(jié)合，才能跟蹤動態(tài)變化的壓下位置，迅速自動調(diào)整輥縫以實施輕壓下。 輕壓下位置的確定從 fs=0 到 fs=1 處，鋼液的雜質(zhì)元素含量逐漸

35、增多。 q2 區(qū)：固液相均可流動。凝固收縮可以通過左端非濃化鋼液的流動來補償，流動不會造成中心偏析的形成，可均勻該區(qū)內(nèi)的溶質(zhì)分布； q1 區(qū)：相鄰柱狀晶的二次晶開始并完成相互聯(lián)結(jié)。凝固收縮導(dǎo)致富集雜質(zhì)元素鋼液的集中，促進中心偏析； p 區(qū): 相鄰柱狀晶完全連接到一起，阻礙了柱狀晶間隙中殘留鋼液的流動。殘余濃縮鋼液被枝晶網(wǎng)封閉起來，凝固收縮得不到鋼液的補充，易形成疏松。凝固末端兩相區(qū)示意圖 結(jié)合實際生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)條件 ,設(shè)定壓下區(qū)間（0fs1）。輕壓下位置數(shù)據(jù)舉例公司名應(yīng)用范圍 / mm壓下區(qū)間 / fs中國濟鋼 (奧鋼聯(lián)技術(shù))中厚板0.50.95芬蘭 Rautaruukki低碳微合金鋼 210

36、 18250.150.8210 (12501475)0.30.9中國臺灣中鋼大方坯0.550.75韓國浦項方坯 250 3300.30.7輕壓下主要工藝參數(shù)：壓下率進行壓下時的要求： 0（0：鑄坯內(nèi)部產(chǎn)生裂紋的臨界應(yīng)變）輕壓下主要工藝參數(shù)：壓下速率最大壓下速率：最大壓下速率引起的形變不能超過鋼的某一臨界值，防止產(chǎn)生裂紋。綜合考慮冷卻條件、段面及鑄機設(shè)備等條件確定。輕壓下主要工藝參數(shù)：總壓下量總壓下量大小必須滿足的條件：減少中心偏析和中心疏松；避免鑄坯產(chǎn)生內(nèi)裂；不能影響鑄機扇形段機架結(jié)構(gòu)的完整性；不能對支撐輥的疲勞壽命產(chǎn)生不利影響。 輕壓下系統(tǒng)控制流程拉速過熱度鑄坯尺寸結(jié)晶器、二冷各回路冷卻條件

37、鋼種牌號動態(tài)控制模型溫度場 液芯長度（凝固終點位置） 壓下區(qū)起始、終點fs對應(yīng)位置 熱-機械應(yīng)力應(yīng)變模型 壓下位置設(shè)定 總壓下量 壓下速率 控制系統(tǒng)連鑄機5 電渣重熔新技術(shù)Borys E. Paton院士29/03/1916-19/03/2000Borys I. Medovar院士5.1 電渣重熔的起源B.E. Paton, B.I. Medovar, 1952: first ESR ingot at PWIESR: 發(fā)展歷程的簡要回顧1952-1958: 實驗室研究1958: 在前蘇聯(lián)和中國工業(yè)化1963: 開始在西方國家工業(yè)化1967: 召開第一國際會議1970-1980: 在全世界推廣應(yīng)

38、用1980-1990: 保護氣氛和加壓電渣爐1990- 穩(wěn)定發(fā)展期2000: ESR LM, ESRR ,ESCC（電渣連鑄）?生產(chǎn)效率低：熔化速度低、單件生產(chǎn)，成本高電耗高：14001700kWh/t氟的污染：傳統(tǒng)渣系中含70%CaF2產(chǎn)品潔凈度低：大氣下重熔，元素易氧化、氣體含量高大鋼錠凝固偏析嚴重：凝固控制不能定量化特大型板坯電渣重熔技術(shù)不過關(guān)，尤其是我國5.2 傳統(tǒng)電渣重熔不足技術(shù)路線5.3 電渣連鑄（ESCC)生產(chǎn)效率傳統(tǒng)ESR：熔池深度與電極熔化速度成正比，為保證鋼錠結(jié)晶質(zhì)量，熔化速度與錠直徑之比不超過1。ESCC：將熔化和結(jié)晶的熱過程分離，使熔化速度與金屬熔池深度幾乎不相關(guān);將連

39、鑄思想引入電渣過程。5.3 電渣連鑄理論分析渣池及鑄錠中的溫度場分布傳統(tǒng)ESRESCC5.3 電渣連鑄實驗室研究電渣連鑄實驗裝置（東北大學(xué)） 電渣連鑄坯的低倍組織 Macrograph on transversal sectionMacrograph on longitudinal section5.3 電渣連鑄工業(yè)應(yīng)用世界最大斷面的電渣連鑄設(shè)備（興澄特鋼公司） 5.3 電渣連鑄產(chǎn)品300340mm合金鋼方坯 6006000mm合金鋼圓坯 世界最大斷面的電渣連鑄坯（興澄特鋼）電渣連鑄技術(shù)的不斷完善5.3 電渣連鑄流程的變革（意義）新流程：實現(xiàn)電渣生產(chǎn)高級特殊鋼的連續(xù)化、高效化和低成本化傳統(tǒng)流程

40、：鋼錠單件生產(chǎn)效率低、成材率低、電耗高 5.4 液態(tài)電渣澆鑄技術(shù)ESR(電渣） +CC（連鑄）STRUCTURE AND SHAPE OF METAL POOL TYPICAL FOR VAR, STANDARD ESR AND ESR TC (simulation) VAR,ASRESRESR TC,LMESR LMESR LM of M1 with triple melt rate電渣連鑄空心管坯ESR LM Hollows of HASTELLOY G-50ESS LM composite billetof HSS roll Macrostructure of ESS LM HSS Ro

41、ll billet D 740mm(x 100)CoreClad layerTransition zone at HSS roll復(fù)合軋輥的生產(chǎn)工藝路線 5.5 大型扁錠電渣重熔技術(shù)（1）電渣重熔特厚板的合理性連鑄坯無法滿足厚度的需要模鑄扁錠雖然能夠滿足厚度的要求，但其凝固質(zhì)量差，無法滿足高質(zhì)量厚板的要求即使一般質(zhì)量要求的特厚板，對于全連鑄生產(chǎn)企業(yè)，單獨建設(shè)模鑄生產(chǎn)線，由于產(chǎn)量低，也不經(jīng)濟電渣重熔生產(chǎn)特厚板，由于產(chǎn)品質(zhì)量好，成材率高，其生產(chǎn)成本也不高。（成材率提高的費用幾乎可以抵消電渣的生產(chǎn)費用）電渣錠的成分均勻，組織致密，可以允許更小的加工壓縮比電渣爐的投資?。?)電渣板坯生產(chǎn)工藝流程 轉(zhuǎn)爐

42、（電爐）冶煉爐外精煉連鑄板坯送電渣車間清理切割電極焊接渣料稱量烘烤化渣設(shè)備化渣 電渣重熔電渣板坯表面清理板坯噴丸包鐵皮板坯加熱軋制扣罩熱處理檢驗入庫(3) 國外現(xiàn)狀 世界上最大的板坯電渣爐是俄羅斯雙極串聯(lián)70t板坯電渣爐。烏克蘭雙極串聯(lián)電渣焊可焊接直徑3m的鑄件，焊縫縱向截面可達10m2。英國鋼鐵公司建立了50t三相板坯電渣爐（變壓器容量9000KVA），可生產(chǎn)斷面為48015006403200mm的板坯；1974年德國蒂森公司建立了50t單電極，抬結(jié)晶器式電渣爐（變壓器容量4680 KVA），可生產(chǎn)斷面為6501320mm（最大錠重為30t）的板坯 ；1974年底日本新日鐵八幡廠建立了40t雙極串聯(lián)，抬結(jié)晶器式板坯電渣爐（變壓器容量5630 KVA），可生產(chǎn)斷面為3001900mm，5101900mm，5102400mm的板坯；美國盧肯斯鋼鐵公司建立了30t板坯電渣爐（變壓器容量6000 KVA），可生產(chǎn)斷面為7602000mm的板坯。 蒂森公司生產(chǎn)的電渣扁錠德國ALD公司為德國蒂森公司建立的50t單電極，抬結(jié)晶器式電渣爐（變壓器4680 KVA），三相交流經(jīng)變頻后變成低頻（010Hz）供電,可生產(chǎn)斷面為6501320mm（最大錠重為30t）的板坯，采用交換電極方式進行生產(chǎn)）這種爐型解決了感抗損失大，用電效率低和三相不平衡等問題，但其仍存在熔池深度大，凝固質(zhì)量差，中心偏析