轉(zhuǎn)爐流程特殊鋼工藝技術(shù)演示教學(xué)

轉(zhuǎn)爐流程特殊鋼工藝技術(shù)特殊鋼零部件的疲勞破壞機(jī)械設(shè)備零部件多在交變（沖擊、扭轉(zhuǎn)、彎曲、擠壓、摩擦等）載荷下工作；疲勞破壞是導(dǎo)致工件失效的重要原因，而鋼中非金屬夾雜物往往成為疲勞裂紋的起源；特殊鋼非金屬夾雜物控制要求最為嚴(yán)格（數(shù)量、尺寸、組成、性能等）。2夾雜物引發(fā)疲勞破壞的機(jī)理夾雜物的彈性模量、熱膨脹系數(shù)等與鋼基體顯著不同：不能均勻傳遞基體所經(jīng)受的應(yīng)力、應(yīng)變；鋼熱加工后夾雜物周邊產(chǎn)生壓應(yīng)力或拉應(yīng)力。夾雜物周邊各種應(yīng)力疊加，當(dāng)超過鋼的強(qiáng)度極限時，夾雜物－鋼基體界面產(chǎn)生裂紋成為疲勞破壞源3不同類別夾雜物對鋼疲勞性能的影響J.Monnot,etal.,Amer.Soc.ForTestMat.,1988,p.1494夾雜物臨界尺寸Lasson等研究發(fā)現(xiàn)：夾雜物小于10m時，夾雜物萌生疲勞裂紋的幾率非常?。粖A雜物大于10m時，疲勞裂紋則在夾雜物周圍萌生。齋藤誠研究發(fā)現(xiàn)：10m程度的TiN夾雜物導(dǎo)致彈簧疲勞破壞。Kiessling等認(rèn)為：大多數(shù)疲勞破壞起源于表面或亞表面的單個夾雜物，萌生疲勞裂紋的表面或表面附近的夾雜物尺寸并不太重要。M.Lassonetal.Mater.Sci.Tech.,1993,9(3),p235齋藤誠，熱処理，1987,vol.27,No.1,p.23R.Kiessling,etal.,ProductionandApplicationofCleanSteel,1970,p1795特殊鋼超低氧含量控制上世紀(jì)80年代日本山陽特殊鋼公司發(fā)現(xiàn)將軸承鋼氧含量降低至超低含量范圍（4~7ppm），可以大幅提高軸承疲勞壽命；其后十幾年時間里，降低氧含量一直是軸承鋼等特殊鋼冶金質(zhì)量的控制重點(diǎn)；國內(nèi)高水平特殊鋼廠生產(chǎn)軸承、軸件、彈簧等特殊鋼已能夠?qū)⒖傃鹾拷档椭?~7ppm范圍。6K.Kawakami,etal.,Proceedingsofthe3rdInternationalCongressontheScienceandTechnologyofSteelmaking,May9-12,2005,Charlotte,AIST,2097超低氧特殊鋼中大型夾雜物問題對特殊鋼實(shí)現(xiàn)了超低氧含量控制之后，近年來業(yè)界開始側(cè)重關(guān)注鋼中個別大尺寸夾雜物控制問題：即便將氧含量降低至4~7ppm范圍，鋼中仍有個別數(shù)十、數(shù)百m的大尺寸夾雜物存在；超低氧特殊鋼疲勞壽命離散度較大問題，即認(rèn)為是由于鋼中個別大尺寸夾雜物所造成的；超低氧特殊鋼中大尺寸夾雜物數(shù)量很少，采用常規(guī)檢驗(yàn)方法很難檢測到其存在，特鋼廠開始采用高頻超聲波探傷、極值統(tǒng)計(jì)法等檢測評價方法。8軸承鋼控制策略轉(zhuǎn)變（山陽特殊鋼）由重點(diǎn)控制鋼總氧含量（“鋼中酸素量の低減”）轉(zhuǎn)為“控制鋼總氧含量控制鋼中最大夾雜物尺寸（“最大介在物の大きさを抑制”）。SanyoTechnicalReport，Vol.13(2006)，No.1，77主要目的：提高穩(wěn)定性高信頼性長壽命軸受鋼P(yáng)remiumJ2，SanyoTechnicalReportVol.20(2013)No.1，70國產(chǎn)特殊鋼冶金質(zhì)量穩(wěn)定性問題重要用途特殊鋼材仍主要依賴進(jìn)口，國產(chǎn)鋼材的差距主要體現(xiàn)在鋼材性能穩(wěn)定性方面，其中很大程度源于冶金質(zhì)量控制不穩(wěn)定，而鋼中夾雜物尺寸大是最突出問題之一。以重要裝置用高端軸承、彈簧、高鐵車輪、車軸為例，即便將總氧含量控制在4~7ppm極低含量范圍，鋼中仍有個別數(shù)十、數(shù)百微米，甚至毫米級大型夾雜物存在。11德國Mubea公司泰倉廠彈簧鋼試樣分析德國Sarrstahl鋼廠韓國浦項(xiàng)制鐵國內(nèi)高水平特鋼廠：A廠B廠汽車彈簧鋼盤條不變形夾雜物尺寸比較42CrMo鋼疲勞斷口（T.O：10ppm）旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)：三種熱處理制度得到三個不同強(qiáng)度水平的材料，進(jìn)行疲勞實(shí)驗(yàn)22個疲勞斷口裂紋起源為夾雜物；最大夾雜物為66m，最小夾雜物為14.8m，平均為33.3m尺寸60μm的夾雜物個別大型夾雜物為外來夾雜物？含量（%）夾雜物尺寸（m）尺寸60μm的夾雜物鋼中非金屬夾雜物檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)常規(guī)夾雜物檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)（ASTME45）GB/T10561-2005特殊鋼冶金工藝流程脫磷效率高；出鋼下渣少；混雜元素含量高（Cu、Sb等）。電爐流程：18特殊鋼生產(chǎn)轉(zhuǎn)爐工藝流程混雜元素含量低（Cu、Sb等）;脫磷效率低；出鋼不易擋渣.轉(zhuǎn)爐流程：BOFLadlefurnaceRHdegasserContinuouscaster19日本特殊鋼廠電爐流程：山陽特殊鋼、愛知制鋼、大同特殊鋼等。轉(zhuǎn)爐流程：室蘭鋼鐵廠、小倉鋼鐵廠、和歌山鋼鐵廠、倉敷鋼鐵廠、加古川鋼鐵廠、神戶鋼鐵廠等。20轉(zhuǎn)爐煉鋼脫磷問題低磷、超低磷鋼種成分控制需要；高拉碳以減少增碳量。21轉(zhuǎn)爐冶煉脫磷率：90%鐵水[%P]吹煉終點(diǎn)[%P]22轉(zhuǎn)爐冶煉脫磷率：85%鐵水[%P]吹煉終點(diǎn)[%P]23雙渣法冶煉第一次倒?fàn)t：脫磷率40%第二次倒?fàn)t：脫磷率80%24雙渣法冶煉第一次倒?fàn)t：脫磷率40%第二次倒?fàn)t：脫磷率80%25雙渣法冶煉第一次倒?fàn)t：脫磷率40%第二次倒?fàn)t：脫磷率80%26提高轉(zhuǎn)爐煉鋼脫磷效率吹煉前期（第一次倒渣前）：快速成渣（供氧、槍位、石灰等）；增強(qiáng)底吹攪拌強(qiáng)度。吹煉中后程（第一次倒渣后）：盡量倒出前期渣；二批渣快速成渣（熔劑、石灰、供氧等）：吹煉后期強(qiáng)攪拌。27吹煉前期脫磷反應(yīng)機(jī)理金屬熔池內(nèi)部：a[O]為[C]所控制：溫度：1330~1380℃；[C]：3.3~4.5%；a[O]：0.0001~0.00015。熔池內(nèi)部脫磷反應(yīng)基本不能進(jìn)行。渣/鐵界面：可通過氧槍槍位、供氧速率等將渣中FetO控制在8~18%；脫磷反應(yīng)能夠進(jìn)行：

2[P]+5(FeO)=(P2O5)+5Fe28脫磷階段脫磷反應(yīng)機(jī)理脫磷反應(yīng)機(jī)理：熔池內(nèi)部[P]向渣/鐵界面運(yùn)動傳輸；在渣/鐵界面發(fā)生脫磷反應(yīng)：

2[P]+5(FeO)=(P2O5)+5Fe高效脫磷的關(guān)鍵：加強(qiáng)鐵液熔池攪拌，促進(jìn)熔池內(nèi)部[P]向渣/鐵界面?zhèn)鬏敚煌ㄟ^調(diào)整供氧或加入鐵礦石提高渣中FetO活度。29住友和歌山鋼廠脫磷轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)[P]Fig.8.Therelationshipbetweenbasicityand[P]aftertreatmentT.Ueki,etal.,ToshiyukiUeki,etal.,9thChina-JapanSymposiumonScienceandTechnologyofIronandSteelMaking,2004,Chiba30轉(zhuǎn)爐出鋼防下渣問題K.Kawakami,etal.,Proceedingsofthe3rdInternationalCongressontheScienceandTechnologyofSteelmaking,May9-12,2005,Charlotte,AIST,20931EBT(EccentricBottomtapping)32山陽特殊鋼冶金工藝流程3334扒渣器35完全除渣36大同特殊鋼公司生產(chǎn)軸承鋼3738超低氧特殊鋼LF精煉關(guān)鍵工藝：高堿度精煉渣（堿度：5~10）；鋁脫氧（[Al]s:0.02%）；強(qiáng)擴(kuò)散脫氧（爐渣FetO：0.8%）；適當(dāng)強(qiáng)攪拌（比攪拌功：~140w/t）。39高堿度精煉渣降低渣中SiO2的活度，抑制下式反應(yīng)：

降低渣中FetO活度系數(shù)。(Si02)+4/3[Al]＝2/3[Al203]夾雜物+[Si]40日本愛知制鋼公司齒輪鋼精煉福本一郎，第126127回西山紀(jì)念技術(shù)講座，日本鉄鋼協(xié)會，大阪東京，1988，12141大同特殊鋼精煉渣SiO2含量影響福本一郎，第126127回西山紀(jì)念技術(shù)講座，日本鉄鋼協(xié)會，大阪東京，1988，12142山陽特殊鋼精煉渣堿度對軸承鋼總氧含量與夾雜物的影響K.Kawakami,T.Taniguchi,etal,Tetsu-to-Hagane,93(2007),74143愛知制鋼公司爐渣FetO+MnO含量控制福本一郎，第126127回西山紀(jì)念技術(shù)講座，日本鉄鋼協(xié)會，大阪東京，1988，12144鋼包內(nèi)下渣層與下渣量關(guān)系包內(nèi)鋼水H/D:1.3545IRIS-遠(yuǎn)紅外下渣監(jiān)測系統(tǒng)46即將開始下渣47大量下渣（PostIndex）48即將下渣49大量下渣50國際鋼鐵協(xié)會.潔凈鋼-潔凈鋼生產(chǎn)工藝技術(shù).北京：冶金工業(yè)出版社，200651擋渣與減少爐內(nèi)殘留鋼水量的矛盾！52轉(zhuǎn)爐出鋼出凈鋼水（鋼鐵料消耗減少）；爐后鋼包扒渣（基本扒凈）；LF精煉時加入石灰等渣料造渣。增設(shè)爐后扒渣53超低氧鋼中大尺寸DS類夾雜物？內(nèi)生類夾雜物去除程度不夠（精煉工藝問題）；采用鈣處理；鋼水二次氧化控制不夠；凝固過程聚集為大尺寸夾雜物(幾乎全部采用弧形鑄機(jī))。超低氧特殊鋼精煉工藝升溫，脫氧，合金化，去除夾雜物等。脫氣（H，N），脫氧，合金化，去除夾雜物等。去除夾雜物：LForRH（哪個更高效？）LF精煉優(yōu)勢：加熱鋼水、爐渣；強(qiáng)擴(kuò)散脫氧（高堿度、極低FeO含量爐渣）；鋼液成分控制（合金化）。去除夾雜物方面的不足：對鋼水?dāng)嚢枘懿蛔?。LF精煉過程T.O含量變化LF爐精煉時間（min）RH工藝優(yōu)點(diǎn)鋼水為強(qiáng)還原性爐渣所覆蓋；渣-鋼界面“平靜”，爐渣卷入鋼液形成的夾雜物量減少；鋼水大范圍、合理方向“循環(huán)流動”，促進(jìn)微小夾雜物碰撞、聚合、上浮去除；夾雜物被提升氣體氣泡捕捉（單位截面供氣強(qiáng)度：~9Nm3/m2/min）。新爐外精煉工藝LF精煉時間由70min以上減少至45~50min，除升溫和合金化外，主要完成兩項(xiàng)任務(wù)：將鋼液[Al]控制在0.04%以上（鋼液溶解氧近乎全部轉(zhuǎn)化為脫氧產(chǎn)物夾雜物）；將爐渣FeO含量控制在1%以下（基本喪失對鋼水的氧化能力）。去除夾雜物任務(wù)主要由RH精煉承擔(dān)，為此將RH真空精煉時間延長至30min以上。RH精煉過程T.O含量的變化RH精煉時間（min）RH精煉過程鋼中非金屬夾雜物數(shù)量與尺寸變化特殊鋼采用鈣處理目的：提高鋼水可澆性（生成12CaO7Al2O3等液態(tài)夾雜物）；問題：鋼液中喂入鈣線周邊，[Ca]濃度過飽和，與[S]、[O]、Al2O3等激烈反應(yīng)，生成大尺寸夾雜物；微小夾雜物聚集為大尺寸夾雜物。X80管線鋼X80管線鋼超低氧鋼中大尺寸DS類夾雜物？內(nèi)生類夾雜物去除程度不夠（精煉工藝問題）；采用鈣處理；鋼水二次氧化控制不夠；凝固過程聚集為大尺寸夾雜物(幾乎全部采用弧形鑄機(jī))。山陽特殊鋼工藝流程山陽特殊鋼立式鑄機(jī)2#鑄機(jī)（60t）1#鑄機(jī)（150t）投產(chǎn)年月2012年6月1982年11月鑄機(jī)類型立式鑄機(jī)鑄機(jī)長度25.3m（彎月面~拉矯輥上段）鋼包容量90t165t中間包容量10t20t鑄機(jī)流數(shù)23鑄坯尺寸380530mm電磁攪拌結(jié)晶器電磁攪拌拉速最高0.60m/min液面控制方式渦流式川上潔，第2號連続鋳造機(jī)（60tCC）の建設(shè)と稼動，SanyoTechnicalReportVol.20(2013)No.1，51川上潔，第2號連続鋳造機(jī)（60tCC）の建設(shè)と稼動，SanyoTechnicalReportVol.20(2013)No.1，51立式連鑄機(jī)優(yōu)勢大同特殊鋼公司新建300mm圓坯鑄機(jī)不同類型鑄機(jī)冶金效果比較川上潔，第2號連続鋳造機(jī)（60