纯净钢的生产技术和应用-新日铁.ppt

纯净钢的生产技术和应用 采矿、冶金和材料工程国际研讨会 2006.10.27 北京 Tooru MATSUMIYA 新日铁 1 内容 1.引言 纯净钢概述 2.纯净钢生产工艺的基础理念 3.纯净钢生产的主要技术和应用这些技术后纯净钢的物 化特性 3.1 降低氧化物夹杂总量 3.2 减少大颗粒夹杂 3.3 降低板坯表面及皮下夹杂物 3.4 控制夹杂物化学成分 4.世界纯净钢生产概况 5.纯净钢的特性和应用结果 6.经济可行性 7.结论 2 不同钢材需要的溶质元素净化程度及生产流程 (PI: 喷粉 LF: 钢包炉) 3 内容 1.引言 纯净钢概述 2.纯净钢生产工艺的基础理念 3.纯净钢生产的主要技术和应用这些技术后纯净钢的物 化特性 3.1 降低氧化物夹杂总量 3.2 减少大颗粒夹杂 3.3 降低板坯表面及皮下夹杂物 3.4 控制夹杂物化学成分 4.世界纯净钢生产概况 5.纯净钢的特性和应用结果 6.经济可行性 7.结论 4 对夹杂物的要求 钢材形状最终产品要求性能要求夹杂物尺寸 薄板DI罐抗边裂很小 深冲板r1.8-2.0小 阴罩光刻缺陷少非常小 引线框架成型性好非常小 中板用于酸性气氛抗氢致裂纹控制形状 5 内容 1.引言 纯净钢概述 2.纯净钢生产工艺的基础理念 3.纯净钢生产的主要技术和应用这些技术后纯净钢的物 化特性 3.1 降低氧化物夹杂总量 3.2 减少大颗粒夹杂 3.3 降低板坯表面及皮下夹杂物 3.4 控制夹杂物化学成分 4.世界纯净钢生产概况 5.纯净钢的特性和应用结果 6.经济可行性 7.结论 6 顶底复吹的效果 (After H. Sato, 143rd/144th Nishiyama Memorial Seminar, 1992) 7 无渣出钢 (After H. Sato, 143rd/144th Nishiyama Memorial Seminar, 1992) 8 无渣出钢 (After H. Sato, 143rd/144th Nishiyama Memorial Seminar, 1992) 9 防止浇钢时的氧化 (After Y. Shirota, 143rd/144th Nishiyama Memorial Seminar, 1992) 10 控制氧含量 (After K. Ogawa, 143rd/144th Nishiyama Memorial Seminar, 1992) 11 内容 1.引言 纯净钢概述 2.纯净钢生产工艺的基础理念 3.纯净钢生产的主要技术和应用这些技术后纯净钢的物 化特性 3.1 降低氧化物夹杂总量 3.2 减少大颗粒夹杂 3.3 降低板坯表面及皮下夹杂物 3.4 控制夹杂物化学成分 4.世界纯净钢生产概况 5.纯净钢的特性和应用结果 6.经济可行性 7.结论 12 H形中间包 (新日铁， 名古屋 厂) H形中间包连铸简图 13 垂直区的效用 14 垂直区的作用 （重新建模） 15 (After H. Yamamura, et al., ISIJ International, 2001) 不同磁场强度下结晶器内流场矢量分布计算值 16 防止卷入保护渣 (After Y. Otsuka et al., CAMP-ISIJ, 1990) 钢液表面流速 （m/s） 粘度对保护渣卷入的影响 17 结晶器液位自适应控制系统 (After T. Kurokawa et.al., CAMP-ISIJ, 1992) 18 内容 1.引言 纯净钢概述 2.纯净钢生产工艺的基础理念 3.纯净钢生产的主要技术和应用这些技术后纯净钢的物 化特性 3.1 降低氧化物夹杂总量 3.2 减少大颗粒夹杂 3.3 降低板坯表面及皮下夹杂物 3.4 控制夹杂物化学成分 4.世界纯净钢生产概况 5.纯净钢的特性和应用结果 6.经济可行性 7.结论 19 钢液流速对簇状Al2O3夹杂最大直径的影响 (After W. Yamada, CAMP-ISIJ, 1999) 20 簇状Al2O3的尺寸分布 (After W. Yamada, CAMP-ISIJ, 1999) 21 表面净化（气孔） (Data of Kimitsu Works) Vc=1.2m/min.Vc=2.0m/min. 气孔指数 气孔指数 22 感应磁场 感应电流 洛伦兹力 时间 电流 线圈中的交流电 电感线圈 感应线圈 洛伦兹力 流动 产生了电磁力驱动的流场 如果是液态金属 电磁感应的原理 (After M. Tani M, Proceedings of 4th European Continuous Casting Conference, 2002) 23 电磁连铸（ EMC ）原理图 (After M. Tani M, Proceedings of 4th European Continuous Casting Conference, 2002) 24 铸坯表面 没有 EMC 钢号 :0.08%C 有脉冲 EMC (After M. Tani M, Proceedings of 4th European Continuous Casting Conference, 2002) 25 夹杂物数量 0.25%C - 25#钢 (4000A) (After M. Tani M, Proceedings of 4th European Continuous Casting Conference, 2002) 26 内容 1.引言 纯净钢概述 2.纯净钢生产工艺的基础理念 3.纯净钢生产的主要技术和应用这些技术后纯净钢的物 化特性 3.1 降低氧化物夹杂总量 3.2 减少大颗粒夹杂 3.3 降低板坯表面及皮下夹杂物 3.4 控制夹杂物化学成分 4.世界纯净钢生产概况 5.纯净钢的特性和应用结果 6.经济可行性 7.结论 27 耦合析出模型简图 (After T. Matsumiya, Mat Trans JIM, 1992) 28 MnCr 18.3 Ni 10.35 C 0.02 Si 0.51.1 Al 0.0015-0.0030 O 0.0040-0.0150 Mo 0.01 Ca 0.0005 Mg 0.0004 奥氏体不锈钢的化学成分（质量百分比%） (After W. Yamada, et al., Proceedings of Intern Conf on Computer- assisted Materials Design and Process Simulation, 1993) 29 实验数据 fs=0 fs=0.5 fs=0.8 实验数据 fs=0 fs=0.5 fs=0.8 100806040200 100806040200 501001502000501001502000 Al2O3 浓度 (wt%) SiO2 浓度 (wt%) 氧含量 (ppm) (a) (Al2O3) 氧含量(ppm) (b) (SiO2) Al2O3和SiO2的含量 是钢中总氧含量的函数 (After W. Yamada et al., Proceedings of Intern Conf on Computer- assisted Materials Design and Process Simulation, 1993) 30 不同温度下夹杂物各相质量分数 (After W. Yamada et al., Proceedings of Intern Conf on Computer-assisted Materials Design and Process Simulation, 1993) 31 内容 1.引言 纯净钢概述 2.纯净钢生产工艺的基础理念 3.纯净钢生产的主要技术和应用这些技术后纯净钢的物 化特性 3.1 降低氧化物夹杂总量 3.2 减少大颗粒夹杂 3.3 降低板坯表面及皮下夹杂物 3.4 控制夹杂物化学成分 4.世界纯净钢生产概况 5.纯净钢的特性和应用结果 6.经济可行性 7.结论 32 对夹杂物敏感的钢种 (After K. Wunnenberg, Revue de Metallurgie, 2005) 汽车车身零件（覆盖件） 复杂车身零件（非覆盖件） 仪表用薄板 食品工业的薄壁罐头 显像管的阴极罩 低碳/超低碳钢（LC/ULC Steels） 管线钢 海洋用钢 高强钢(High Tensile Steels) 轴承钢 铁轨钢 悬挂弹簧 高碳长材（High Carbon Long Products） 其他 33 有害夹杂物的尺寸范围 (After K. Wunnenberg, Revue de Metallurgie, 2005) 34 有害夹杂物的来源 (After K. Wunnenberg, Revue de Metallurgie, 2005) 35 二次冶金 (After K. Wunnenberg, Revue de Metallurgie, 2005) 36 不同形式的连铸机和模铸所占的比例 (After K. Wunnenberg, Revue de Metallurgie, 2005) 37 控制大包下渣 (After K. Wunnenberg, Revue de Metallurgie, 2005) 38 中间包的大小 (From K.Wunnenberg, Revue de Metallurgie, 2005) (After K. Wunnenberg, Revue de Metallurgie, 2005) 39 估计纯净钢的增长量 (After K. Wunnenberg, Revue de Metallurgie, 2005) 超低碳钢低碳钢管线钢弹簧钢高碳长材 评估数据 所有数据 40 内容 1.引言 纯净钢概述 2.纯净钢生产工艺的基础理念 3.纯净钢生产的主要技术和应用这些技术后纯净钢的物 化特性 3.1 降低氧化物夹杂总量 3.2 减少大颗粒夹杂 3.3 降低板坯表面及皮下夹杂物 3.4 控制夹杂物化学成分 4.世界纯净钢生产概况 5.纯净钢的特性和应用结果 6.经济可行性 7.结论 41 纯净钢的需求 （轴承钢） (After K. Marukawa, Proc. ISIJ High Temperature Process Forum & JSPS 19th Committee, 1996) 42 (After H. Uchibori, 126th/127th Nishiyama Memorial Seminar, 1988) 夹杂物的厚度 夹杂物的宽度 Y轴 : 极限折边率 (%) 夹杂物的尺寸对极限折边率的影响 纯净钢的需求 （薄板） 43 疲劳寿命与夹杂物成分的关系（阀用弹簧钢） ( After N. Ibaragi, 188th/189th Nishiyama Memorial Seminar, 2006) 44 ( N. Ibaragi, 188th/189th Nishiyama Memorial Seminar, 2006) 45 经济可行性 根据用户所需的产品性能，合理决定成品 价格，尽量降低生产成本，经济可行性应该是