纯净钢的生产工艺和应用.doc

纯净钢的生产工艺和应用由于更广义的纯净钢是脱除了不希望有的溶质元素的钢种，本文首先总结了这类代表性钢种要求的这类溶质元素的含量及其生产流程。然而本文重点是有害氧化物夹杂的纯净化。纯净钢生产工艺的基础理念是控制夹杂物的数量、尺寸、分布和种类，求得所希望的产品性能。主要技术来自氧气冶炼，脱氧和二次精炼，通过合理设计和采用磁场控制中间包和结晶器内流场，也采用各种措施防止外来夹杂，如防止炉渣进入大包，防止炉渣、保护渣、耐火材料使钢水二次氧化。然后根据IISI的纯净钢工作小组最近的报告总结了世界纯净钢生产的概况。最后讨论了纯净钢的特性、使用效果和钢中夹杂物物化性能的关系和经济可行性。 )Gh57_W 广义的纯净钢也包括脱除了碳、氮、氢、磷和硫的钢种。表1列举了各类纯净钢中这些元素的含量要求及其生产流程。脱氧产物是内在氧化物。来自耐火材料、炉渣、保护渣及由它们造成的二次氧化产物属外来夹杂物。这些夹杂物的不良作用必须消除，以求所需的钢材性能。 K 0m b 1纯净钢生产工艺的基础理念 =si X 采用结晶器电磁搅拌(EMS)就感应形成平行于板坯表面的水平钢流。这种钢流向夹杂物施加Safman力，使夹杂物与生长的初始坯壳分离。当粘性拉力与Safman力共同作用，最终使夹杂物速度大于初始坯壳的生长速度时，夹杂物就不可能为生长的坯壳所捕获，即EMS感生的钢流把夹杂物洗刷出去了。直径100m的夹杂物可用速度为03ms的水平钢流洗刷掉。 B9+oI c O 在电磁连铸中（EMC），在结晶器外水平绕一线圈，并通以交流电。垂直磁场和铸件内感生的水平方向的次级电流相互作用产生的劳伦兹(Lorenz)力即使交流电流方向改变也总是向内的。这样，对初始坯壳总形成一个束紧的力，并支撑着坯壳，初始坯壳与结晶器表面间的间隙就增大，从结晶器吸收的热量下降，实现了缓冷。由于较低的冷却速度，初始坯壳不会在弯月面上形成，因结晶器振动而产生的结晶器坯壳间隙的压力波动就因间隙增大而减小。结果就可防止生成振痕和钩痕，从而也防止了钩痕卷入夹杂物和气泡。用EMC可大大减少板坯表面10mm深度内的夹杂物数量。这是JRCM电磁连铸项目的研究成果之一。对22和23提到的中间包和结晶器流场控制以去除夹杂物来讲，计算电磁流体动力学研究是必不可少的。 ;g ?5V 24控制夹杂物化学成分 )Mbc1 _ 耦合析出模型分析凝固微观偏析时考虑了溶质向固体的反向扩散。假设剩下的液体内达到局部热力学平衡，包括夹杂物的析出。这个模型可模拟凝固时夹杂物化学成分的变化，曾用于控制表3的奥氏体不锈钢的氧化物夹杂。 As78yfK 当固体分数为05时，代表钢中氧含量的氧化铝、氧化硅含量计算值与观察结果很好相符。两种结果都指出，当钢中总氧量从40ppm增至80ppm时，氧化铝含量急速下降而氧化硅含量大大增加。在总氧量为40ppm的钢中，即使在高温下，夹杂物中大都是坚硬的结晶相，为氧化铝和MgOAl2O3尖晶石，这些夹杂物是不能变形的。而在总氧量为80ppm的钢中，在1200时液态相占夹杂物的80，这些夹杂物被认为是可以变形的。根据这一发现，成功地开发了一种可拔丝的奥氏体不锈钢。对轮胎钢丝也作了类似的分析。对控制夹杂物化学成分来说，计算热力学是很有用的。 uEd9 3世界纯净钢生产概况 T w/CJg 国际钢铁协会组成了一个纯净钢工作组并提出了工作报告。该报告也着重于氧化物夹杂，并提出了与上述有关纯净钢准则很相似的观点。结论是使用中要求纯净度很高的钢种是超低碳钢（ULC）、低碳钢（LC）、管线钢和高碳长材（HighClong）。对每一钢种都静态研究了有害夹杂物的尺寸范围和有害夹杂物的来源，并提出了报告。对每一钢种也总结了冶金流程、炼钢过程、二次冶金、连铸、连铸机型、模铸、浇注速度和控制大包下渣。 %!x|C 其要点如下：关于冶金流程，对ULC钢，RH是主要流程，但只有不到30的LC钢是真空处理的。对于连铸，尤其对ULC钢，连铸机垂直部分具有分离夹杂物的最有利条件。大包中间包和中间包结晶器之间的保护要严格，以防止注流二次氧化。中间包和结晶器内钢水液面上的渣层也要防止二次氧化。为防止大包下渣至中间包，开发了电磁系统，并已广泛应用。板坯连铸机一般用容量为4060t的大型中间包。结论是，主要问题是如何控制过程和标明不稳定状态的条件以区分铸坯的缺陷部分。 6F_js.a 4纯净钢的特性和应用结果 Qp%kXZ 氧含量从20ppm降至10ppm以下可把滚珠轴承钢的疲劳寿命提高一个数量级。钢中平均夹杂物厚度从20m降至10m，宽度从50m降至40m可把极限折边率从2提高至7。 9 K45K- 5经济可行性 Vk8:;Hj 考虑向用户提供解决方案方面的产品性能，使产品生产成本下降，最终成品价格合理才具有经济可行性。 /zPN9 db 表1不同钢材要求的溶质元素净化程度及生产流程 D55dD CavK( 元素生产流程含量产品 Z$ .Tm nA5v+d- ;mv?zE 注：PI喷粉，LF钢包炉。 DV Kd 7 -GH#nF3G 表2对夹杂物的要求 1h0B LHR%dt|M 钢材形状最终产品要求性能要求夹杂物尺寸 nu4GKxI +SZ#s :#SE 薄板DI罐抗边裂很小 (y=P-nm 深冲板r1.82.0小 VL7zU- 阴罩光刻缺陷少非常小 b# w3 2 引线框架成型性好非常小 8.%wOU A 中板用于酸性气氛抗氢致裂纹控制形状 J:MoAN: otPX. 表3奥氏