炼钢技术现状与未来.doc

炼钢技术现状与未来自1990年以来，对超低碳钢及超低硫钢的需求增加，钢铁领域研究开发了这种高纯度钢冶炼技术，C10ppm，S5ppm高纯度钢的工业化生产得以实现，但是，由于对高纯度钢的需求没有增加，反而炼钢技术的视点转移到钢的高清洁度化及所谓的“点状缺陷控制”上，如何开发满足环境要求，根据产品特性控制成分、经济性良好的炼钢技术成为热点。本文就炼钢技术的现状与将来的课题阐述一下自己的看法。 炼钢工艺今后的课题是以少渣炼钢为目标，满足环境日益严格的要求，日本各钢铁厂根据自身条件，开发了不同的生产工艺技术。以下就相关工艺技术课题进行论述。 预处理领域：脱硅、脱磷 为满足生产超低磷钢的要求，日本将在转炉中进行的脱硅、脱磷功能分离到铁水阶段进行，使铁水预处理法得到迅猛发展。铁水预处理自1980年在各钢铁厂实际应用以来，铁水预处理比率不断提高。 铁水预处理工艺流程有两种代表模式，最初的a型是利用运送铁水的铁水包或鱼雷罐车实施铁水预处理技术，之后开发的b型是使用闲置转炉的转炉型脱磷工艺。最近，通过提高转炉寿命等将二开一座、三开二座运行模式的转炉变成二开二座、三开三座模式运行，使转炉型脱磷炉的事例增加。 用转炉脱磷处理的时间比脱碳转炉处理的时间短。但a型铁水预处理方式由于受处理装置的制约，反应速度受到限制，需要提高脱磷反应效率。尤其是鱼雷罐车其形状虽然有利于保温，但不利于铁水的充分混合，存在搅拌不充分的“死区”。为了消除“死区”，加快脱磷速度，研究出在鱼雷罐车内设置两根交叉浸置的喷射枪的技术。 铁水脱磷处理时还出现的课题是炉渣对环境的影响，炉渣需要实现无氟化。以前为了炼制低磷钢及提高反应效率，广泛使用萤石。萤石对脱磷反应有以下几点效果：（1）促进CaO的熔化；（2）增大氧势；（3）炉渣中Ca2的活性增大等。但由于氟在土壤中熔析的基准值的修正，含有氟的炉渣往土壤中填埋很困难，因此，铁水脱磷时无氟化（无萤石化）是急待解决的课题。 通过实验可得出转炉型铁水脱磷处理中铁水装入温度与处理后P的关系。使用萤石的渣料不受温度影响，可以进行稳定的脱磷操作，但不使用萤石的渣料脱磷操作困难，尤其是在低温区域，这种倾向明显。这是由于伴随着铁水温度的降低，不使用萤石炉渣的渣化性降低。 从使用萤石渣料及不使用萤石渣料进行脱磷处理后炉渣的EPMA调查结果可知，使用萤石渣料的炉渣，磷与氟分布于相同相内，脱磷生成物形成如同33CaOP2O5CaF2那样的磷灰石化合物。而不使用萤石渣料的炉渣，磷与硅分布在相同相内。通常脱磷炉渣的组成中，硅形成2CaOSiO2的固相，因此，磷的存在相是2CaOSiO23CaOP2O5固溶相。 由CaOFeOSiO2三元系相图可知，伴随着（FeO）浓度的增加，2CaOSiO2相的熔点降低。因此转炉型铁水脱磷处理时无氟化，通过转炉上吹氧枪的氧供给，高效率地使（FeO）生成，促进了炉渣熔化。 小型炉进行铁水脱磷时，以恰当的供氧条件为基准，在不加萤石操作时，促进（FeO）生成，改善吹炼条件。具体讲，为了促进（FeO）生成，在整个吹炼期可实施上吹条件的软吹。另外，设定特性曲线，底吹搅拌初期为了确保炉渣中（FeO），进行弱搅拌，末期为了促进钢水中P的去除，进行强搅拌。通过实验可知吹炼条件改善前后，铁水装入温度与处理后P浓度的关系。由于吹炼条件的改善，处理后P浓度几乎与铁水装入温度没有任何关系。可以冶炼出稳定的低P钢水。 吹炼条件改善后，吹炼终了形成高牗Fe)炉渣，将吹炼终了后的炉渣用EPMA观察，形成CaOFeO，CaO相中，P浓化。由以上的结果可知，通过控制（FeO），可以实现铁水脱磷时的助熔剂无氟化。 脱硫铁水脱硫工艺自1960年至1970年试验了多种方式。1980年以后，采用比较简单的设备能够进行大量铁水脱硫的喷射方式普及开来。但是，最近为了实现炉渣单耗最低化，从提高脱硫效率的观点出发，通过采用在铁水包内设置用耐火材料制造的叶轮，将脱硫剂与铁水进行搅拌的机械搅拌方式的钢铁厂增多了。 以调查叶轮脱硫时助熔剂分散、聚集动作对脱硫反应的影响为目的，使用小型KR实验装置进行试验。经过规定时间，对铁水取样后，马上使叶轮旋转停止，回收炉渣，调查炉渣粒径变化。根据回收炉渣的筛分，求得每种粒径炉渣重量比率，从得到的界面积算出平均粒径。 伴随着搅拌时间的延长，反应速度降低。处理旋转速度、处理温度一定，认定物质移动系数在处理中不变化，脱硫速度降低可能是反应界面面积变化所致。 添加的助熔剂粒径在1mm以下，但在处理过程中逐渐变大，处理终了后达到15mm左右。通过考虑这种炉渣粒径变化的反应模型，反应情况基本能够说明。由此可知，由于添加的助熔剂的粒径随时间变化而增加，导致脱硫速度降低。因此，为了提高脱硫速度，促进助熔剂及抑制炉渣聚集非常重要。 作为灵活运用这些聚集的助熔剂的方法，采用脱硫剂再循环利用工艺。由JFE钢公司西日本制铁所福山区3炼钢厂脱硫炉渣再循环对机械搅拌式铁水脱硫的助熔剂单耗的影响试验结果可知，通过炉渣再循环技术的使用，脱硫助熔剂单耗可以降低35。 转炉与二次精炼领域转炉 1997年，日本引进纯氧底吹转炉（QBOP），其优越的冶炼特性举世瞩目，相继研发顶底复吹转炉，但之后就没有看到转炉技术更大的进步。近年，通过引进铁水脱磷法，转炉的作用只有脱碳和升温了，给提高冶炼速度和提高余热利用开辟了新途径。 顶吹氧枪对转炉冶炼影响很大，但自从LD转炉开发后，氧枪就没有大的进步。这是由于水冷枪设计上的制约，很难引进新型技术所致。例如为了加强转炉的二次燃烧，需要从顶吹氧枪供给的氧实现软化。但由于氧枪倾角的制约，存在着喷射流聚拢难以实现低压吹炼的问题。为此有待于开发积极控制氧喷射角度，将喷射流速降低的技术。 以流体力学为依据，在喷嘴喷出的主喷流上进行副流（以下称作用气体）控制，改善氧喷射软吹状况。在喷嘴的扩张段，将节流孔偏向扩张段的侧壁，同时将节流孔与扩张段方向呈一定角度，使作用气体流与主流气体垂直供给。变化节流孔直径、作用气体流量、作用气体供给位置，测定了喷嘴扩张段内壁面压力与喷射流速分布。 采用PIV测定向同心喷嘴扩张段与偏心喷嘴扩张段引入作用气体时的喷射流速分布。当供给作用气体时，作用气体导致侧喷射流偏向。另外，作用气体供给后，位于相同喷嘴高度的喷射流的最大流速值降低。 根据最大喷流流速的半径方向距离与喷嘴高度位置的关系，计算喷射流偏向角度，整理作用气体与主流的流量比Q5Qm的结果可知，与同心喷嘴扩张段相比，偏心喷嘴扩张段即使没有作用气体，喷射流偏向3。在喷射流偏向角度Q5Qm在2时，就不依赖作用气体流量，但当Q5Qm2时，与作用气体流量成比例。作用气体流量比增加1，约增加1的偏向角。综上所述，对顶吹氧枪喷氧控制，还有许多需要探讨的问题寄希望于将来的研究。 除上述高速冶炼之外，需要提高转炉冶炼控制精确度。为此进行了在线分析传感器技术的探讨。例如大野先生等开发了转炉上通过火点发光波谱测定的Mn传感器，用来提高转炉冶炼过程中Mn的控制。但是考虑以后的功能，Mn传感器在线使用的意义多少有点疑问。 关于C浓度，使用副枪已经能够测定，例如如果能够连续测定C，就可以进一步提高转炉终点控制，但是在副枪探头成本（目前23千日元根）不变的条件下尚可使用。关于P，如果有非接触、连续性的测定方法，对冶炼控制的精度有作用。 二次精炼为二次精炼开发的普通钢采用RH法、不锈钢采用VOD法已历时数十年，工艺已经进入了成熟期。近几年来，提出了几种新的二次精炼工艺，但从其发展的情况来看，还没有能够代替VOD法和RH法。 VOD法和RH法都是在低压下进行脱碳精炼的。与转炉一样，通过控制由顶吹氧枪喷射流的状况，提高反应效率及成品率，但喷射流在低压下的动作还不能够充分定量把握。就此采用模型实验及数值模拟开始实验，不明确的问题很多，期待着今后的研究开发。 在二次精炼的最终工艺中，根据产品方面的要求，须确保成分组和，这样就要求迅速分析成分。比如：薄板的高强度钢板，成分控制方面就C及Mn等与原来相比，要求成分控制在小范围