IF钢冶炼关键技术PPT课件.ppt

1 IF钢生产过程的冶金特点2 IF钢生产的几个关键技术 1 2 RH高效脱碳 脱碳反应 C O CO 日本钢管技报 1986 No 114 1 3 RH处理脱碳速度式为 1 v RH真空室内钢液体积 m3 ak 脱碳反应速度系数 m3 min CV 真空室内钢水碳含量 Ce 与CO分压平衡的钢液碳含量 式中 4 提高脱碳速度 增加ak 增强混合 加快 C 向反应界面的传递速度 减少Ce 提高真空程度 降低PCO 5 1 强真空系统抽气能力和高真空度是获得超低碳的必要条件 神户制钢加古川厂2 RH的有关参数 1990SteelmakingConferenceProceedings p 79 6 新日铁名古屋厂2 RH的有关参数 2001SteelmakingConferenceProceedings p 625 7 加古川厂不同RH真空度对脱碳反应的影响 1990SteelmakingConferenceProceedings p 79 8 2 IF钢生产工序的发展及技术特点 国内外IF钢的生产工艺流程一般为 铁水预处理 转炉冶炼一RH真空精炼一连铸 热轧一冷轧一退火一平整 每一个工序均在不同程度上影响IF钢的最终产品性能 9 2 1铁水预处理工序 在进行IF钢生产时 必须进行铁水预处理 其目的是 减少转炉冶炼过程中的渣量 从而减少出钢过程中的下渣量 降低转炉冶炼终点钢液和炉渣的氧化性 提高转炉冶炼终点炉渣的碱度和MgO含量 采用喷吹金属镁和活性石灰对铁水进行脱硫 可使入炉铁水中的硫含量控制在0 003 以下 而通过喷吹含镁和CaC2 可使入炉铁水中的硫含量降至0 010 以下 10 2 2转炉冶炼工序 总结国内外关于IF钢转炉冶炼的研究成果 可归纳为 采用顶底复吹转炉进行冶炼 降低转炉冶炼终点钢液氧含量 实现转炉冶炼动态模型控制 提高转炉冶炼终点钢液碳含量和温度的双命中率 提高铁水比 入炉铁水的硫含量小于0 003 控制矿石投入量 提高氧气纯度 控制炉内保持正压 转炉冶炼后期增大底部惰性气体流量 加强溶池搅拌 11 转炉冶炼后期采用低枪位操作 将转炉冶炼终点钢液的碳含量由0 02 0 03 提高至0 03 0 04 采用出钢挡渣技术 出钢过程中不脱氧 只进行锰合金化处理 采用钢包渣改质技术 12 2 3RH真空精炼工序 总结国内外关于IP钢RH真空精炼的研究成果 可归纳为 严格控制RH真空精炼之前钢液中的碳含量 氧含量和温度 采取RH真空精炼前期吹氧强制脱碳方法 增大RH真空脱碳后期的驱动气体流量 增加反应界面 减少RH真空槽冷钢 采用海绵钛替代钛铁合金 建立合理的RH真空精炼过程控制模型 进行RH炉气在线分析 动态控制 采用钙处理技术 13 2 4连铸工序 总结国内外关于IP钢连铸生产的研究成果 可归纳为 采用钢包下渣自动检测技术 加强大包一长水口之间的密封 连铸中间包使用之前采用氩气清扫 提高大包滑动水口开启成功率 采用连铸浸入式长水口 采用大容量连铸中间包 并进行钢液流场优化 保证连铸中间包内钢液面相对稳定 且高于临界高度 采用低碳碱性连铸中间包包衬和覆盖剂 采用低碳高粘度连铸结晶器保护渣 采用连铸结晶器液面自动控制技术 确保液面波动小于 3mm 14 2 5IF钢中碳含量的控制 IF钢中碳含量的控制技术主要包括以下三个方面 1 转炉冶炼终点碳的控制 在IF钢生产时 日本川崎制钢公司 美国Inland钢铁公司和宝钢将转炉炼终点钢液中的碳含量控制为0 03 0 04 氧含量控制为0 05 0 065 德国Thyssen钢铁公司认为转炉冶炼终点钢液的最佳碳含量为0 03 最佳氧含量为0 06 15 2 RH真空脱碳 美国Inland钢铁公司采用RH OB进行深脱碳处理 RH OB的真空脱碳过程主要分为以下两个阶段 强制脱碳阶段从开始到第8min RH OB采取吹氧强制真空脱碳方法 真空度为4kPa 8kPa 在此阶段 钢液中的碳含量可从0 03 0 04 降低至8 10 6左右 自然脱碳阶段从第8min至第12min RH OB停止吹氧 进行自然真空脱碳方法 真空度小于266Pa 在此阶段 钢液中的碳含量可从80 10 6降低至20 10 6以下 16 宝钢为了满足钢种和多炉连浇的要求 采取提高脱碳速度的方法 在RH脱碳初期采用硬脱碳方式 真空室压力快速下降 加速脱碳 在RH脱碳后期通过OB喷嘴的环缝吹入较大量的氩气 增加反应界面 武钢针对RH真空设备存在的抽气能力过小的问题 开发出如下的RH真空脱碳技术 提高浸渍管的寿命 尤其是延长大直径的使用时段 加大驱动氩气流量 并实现石英浸渍管内径扩大的动态调整 真空室快速减压 采用以上技术后 在RH真空脱碳过程中 可在15 20分钟内将IF钢中碳含量降低到0 0015 左右 17 3 防止RH后钢液增碳 在RH真空处理后 必须严格控制IF钢的增碳 可能导致IF钢增碳的因素如下 RH真空室内的合金及冷钢增碳 钢包覆盖剂增碳 包衬 长水口 滑板等钢包耐火材料增碳 连铸中间包覆盖剂增碳 包衬 塞棒 浸入式水口 滑板等中间包耐火材料增碳 连铸结晶器保护渣增碳 18 日本新日铁在生产IF钢时 采用超低碳多孔镁质钢包覆盖剂 超低碳中间包覆盖剂和低碳空心结晶器保护渣 低碳长水口和浸入式水口 结晶器液面控制仪等措施 IF增碳量可稳定控制在8 9ppm 甚至达到2 6ppm 宝钢在IF钢生产中 采用低碳高碱度中间包覆盖剂和低碳高粘度结晶器保护渣 同时减少RH真空槽冷钢 控制从RH真空脱碳后的钢液增碳 增碳量可稳定控制在7ppm 19 2 6IF钢中氮含量的控制 IF钢的降氮问题主要在转炉内解决 当IF钢中氮含量小于20ppm时 RH真空精炼过程中降氮非常困难 有时若密封不好还导致增氮 因此在IF钢生产过程中 减少转炉冶炼终点的氮含量和避免钢液增氮是获得超低氮IF钢的主要途经 20 宝钢采用的主要技术措施为 高铁水比 控制矿石投入量 提高氧气纯度 控制炉内为正压 转炉冶炼后期采用低枪位操作 提高转炉冶炼终点控制的命中率和精度 不允许再吹 钢包水口和长水口连接处采用氩气和纤维体密封 采用以上措施后 RH精炼终点氮含量控制在20ppm以下 平均13ppm 21 台湾中钢公司采用以下技术 转炉冶炼过程增加铁水比和溶剂量 形成较后的渣层 增加CO在渣层中停留时间 隔离大气 转炉冶炼结束前 向炉内加白云石 产生大量的CO气体形成正压层 阻止钢液从大气中吸氮 RH精炼过程中 采用海绵钛代替钛铁合金 减少铁合金增氮 连铸过程采用长水口 氩气密封和纤维体密封等技术进行保护浇注 采用以上技术后 IF钢中氮含量可以控制在30ppm以下 22 2 7IF钢中氧含量的控制 IF钢中氧含量的控制技术涉及转炉冶炼 RH真空精炼和连铸等工艺环节 武钢采用了以下技术 用顶底复吹转炉进行冶炼 降低转炉冶炼终点钢液氧含量 实现转炉冶炼动态模型控制 提高转炉冶炼终点钢液碳含量和温度的双命中率 采用挡渣出钢 进行钢包渣改质 采用钢包下渣自动检测技术 采用大容量连铸中间包 并进行钢液流场优化 采用碱性连铸中间包包衬和覆盖剂 采用连铸结晶器液面自动控制技术 确保液面波动小于 3mm 采用以上技术后 IF钢连铸坯中的全氧含量可控制在10 10 6 24 10 6 平均为18 10 6的先进水平 23 日本川崎制钢公司在控制IF钢转炉冶炼终点氧含量方面主要采取以下措施 采用顶底复吹转炉进行冶炼 增大转炉冶炼后期底部惰性气体流量 加强溶池搅拌 将IF钢转炉冶炼终点碳含量由0 02 0 03 提高至0 03 0 04 提高转炉冶炼终点控制的成功率 减少补吹率 日本川崎制钢公司在控制IF钢转炉冶炼终点炉渣的全铁含量一般为15 25 采用出钢挡渣技术 钢包内炉渣的厚度应控制在50mm以下 防止出钢过程中下渣量过大会造成钢液二次氧化严重 出钢后立即向钢包内加入炉渣改质剂 炉渣改质剂由CaC03和金属铝组成 可将渣中的全铁含量降低到4 左右 甚至2 以下 24 2 8IF钢中夹杂物的控制 IF钢中非金属夹杂物虽然数量不多 但对钢的力学性能和使用性能的影响作用却不可忽视 钢中非金属夹杂物的危害性在于它破坏了钢基体的均匀性 造成应力集中 促进了裂纹的产生 并在一定条件下加速裂纹的扩展 从而对钢的塑性 韧性和疲劳性能等产生不同程度的危害作用 25 在IF钢生产过程中 钢中夹杂物的类型 组成 尺寸和分布等都在不断地发生变化 其变化规律受钢液成分 转炉冶炼 脱氧制度 出钢挡渣 钢包渣改质 RH精炼 连铸机类型 中间包冶金 结晶器冶金 保护浇注及耐火材料等诸多因素的影响 必须从整个炼钢工艺流程进行控制 武钢在IF钢生产过程中采用了钙处理技术 利用钙的脱氧产物在钢液凝固过程中为MnS的析出提供晶核 进而将低熔点的MnS夹杂物改性为高熔点的球状夹杂物CaS 以改善 钢的抗裂纹敏感性能 26 宝钢在IF钢连铸生产过程中采用了如下4个中间包冶金技术 中间包三重堰结构 以增加钢液的平均停留时间 增大钢液的流动轨迹 促进钢液中夹杂物上浮 挡墙上方使用碱性过滤器 可以吸附钢液中的夹杂物 同时使流经过滤器的钢液流动平稳 中间包内衬为碱性涂料 既不氧化钢液 又能吸附夹杂物 采用具有良好A1203夹杂吸附能力的低碳中间包覆盖剂 采用以上措施后 从钢包至中间包过程中IF钢的夹杂物含量可降低20 30 27 表 宝钢部分IF钢炉次渣成分在不同冶炼阶段的成分变化 28 宝钢R 处理前 O 含量 40 50ppm 7 5 50 60ppm 31 0 60 70ppm 18 0 70 80ppm 31 0 80 90ppm 7 5 29 宝钢R 脱碳后 O 含量 30 40ppm 15 0 40 50ppm 50 0 50 60ppm 20 0 60 70ppm 15 0 平均 47 8ppm 内陆钢厂25 0ppm 30 鞍钢转炉冶炼终点和RH精炼前钢液成分变化 31 武钢RH处理前钢中C O含量 图1 12RH处理前碳含量分布图1 13RH处理前氧含量分布 32 目前国内钢厂IF钢冶炼过程存在问题 生产过程的稳定性尚待提高 冶炼过程中氧 碳 氮的控制水平不高 连铸坯的纯净度水平需要提高 RH的高效化应用问题 非稳定态生产的质量控制问题 铸坯质量判断系统问题 33 4关键技术 转炉冶炼终点钢中氧含量的控制 RH高效化技术无缺陷连铸坯生产技术 34 转炉冶炼终点钢中氧含量的控制 35 目录 转炉 RH中氧含量的影响因素复吹和溅渣护炉对氧含量的影响转炉终点氧含量的统计预报模型终点氧含量的神经网络预报模型转炉终点氧含量预报模型的软件结论和建议 36 1 转炉冶炼终点碳氧统计分析 1 终点 C O 关系1 当终点 C 0 04 时 钢水的终点氧含量较高2 当终点 C 在0 02 0 04 范围时 有些炉次钢水氧波动在平衡曲线附近 区域 有些炉次钢水氧含量则远离平衡曲线 区域 说明在该区域钢水过氧化严重 图表分析 37 C Fe的选择性氧化平衡点 根据式 C O CO 1 lg Pco ac O 1149 T 2 002以及反应 Fe O FeO 2 lgaFeo O 6317 T 2 739得到反应 FeO C Fe CO 3 lg Pco ac aFeo 5170 T 4 736结论 钢液中C Fe的选择性氧化平衡点为 C 0 035 也就是说终点 C 0 035 时 钢水的过氧化比较严重 图1 1的统计数据也说明了这点 同时由式 1 可以求出此时熔池中的平衡氧含量为740ppm 理论分析 38 统计分析 39 图1 2转炉冶炼终点碳含量分布 C 0 03 的炉次占27 9 平均氧含量为1086 1133ppm C 0 03 0 05 的炉次占55 1 平均氧含量为972 702ppm C 0 5 的炉次占17 平均氧含量为573ppm 40 2 炉龄对终点氧含量的影响图1 3 2500炉终点C O关系图1 42500 5000炉终点C O关系 41 图1 55000 7500炉终点C O关系1 6 7500炉时终点C O关系 42 3 温度对氧含量的影响 图1 7终点温度与氧含量的关系图在终点 C 0 025 0 04 时 终点氧含量虽然较分散 但总的趋势是随着终点温度的升高 终点氧基本呈上升趋势 1620 1680 之间 氧含量总体水平较低 平均为702ppm 该范围的炉次共占总炉次的30 左右 出钢温度大于1680 时 终点钢水氧含量有明显的升高趋势 平均为972ppm 占总炉次的70 左右 43 4 终渣氧化性对终点氧的影响 图1 8终渣氧化性与氧含量关系图1 9终渣氧化性与碳含量关系渣中 FeO MnO 增加 终点 O 有增加趋势 终点 C 0 04 渣中 FeO MnO 增加且波动较大 说明此时吹氧脱碳是比较困难的 而铁则被大量氧化 44 5 氧耗量对终点碳 氧的影响 图1 10吨钢氧耗量与终点碳含量的关系碳含量为 C 0 02 0 04 时 吨钢氧耗为47 60Nm3 t 在这一低碳范围内 氧耗波动比较大 这说明低碳时吹氧对去除钢液中碳的效率是非常低的 而O2则用去氧化铁 使渣中FeO升高 图1 9 所以使得终点 O 含量增加 图1 8 45 RH处理过程碳氧统计分析 1 转炉终点碳 氧含量与RH脱碳结束后的 O 关系图1 11转炉终点 RH脱碳结束时碳氧含量变化 46 转炉终点氧含量RH脱碳结束氧含量脱氧剂消耗合金收得率夹杂物钢材质量成本 47 2 RH处理前钢中C O含量 图1 12RH处理前碳含量分布图1 13RH处理前氧含量分布 48 3 RH脱碳前后氧含量变化 图1 14RH脱碳前后氧含量变化关系图 49 4 RH脱碳结束后钢中碳 自由氧含量分布 图1 15脱碳结束后的碳含量分布图1 16脱碳结束后的氧含量分布 50 5 脱碳结束后钢中氧与合金收得率的关系 图1 17Al收得率随氧含量变化 BDG 图1 18Al收得率随氧含量变化 IF BDG 58炉数据 平均铝收得率为75 72 IF钢 72炉数据 铝收得率平均为32 17 脱碳结束后随氧含量的增加 铝的收得率都是呈下降趋势的终点氧含量减少100ppm 加入的铝合金减少28 13kg 成本节约422元 吨钢Al2O3夹杂减少0 21kg 51 转炉终点 RH碳氧水平评价 52 RH高效生产技术 53 2 IF钢生产工艺流程 54 3 RH精炼设备的发展 升温和深脱碳喷粉脱硫RH RH OB 新日铁 RH PB 新日铁 RH KTB 川崎 RH PTB 住友金属 RH MFB 新日铁 RH IJ 55 RH设备示意图 56 RH OB示意图 RH KTB示意图 57 RH PB示意图 58 RH的功能对比表 59 4 RH冶金功能 1 钢水脱碳 碳含量小于20ppm 2 降低钢水 O 含量 控制夹杂物形态 O 20ppm 3 钢水化学升温 升温速率可达6 min以上 4 成分微调 SI Mn控制 0 015 5 均匀成分 均匀温度 提高合金收得率 6 降低S含量 S 10ppm7 钢水脱氢 氢含量小于2ppm 60 4 1 RH高效脱碳技术 61 RH高效脱碳 脱碳反应 C O CO 62 RH处理脱碳速度式为 1 v RH真空室内钢液体积 m3 ak 脱碳反应速度系数 m3 min CV 真空室内钢水碳含量 Ce 与CO分压平衡的钢液碳含量 式中 63 RH深脱碳的过程 第一转折点 C 200 300ppm第二转折点 C 20 40ppm 真空度和 O 的控制 64 65 脱碳反应速度的影响因素第一阶段 1 压降速度 采取增加真空能力和预抽真空技术 2 加强搅拌 提高环流速度 66 第二阶段 主要反应阶段 1 提高环流速度 2 增加钢中氧含量 3 提高真空度 第三阶段的影响因素 反应在气液界面上进行 1 提高环流强度 2 扩大RH真空室下部槽面积 3 RH真空室下部槽底侧吹Ar 4 RH真空室充H2 67 5 RH高效的脱碳的控制 68 5 1 强真空系统抽气能力和高真空度是获得超低碳的必要条件 神户制钢加古川厂2 RH的有关参数 69 新日铁名古屋厂2 RH的有关参数 70 加古川厂不同RH真空度对脱碳反应的影响 71 提高真空度 增加上升管Ar流量 增加上升 下降管截面积 提高钢水环流速率Q的措施 神户制钢加古川厂2 RH的有关参数 5 2 加快钢水环流速率 72 采取增加浸渍管内径和提高Ar流量的措施非常有效 73 川崎制铁对浸渍管直径 Ar流量等影响进行了试验研究 74 川崎制铁技报 15 1983 No 2 p 60 75 新日铁名古屋厂改变浸渍管内径的效果 76 新日铁八幡厂100tRH采用了椭圆截面浸渍管 77 新日铁八幡厂RH采用椭圆浸渍管后钢水环流量的变化 1987SteelmakingConferenceProceedings p 381 78 新日铁八幡厂采用椭圆浸渍管后RH脱碳速率的改变 1987Steelm