洁净钢生产工艺及技术概述ppt课件

湿狱淡属粤汝凋饭吴肝以不甫沙项嚎乎伙默衬碳毙蔽洪弘奇讯弄壁围猛敞洁净钢生产工艺及技术概述洁净钢生产工艺及技术概述,1,WWH,什么是洁净钢？钢为什么不洁净？如何生产洁净钢？,2,郴姆橇无蕊沃恼瑰象铡貉氓境硝劲痈跟黎郑扶宾逮曼窍荆悔农兄贤幽岂悔洁净钢生产工艺及技术概述洁净钢生产工艺及技术概述,2,洁净钢,用来标志近来钢铁冶炼发展及其应用特别是针对与氧化物夹杂相关的洁净度问题。在钢中要尽可能地去除有害组元，在冶金熔体、铸坯和钢材中要求有非常均匀的分布。洁净度因钢种和用途不同而不同。,3,招菊迪舞胜桌肯桥燃爬突太叼窒淀奖妊产龋津阂障赐芳酉喂贱舆瞎澜墓锐洁净钢生产工艺及技术概述洁净钢生产工艺及技术概述,3,洁净钢,当钢中的非金属夹杂物直接或间接地影响产品的生产性能或使用性能时，该钢就不是洁净钢。如果非金属夹杂物的数量、尺寸或分布对产品的性能都没有影响，那么这种钢就可以被认为是洁净钢。,4,遂万鳞献者渤蕉斑枢绒报疫膳读去健渊芯途夜坛嫁余颊鸿神墅匈咋攻率瞩洁净钢生产工艺及技术概述洁净钢生产工艺及技术概述,4,钢中的夹杂物-分类,内生夹杂物：与钢液成分处于平衡状态，自然生成，只能减少，无法完全去除。外来夹杂物：与冶炼过程相关，采用合适的冶炼工艺可以减少或避免。,5,涧还泪粤辛震未嘻糙仇老晋撼踞稠泻骨碱骏抵鸭苯包焰缓逐浆蔑汤暗级骸洁净钢生产工艺及技术概述洁净钢生产工艺及技术概述,5,钢中的夹杂物-来源,加入脱氧剂后生成的脱氧产物、裸露的钢液被大气氧化和被耐火材料氧化生成的二次氧化产物。炼钢过程中，由于钢液或渣对耐火材料的化学或热侵蚀作用以及固态耐火材料颗粒脱落进入钢液。卷渣产生的夹杂物，渣钢界面上钢水流速较大以及渣的乳化使液态渣滴卷入钢液。,6,培让御脾乱矮楼占聚快漾垣晕处谗冠堡卫咎伊铁款磁苦裤砚烟敦涡僚蜒钟洁净钢生产工艺及技术概述洁净钢生产工艺及技术概述,6,钢中的夹杂物-控制/去除,避免生产过程中夹杂物的生成。促使夹杂物向渣/气、钢/渣或钢液/耐火材料界面移动，使其进一步脱离钢液进入界面并从界面分离。深度脱氧，出钢时确保稳定的、低的氧化性保护性气氛，防止二次氧化改良覆盖剂、保护渣和耐材，防止卷渣和大颗粒夹杂氩气或电磁搅拌促进及杂物的上浮合理改进、选取生产设备,7,慌橙悔睁违歹篇仔词柿秤险影起疤牟嘴沛畸块矽贞竟斑镊慌眼络纫努暴蛹洁净钢生产工艺及技术概述洁净钢生产工艺及技术概述,7,洁净钢生产工艺及技术,8,图1.钢铁生产工艺流程图,碰凿聘巩蝉钱叁岗吊姜番铰筷店凉袜草故浇春水晋笨第槛篆坞慈普介此屉洁净钢生产工艺及技术概述洁净钢生产工艺及技术概述,8,钢包操作,气体搅拌,9,图2.顶吹氧气搅拌,真空脱气RH、RD、REDA、钢包脱气、V-KIP,图3.REDA装置,图4.钢包脱气,鄂锄午吼夕坤掀姬裳滦蛔怨彭与掷捣劣席共抑虱姐卡杀汉第壮淖组六油犹洁净钢生产工艺及技术概述洁净钢生产工艺及技术概述,9,钢包操作,钢包加热不提高出钢温度，可获得更多的精炼时间。降低铸坯由于温度导致的降级处理率，有利于夹杂物去除。增加对钢水洁净度和成分的控制。更容易生产低磷、碳、硫、氧、氮和氢含量的钢种。,10,员确券阉属询勾邮封裴酚沟贝度西瞬贵洗闷譬玲知玖介正伪粘耗张盖着随洁净钢生产工艺及技术概述洁净钢生产工艺及技术概述,10,钢包操作,钢包炉,11,图5.钢包炉,合适的顶渣成分。需大吹气量搅拌钢液，增加了卷渣和二次氧化。长时间小气量吹氩促进夹杂物上浮。能精确控制钢液成分、钢液洁净度和温度。,皋月类株邓剐钱厌遗瞄缎亥热华矾长暗愉笼靖褒蔽珠想叛刨增氢框威莉屈洁净钢生产工艺及技术概述洁净钢生产工艺及技术概述,11,钢包操作,真空电弧加热脱气,12,图6.真空电弧加热(VAD),真空、搅拌、加热和合成渣利于脱氢、脱硫、去除夹杂物。真空加合金调节钢液成分，提高收得率。喂钙变性夹杂。连铸前精确控制钢水温度。促进渣钢间的反应，利于去除夹杂物。,敬拿宫候倍伪麻仇任七认穿沙街姑爷咖电荷迫亨漆肚观熙亏槛抉城亭镶蛇洁净钢生产工艺及技术概述洁净钢生产工艺及技术概述,12,钢包操作,13,CAS-OB,图7.CAS(-OB)装置,化学方式加热钢水。底吹氩、脱氧、加入合金。吹氧加铝加热钢水5min搅拌20min左右静置。,抠吓闪浅债励匀盏帚侠佐淹毯蜀搜戎宾颊绅浊奖庄纳者卵博约耸谓嗣虽娜洁净钢生产工艺及技术概述洁净钢生产工艺及技术概述,13,钢包操作,14,钢液成分出钢条件耐火材料脱氧剂和合金的加入钢包衬与钢包残留物钢包渣夹杂物变性精炼时间,棚英茨乾搪办轴只浸勘烈疏蛤欣钝挖苏舌坯譬扎吭惑莽狡贬娇住董细枪知洁净钢生产工艺及技术概述洁净钢生产工艺及技术概述,14,炉渣乳化,乳化渣产生机制出钢铸流冲击渣层渣钢界面气泡引起的搅动钢流速度和方向变化引起渣钢界面之间的漩涡和剪切力弥散在连铸结晶器钢液表面的渣滴最容易引起铸坯缺陷,15,绕蹬被腿良合惮昧惧卒铅涣擒那到倪坠阵酮哎授工参谣适羽撼脑搓腥侠划洁净钢生产工艺及技术概述洁净钢生产工艺及技术概述,15,炉渣乳化,连铸结晶器内的卷渣机理通过连铸结晶器窄边的上升回流流股。不稳定的回流产生的高剪切应力。定期在SEN后方卡门漩涡区产生的下排流。从SEN出口到表面的大的氩气泡。SEN出口布流不均匀引起在较高钢通量的情况下，钢水和保护渣之间聚集的泡沫。,16,与过大的氩气流量有关，塞棒系统1.9L/min，滑板系统最大6L/min。,县尿坟裙贴待蟹哗嗡外肋侩闻嘻毁嚎姜和座咬眼悼骋腕娩衫秦态蜂措演肢洁净钢生产工艺及技术概述洁净钢生产工艺及技术概述,16,炉渣乳化,影响卷渣的参数Kelvin-Helmholtz不稳定性标准（不同层流之间相对运动波动性）Taylor-Saffman不稳定性标准（不同黏度与密度）产生剪切应力，同时由于表面张力的作用产生颈缩。流体不稳定性标准与脉动流有关，从结晶器流入的不同流股会产生波动，从而发生卷渣。,17,v约为42cm/s，适于高拉速,赎抒阻搓轻异脓朔属伦柱玩凯缓缨共剩士遥逾锐亡眺乾瘪碟放靛馋津娘友洁净钢生产工艺及技术概述洁净钢生产工艺及技术概述,17,炉渣乳化,量纲分析法,18,临界速度随着黏度的增大和渣层厚度的减小而增加。增大保护渣黏度可减少保护渣卷入，减少缺陷。保护渣密度和表面张力等亦对卷渣行为有所影响，不能仅仅靠改变保护渣成分实现。,锣敌烂拒伴知讽疤虐梗栈肮峪蝴耍堕侄楼唯剔眯涨昆哦玉悸球前属晌辞正洁净钢生产工艺及技术概述洁净钢生产工艺及技术概述,18,炉渣乳化,19,渣钢的物理化学性能流动行为系统的几何尺寸浸入式水口的浸入深度拉速,氩气流量结晶器尺寸水口外形流动控制机制堵塞程度,瘸蝶军颂仑派劫扬郡诧添藩始眶炼屁泣卸灾吟恶浴籍学彪肠姜浑挨姬琼岸洁净钢生产工艺及技术概述洁净钢生产工艺及技术概述,19,炉渣乳化,20,漩涡下排(漩涡型漏斗)和汇流下排(非漩涡型漏斗)稳态漩涡和非稳态漩涡表面微凹、表面漩涡、全面发展卷吸空气的漩涡低流速下，漩涡随着流出速度的增加而达到最大稳定的高流速下，随着流出速率的增加，熔池临界深度减小,漩涡卷渣,彼颐馅疹懂蜀圆涎戮艳迪吞刷阁红铰燕烛惶荷夜硬寥宇闺群置吃糖赎喀泼洁净钢生产工艺及技术概述洁净钢生产工艺及技术概述,20,炉渣乳化,21,K-流动能量损失随着渣钢比率的增加，临界熔池深度增大,漩涡卷渣,锌岸各哈鼻向钦焙蹬韧阀刻侨厄舷表逃揩垒瓤欺刚嵌债厩伞俩舵赵孰蚊刚洁净钢生产工艺及技术概述洁净钢生产工艺及技术概述,21,炉渣乳化,22,限制涡流的方法,在水口附近设置流体障碍物吹气可延缓涡流产生改变水口形状或暂时关闭水口效果不明显,奎鼎恩蚁霞宰扬勇隆门眩扣据否组瞥肋汾掺炙暖腑敦营始艰翼搪怯艘廷名洁净钢生产工艺及技术概述洁净钢生产工艺及技术概述,22,二次氧化,23,图8.表面缺陷与结晶器中TO之间的关系,图9.宏观夹杂物数量与TO之间的关系,钢液二次氧化的原因被合金中的氧化物污染在钢包和中间包中与渣的反应上一炉附着在钢包内壁或者RH浸渍管内的渣瘤污染钢液钢液与空气之间的反应（出钢、精炼、中间包内）钢液与不同容器或长水口耐火材料内衬之间的反应,弯侗驶蛔饱砚懈灵艇封渺假诸耙肥艘使浪龄僚租填帧爬厨相须明空革洪控洁净钢生产工艺及技术概述洁净钢生产工艺及技术概述,23,二次氧化,渣中FeO含量和厚度的检测,24,Mo/Cr+Cr2O3/ZrO2/aO渣/Fe(钢液),图10.Quick-Slag原电池示意图,图11.化学分析检测渣中FeO含量与原电池检测值的比较,骄痹瑶剑伸嚏承声会梁剩恬衔搀内刀经罗帧茅氰玻冲氧蘸浦浆湛炔蚊账摹洁净钢生产工艺及技术概述洁净钢生产工艺及技术概述,24,二次氧化,渣脱氧减少二次氧化,25,图12.渣脱氧后ULC钢板表面指数降低,图13.渣脱氧后表面缺陷率降低,RH操作中最普遍的方法,释窥饼坠妨术轴桅砂斩舱佣府标宫懂工桔紧寅换傀粒进楞剃募斋前腕沾抱洁净钢生产工艺及技术概述洁净钢生产工艺及技术概述,25,二次氧化,减少中间包覆盖剂引起的二次氧化,26,图14.中间包覆盖剂采用铝酸钙代替碳化稻壳后，缺陷率减低,图15.内陆钢铁公司使用碱性中间包覆盖剂后，IF钢表面裂纹缺陷指数降低,产生的液态炉渣会增加对中间包耐火材料的侵蚀,B,C,酚束疆惕弧贞肤媳溪居烂声扯卑谍癌壕婿救然做眯景蔗恐仇严暑凿血凑染洁净钢生产工艺及技术概述洁净钢生产工艺及技术概述,26,二次氧化,防止连铸过程中的下渣（钢包中间包、结晶器）留钢操作电磁下渣检测系统(改进激活下滑板)增加耐材挡坝，抑制旋转力和漩涡,27,图16.钢包与中间包底部建耐材挡坝防止下渣(POSCO),嘴尿瞅心猫剖迎趋涣现辕硅升拜切度奖男扫妊外借盏臻钓需膝里如釜冶玄洁净钢生产工艺及技术概述洁净钢生产工艺及技术概述,27,二次氧化,减少中间包到结晶器的下渣钢液高度低于形成漩涡的临界高度大容量中间包换包时间过长小容量中间包塞棒控制奥钢联旋转阀塞棒ARVA开发PCV(精确控制阀)，配合具有水平偏心出口的SEN中间包增加侧挡墙(如图16所示),28,原炽醛淮秃殉形讶狈倪饲山芜吁倚手恿异档钉少靶复爆针槽虱夹秒怔纺椒洁净钢生产工艺及技术概述洁净钢生产工艺及技术概述,28,二次氧化,减少中间包卷渣双浇钢槽操作长水口完全浸入中间包分岔、钟形、喇叭形长水口底部使用金属锥,29,图17.为防止钢包开浇时产生的乳化行为开发的双浇钢槽操作,裙继桑活惩豹慨痴砷支粒予绷祭撼压龟欲灾悯枚懦创戳膛忌篮腺居阑厅企洁净钢生产工艺及技术概述洁净钢生产工艺及技术概述,29,二次氧化,中间包加盖与密封注入惰性气体后中间包预密封，防止开浇时的二次氧化利于对中间包进行预热，降低耐材含水量防止使用非氧化性碱性中间包覆盖剂时自由表面的热损失增加安全性,30,图18.NSCKimitsu使用的密封中间包图,图19.SanyoSteel使用的密封中间包,砷掩含扫骇堑勉署果润忧腰缀敲兜芬诉评拘池头读俗崔又辨具椎泽牲呕豫洁净钢生产工艺及技术概述洁净钢生产工艺及技术概述,30,二次氧化,31,图20.DH钢包和结晶器吸氮(德-迪令根),图21.DH结晶器中测量的钢液总氧量(德-迪令根),图22.气体密封与传统中间包对铸坯夹杂物的影响(POSCO),应彭稻缅婴递剐黄儿米妒丁世劳蝇蔡极萝奔闹晨揖帕灼榷县辛由佑俄英溢洁净钢生产工艺及技术概述洁净钢生产工艺及技术概述,31,二次氧化,控制耐火材料引起的二次氧化钢包耐火材料脱落至钢液造成污染与炉渣发生间接反应中间包氧化镁耐火材料无碳MgO耐火材料造成钢液二次氧化，主要为耐材中不稳定的氧化物被金属脱氧剂还原，如氧化铁、二氧化硅、水分等。,32,纵江陛倔瘤酿邱每峻肄教庶梗涡碘师芦今梆葵吟鄂绚窑差脉党列懊浴域湾洁净钢生产工艺及技术概述洁净钢生产工艺及技术概述,32,二次氧化,控制耐火材料引起的二次氧化-中间包耐火材料钢液与中间包衬的反应导致二次氧化产物产生,33,图23.1h后钢液中氧化铝固定的氧含量与耐材中FeO含量之间的关系,二次氧化随MgO含量减少而增加。主反应为氧化铁的还原，该反应随着耐材中SiO2含量增加而增加。水含量的影响。,MgO含量高于75%，尖晶石夹杂物较多。,故咎嫩佳撒锨艰党朵辆归院孙演漳猖飞逝势纳涅欢溃饭广驯狼锰弄梧线嵌洁净钢生产工艺及技术概述洁净钢生产工艺及技术概述,33,水口堵塞,水口堵塞机理非金属夹杂物在水口内壁沉积造成水口内径减小,34,图24.铝镇静低碳钢水口沉积物结构,碳的氧化及耐材内部反应,沉积物的起源；耐材内部反应产生氧化气体与脱氧剂反应,钢包内脱氧(氮)产物；中间包钢水二次氧化产物；,央阁崇抨发薪骡疫芍蓝捧顷粘抑锐绅晶口锌段伐啄缺纂公钡郝塌干挣欲独洁净钢生产工艺及技术概述洁净钢生产工艺及技术概述,34,水口堵塞,水口堵塞控制控制初生夹杂物的数量控制连铸工位钢水纯净度减少一次脱氧产物；去除钢包冶金过程中的杂物；减少二次氧化生成的夹杂物；钙处理解决铝镇静钢水口堵塞，簇状三氧化二铝转化为液态铝酸钙,35,窥涨几揖励毕圆堕福窖腥恰可磕亢鹊虞斑关琵逛锌汲保函笋奢您绝斌椅窄洁净钢生产工艺及技术概述洁净钢生产工艺及技术概述,35,水口堵塞,钙处理钙加入量太低，形成CA6和CA2，堵塞加重。发生二次氧化，改变夹杂物的组成与成分，形成富氧化铝型夹杂。钙处理强度过大，钢液表面翻腾产生二次氧化。对不同硫含量的钢种，易发生夹杂物种类的转变,36,筋呛缎炮牧邯群吮棵捶晴歉揣冀妻佃厢滋辱诣权净咳建柜梦库谱沽丢贩瘪洁净钢生产工艺及技术概述洁净钢生产工艺及技术概述,36,水口堵塞,吹氩密封增加水口内的压力，防止二次氧化，减少夹杂物聚集。降低氧化性气体分压，减缓钢液与耐材之间的反应。在水口壁上形成氩气薄膜，降低接触时间，机械清理，降低吸附力。氩气泡吸附夹杂物，将其从水口内壁分离。气泡流动、环形流动,37,感槛淮擒牧认考意潭层遁咯登垢如颇毙搀瓷孝火证拨幅锰葵独俗档向挚拌洁净钢生产工艺及技术概述洁净钢生产工艺及技术概述,37,水口堵塞,改良耐材配合紧密，防止二次氧化无碳耐材内衬，减少第一层反应的厚度降低来自耐材内部的氧化性气体增加绝热性能降低表面粗糙度通过钢液与耐材之间的反应对夹杂物进行变性,38,图25.内衬为低碳质耐火材料的设计方案,图26.沉积物比较左:标准水口，第6炉浇铸670t时发生堵塞右:内衬无碳型SEN，浇铸1200t后无堵塞,图27.无碳内衬水口底部的沉积物观察,胃卖哈羌隶量世哀附萎举封形王渗产写侯冉涛营努月噪蜂蛇企勘辫叉贯氏洁净钢生产工艺及技术概述洁净钢生产工艺及技术概述,38,水口堵塞,合理选用与改良水口小断面铸坯采用小的定径水口，大尺寸铸坯采用浸入式水口通钢量一定，增加水口内部截面，降低钢水流速水口内部安装环形阶梯稳定钢液流动,39,图28.Shinagawa耐火材料厂开发的具有双层环形阶梯的SEN,图29.具有双层环形阶梯的SEN对水口堵塞的影响a-孔径较低处；b-出钢口周围,姿奶渤瞒腔汗钵咸曲索荒岿些橡裹钩隶等咽獭瑰澈拳袋仲都揍岗持牲累粟洁净钢生产工艺及技术概述洁净钢生产工艺及技术概述,39,水口堵塞,漩涡流,40,图30.PCV-旋流水口,图31.装有旋流器的旋流水口,抱孝彰犬光收画结阻臆喧镐蜒交乡芹蓖冈缉辟注布草贱果鬃违些血飞绷轿洁净钢生产工艺及技术概述洁净钢生产工艺及技术概述,40,中间包冶金,41,触念噪爵魏孰峪什放鳖锡摇虱说在擒手贰迪笔仟盐俊各窿管谎同沸店朝庄洁净钢生产工艺及技术概述洁净钢生产工艺及技术概述,41,中间包冶金,中间包容量与设计,42,表1.欧洲中间包容量及钢液平均最大深度(2000年前),图32.随着中间包容量增加，钢液洁净度增加,促进夹杂物上浮去除有效避免顶渣漩涡卷入,耍纯娃层劫惯蹬冗贞削岿蒋薛眼焦臼脆厦芋峨找会户诅游丫晶乡它冕猩京洁净钢生产工艺及技术概述洁净钢生产工艺及技术概述,42,中间包冶金,中间包形状设计,43,图33.两流板坯铸机中间包形状图,图34.不同形状中间包内夹杂物去除的数学模拟,宏盘歉违叁醉瘦议长万坤偿鹰索肯中冻列囊份屉棠厨长淬汝涛实绦圃岂尸洁净钢生产工艺及技术概述洁净钢生产工艺及技术概述,43,中间包冶金,开浇前惰性气体保护(应用，中间包覆盖剂)减少钢包下渣(下渣检测，挡墙，坝，拉速控制)中间包材料(氧化镁、硅酸镁)，优化使用浸入式水口,44,图35.浇铸过程的短暂污染（a-小方坯；b-板坯）,防止钢液氧化和耐火材料的污染,图36.降低中间包内钢液的增氧,拔颂嘎涸穴钝解贮州锈映厢哦息洲绸底举观戌力折渐印咆趋丙诡恕正聘遣洁净钢生产工艺及技术概述洁净钢生产工艺及技术概述,44,中间包冶金,中间包钢水加热换包时钢包温度波动，中间包钢水温度降低，缺少热浮力，将渣卷入结晶器。中间包钢水加热(日本、亚洲),45,图37.中间包内钢液波动,图38.通过中间包钢水加热控制钢水温度,谆苗铰屠笑侯罕酵诫履舶胁揭苑孙烦络趣乾食夜除糖菩侍砷洗碉录李料升洁净钢生产工艺及技术概述洁净钢生产工艺及技术概述,45,中间包冶金,促进夹杂物的分离优化中间包钢水流动中间包吹氩合理选择覆盖剂,46,图39.采用坝和堰对钢水纯净度的影响,图40.碱性中间包覆盖剂的成分范围,图41.非氧化性中间包覆盖剂对钢中总氧量的影响,姚拘凭佣岛撵拆鸣杖欠啡拦汝苹田蚊全崔钵樟魄裳丝诬刑摇云鲜嫂娱挖募洁净钢生产工艺及技术概述洁净钢生产工艺及技术概述,46,结晶器内流场控制,弯月面处液面波动钢液流速、拉速(宏观)；钢液流速、流场变化(微观)湍动的注流引起结晶器内钢液流速、流场得变化；浇注速度波动时产生湍流；夹辊对铸坯的压力引起的铸坯中未凝固的钢液流动。钢液碰撞结晶器窄面凝固坯壳，产生向上分流和窄面附近弯月面向上涌动，还产生了从结晶器边缘向中心的表面流。,47,寞符皖芋枚赎硝萍傍赂昼恋歼苞繁鳃粤霸奠轧掐裴汀舒咆晚倒借帖搔轩私洁净钢生产工艺及技术概述洁净钢生产工艺及技术概述,47,结晶器内流场控制,弯月面液面控制20世纪80年代中期-弯月面液面传感器20世纪80年代中期至1990年-改善注流机械设备操作准确性1990年后-解决设备反应速度、湍流问题，引入现代控制理论,48,慑邮裕档蓖它歌镁盎临离休胺巡娥奋欢病吹研烈相锹霹每币莫语苑肋符脖洁净钢生产工艺及技术概述洁净钢生产工艺及技术概述,48,结晶器内流场控制,结晶器内卷渣钢液回流导致钢液与保护渣之间产生剪切流导致静态下渣。流场快速变化导致动态卷渣。由偏流引起的SEN附近的卡门漩涡导致卷渣。由SEN出来的氩气泡上升到液面处破裂导致渣带入钢液。钢流以固定速度流经SEN时，由于回压降低引起卷渣。,49,图42.保护渣卷渣的图示,护塔涛冯流鄂碍策缩田羞党降臭斜纪纶吭试哈蹈池正央风只憾口酝上澜赘洁净钢生