深冲钢、超深冲钢冶炼连铸技术

1、深冲钢、超深冲钢冶炼连铸技术深冲钢、超深冲钢冶炼连铸技术北京科技大学冶金与生态工程学院北京科技大学冶金与生态工程学院深冲、超深冲钢生产意义 当前世界钢铁区域市场趋于饱和当前世界钢铁区域市场趋于饱和; ; 中国汽车工业迅速发展，这类钢的用量大；中国汽车工业迅速发展，这类钢的用量大； 这类钢是最主要的高附加值产品；这类钢是最主要的高附加值产品；企企 业业产产量量，万万吨吨年年销销售售额额，亿亿美美元元吨吨钢钢销销售售额额，美美元元新新日日铁铁2 25 53 30 01 17 79 97 70 07 7韩韩国国浦浦项项2 24 43 30 01 10 00 04 41 12 2英英钢钢联联1 16

2、61 10 01 11 15 57 71 14 4法法国国 U Us si in no or r 集集团团1 15 50 00 01 14 40 09 93 34 4宝宝钢钢8 85 50 02 25 52 29 95 5主要钢铁企业吨钢销售额的比较主要钢铁企业吨钢销售额的比较(1997(1997年年) ) 超深冲钢的发展趋势超深冲钢的发展趋势 超深冲性能钢的发展趋势示意图超深冲性能钢的发展趋势示意图炼钢控制要点炼钢控制要点 钢钢 材材 类类 型型 成成 品品 名名 称称 钢钢 种种 代代 表表 尺尺 寸寸 要要 求求 成成 品品 性性 能能 夹杂物夹杂物 偏析偏析 成成 分分 薄薄 板板 D

3、I DI 罐材罐材 超深冲钢超深冲钢 显象管阴显象管阴 罩材罩材 低碳铝镇低碳铝镇 静钢静钢 超低碳铝超低碳铝 镇静钢镇静钢 低碳铝镇低碳铝镇 静钢静钢 0.2 0.2- -0.30.3 mm mm 厚厚 0.20.2- -0.60.6 mmmm 厚厚 0.1 0.1- -0.20.2 mm mm 厚厚 防止冲防止冲罐时罐时 裂纹裂纹 r1.8r1.8- -2.02.0 防止光刻蚀防止光刻蚀 边部不良边部不良 40 40 m m 100100 m m 55 m m - - - - - - CC 20ppm20ppm N N 30ppm30ppm 低硫低硫 厚板、厚板、 管线钢管线钢板板 耐酸性

4、介耐酸性介 质腐蚀钢质腐蚀钢 低温用钢低温用钢 耐层向撕耐层向撕 裂钢裂钢 X52 X52- -X70X70 级级 低合金钢低合金钢 9%Ni9%Ni 钢钢 高强度结高强度结 构钢构钢 10 10- -40mm40mm 厚厚 10 10- -40mm40mm 厚厚 10 10- -40mm40mm 厚厚 抗氢致裂纹抗氢致裂纹 抗低温脆化抗低温脆化 抗层向撕裂抗层向撕裂 形态控制形态控制 超低硫化超低硫化( ( S S 1 10ppm)0ppm) P P 0.003%0.003% S S 0.001%0.001% 低磷化、低低磷化、低 硫化硫化 无无 缝缝 钢钢 管管 轴承座圈轴承座圈 轴承钢轴

5、承钢(SU(SU J J- -2)2) 50 50- -300300 高转动疲劳高转动疲劳 寿命寿命 减少减少 ASTMASTM- - B,DB,D 系夹杂系夹杂 T.O T.O 10ppm10ppm Ti Ti 20ppm20ppm 棒棒 材材 轴承钢轴承钢 轴承钢轴承钢(SU(SU J J- -2)2) 30 30- -6565 mm mm 高转动疲劳高转动疲劳 寿命寿命 减少减少 ASTMASTM- - B,DB,D 系夹杂系夹杂 T.O T.O 10ppm10ppm TiTi 15ppm15ppm 线材线材 轮胎子轮胎子 午线午线 SWRH72.82SWRH72.82 A A 0.1

6、0.1- -0.0.4 4 mm mm 防止拉丝断防止拉丝断 裂、高抗疲裂、高抗疲 劳特性劳特性 减少不变减少不变 形夹杂物形夹杂物 d20 d20 m m 对冶炼、连铸要求对冶炼、连铸要求深冲钢、超深冲钢生产关键：深冲钢、超深冲钢生产关键：高铁水比，减少出钢高铁水比，减少出钢N N含量，日本许多含量，日本许多厂采用全铁水。厂采用全铁水。台湾中钢生产台湾中钢生产IFIF钢时铁水比与终点钢时铁水比与终点NN的关系的关系铁水预处理技术铁水预处理技术 生产优质超深冲钢必须进行铁水脱硫预处生产优质超深冲钢必须进行铁水脱硫预处 理，理，日本的钢铁厂甚至采用三脱，目的：日本的钢铁厂甚至采用三脱，目的： 减

7、少炼钢的渣量，从而减少出钢时带渣量；减少炼钢的渣量，从而减少出钢时带渣量； 由于无须脱磷，因而可以降低炼钢终点钢水由于无须脱磷，因而可以降低炼钢终点钢水 和炉渣的氧化性；和炉渣的氧化性； 提高炼钢终点炉渣碱度和提高炼钢终点炉渣碱度和MgOMgO含量，减少出钢含量，减少出钢 下渣量。下渣量。川崎制铁水岛厂生产川崎制铁水岛厂生产IFIF钢炼钢炉渣碱度与出钢炼钢炉渣碱度与出钢带渣量的关系钢带渣量的关系转炉炼钢降低终点钢水氧含量转炉炼钢降低终点钢水氧含量 转炉终点转炉终点RHRH过程过程C-OC-O变化示意图变化示意图采取的措施：采取的措施：采用顶底复吹转炉；采用顶底复吹转炉；增大吹炼后期炉底惰性气体

8、量，增强搅增大吹炼后期炉底惰性气体量，增强搅 拌；拌；由于由于RHRH的改进，炼钢终点碳含量由的改进，炼钢终点碳含量由0.02 0.02 0.03%0.03%提高到提高到0.03%0.03%0.04%0.04%；提高终点控制成功率，减少再吹。提高终点控制成功率，减少再吹。顶吹顶底复吹转炉终点氧含比较顶吹顶底复吹转炉终点氧含比较美国内陆钢铁公司顶吹转炉与顶底复吹转炉美国内陆钢铁公司顶吹转炉与顶底复吹转炉 炼钢终点氧含量的比较炼钢终点氧含量的比较川崎制铁生产川崎制铁生产IFIF钢转炉底部气体组成示意图钢转炉底部气体组成示意图 川崎制铁生产川崎制铁生产IFIF钢终点碳与钢中氧含量的关系钢终点碳与钢中

9、氧含量的关系出钢防下渣操作出钢防下渣操作 生产超低碳钢，转炉终点炉渣生产超低碳钢，转炉终点炉渣FeOFeO在在151525%25%。如。如出钢带入钢包内的炉渣过多，由于钢包内钢水的出钢带入钢包内的炉渣过多，由于钢包内钢水的对流作用，造成对流作用，造成AlAl2 2O O3 3夹杂物量的增多。夹杂物量的增多。主要的挡渣方法：主要的挡渣方法： 挡渣球；挡渣球； 机械挡渣塞；机械挡渣塞； 气动挡渣。气动挡渣。必须高度重视出钢的防下渣操作，目前日、欧、必须高度重视出钢的防下渣操作，目前日、欧、美钢厂采用挡渣球类的操作，钢包内渣层厚度美钢厂采用挡渣球类的操作，钢包内渣层厚度控制在控制在50mm50mm左

10、右。左右。钢包内炉渣的改性处理钢包内炉渣的改性处理出钢时向钢流添加石灰，稠化炉渣；出钢时向钢流添加石灰，稠化炉渣；出钢后立即向钢包内加入炉渣改性剂；出钢后立即向钢包内加入炉渣改性剂；也可在也可在RHRH处理后向钢包内再次加入改性剂；处理后向钢包内再次加入改性剂；将炉渣将炉渣 T.FeT.Fe降低到降低到4 4左右，甚至左右，甚至2 2；改性剂由石灰改性剂由石灰( (或或CaCOCaCO3 3) )和金属铝组成，和金属铝组成， 铝含铝含量在量在30305555不等；不等；改性剂加入量主要取决于钢包内带渣量。改性剂加入量主要取决于钢包内带渣量。日新制钢超低碳钢钢包炉渣日新制钢超低碳钢钢包炉渣T.F

11、eT.Fe与改性剂量的关系与改性剂量的关系川崎制铁水岛厂炉渣改性剂用量与川崎制铁水岛厂炉渣改性剂用量与T.FeT.Fe的关系的关系脱氧脱氧 出钢过程微脱氧出钢过程微脱氧 或不脱氧出钢；或不脱氧出钢； 采用真空处理，采用真空处理， 利用钢中碳脱氧；利用钢中碳脱氧； 在炉外精炼过程在炉外精炼过程 脱氧、成分调整。脱氧、成分调整。11010010001000010000000.050.10.150.20.25%C%CO，ppmO，ppm1atm0.01atmRHRH真空处理真空处理通过通过RHRH处理将处理将CC脱除至脱除至202050ppm50ppm，同时最大可，同时最大可能地去除钢中的非金属夹杂

12、物。日本的钢厂生产能地去除钢中的非金属夹杂物。日本的钢厂生产超低碳钢，超低碳钢，RHRH结束时钢中总氧可降低到结束时钢中总氧可降低到303050 50 ppmppm。采取的主要措施：采取的主要措施： 通过增加钢液循环流量减少通过增加钢液循环流量减少RHRH处理时间；处理时间； 控制好钢水温度、成分，尽量减少加铝控制好钢水温度、成分，尽量减少加铝OBOB提温；提温； 保证足够的纯脱气时间。保证足够的纯脱气时间。8080年代中期之前，生产超低碳钢年代中期之前，生产超低碳钢RHRH处理时间一般处理时间一般都在都在30min30min以上，长的以上，长的RHRH处理时间造成：处理时间造成：减少减少RH

13、RH处理时间的措施：处理时间的措施： 提高真空度，加快脱碳反应；提高真空度，加快脱碳反应； 增加钢液进入真空室的循环流量，加快脱碳增加钢液进入真空室的循环流量，加快脱碳 反应。反应。RHRH利用效率低；利用效率低；转炉终点钢水温度高，碳含量低，氧化性高转炉终点钢水温度高，碳含量低，氧化性高; ;RHRH处理过程温降大；处理过程温降大；很难与炼钢、连铸节奏衔接。很难与炼钢、连铸节奏衔接。增加增加RHRH提升管提升管ArAr流量以提高钢水环流量流量以提高钢水环流量川崎千叶厂川崎千叶厂240240、280280吨吨RHRH装置装置ArAr流量与钢水环流量的关系流量与钢水环流量的关系通过增加浸渍管截面

14、积提高钢水环流量通过增加浸渍管截面积提高钢水环流量川崎千叶厂川崎千叶厂240240、280280吨吨RHRH装置浸渍管面积与钢水装置浸渍管面积与钢水环流量的关系环流量的关系加大加大RHRH浸渍管直径，提高浸渍管直径，提高ArAr流量是近流量是近1010年来年来RHRH最最主要的改进。主要的改进。改改进进前前改改进进后后提提升升管管6 60 00 06 65 50 0浸浸渍渍管管直直径径， m mm m下下降降管管6 60 00 07 75 50 0循循环环气气体体流流量量， N Nm m3 3/ /h h9 90 0 1 15 50 09 90 0 1 15 50 0浦项制铁浦项制铁RHRH浸

15、渍管直径和循环气体流量的改进浸渍管直径和循环气体流量的改进CuCu示踪试验表明，钢水环流效率提高了示踪试验表明，钢水环流效率提高了3030。一些厂采用了椭圆截面浸渍管一些厂采用了椭圆截面浸渍管新日铁八幡厂新日铁八幡厂RHRH改为椭圆截面浸渍管示意图改为椭圆截面浸渍管示意图新日铁八幡厂新日铁八幡厂RHRH采用椭圆浸渍管后采用椭圆浸渍管后ArAr流量与钢水环流流量与钢水环流量的关系量的关系新日铁八幡厂采用椭圆浸渍管后新日铁八幡厂采用椭圆浸渍管后RHRH脱碳速率的改变脱碳速率的改变川崎千叶第川崎千叶第3 3炼钢厂炼钢厂RHRH处理时间的减少处理时间的减少尽量减少尽量减少RHRH处理过程的加铝处理过程

16、的加铝OBOB提温提温危害：危害：增加钢中的增加钢中的AlAl2 2O O3 3量；量；增加增加RHRH处理时间，连铸调整拉速，中间包处理时间，连铸调整拉速，中间包 钢水液面下降，也助长了钢中夹杂物量的钢水液面下降，也助长了钢中夹杂物量的 增加。增加。通过各工序严格的温度控制减少通过各工序严格的温度控制减少OBOB率，美国内率，美国内陆钢铁公司生产超深冲钢陆钢铁公司生产超深冲钢RHRH的的OBOB提温率由过去提温率由过去的的3535减少到目前的减少到目前的1010左右。左右。RHRH合理的脱碳终了氧含量：合理的脱碳终了氧含量：250ppm55ppmT.O55ppm，冷轧产品则必须降级使用。，冷

17、轧产品则必须降级使用。 优化前IF钢中的总氧、氮0510152025303540TD边孔平均TD中孔平均连铸坯平均取样位置试样的总氧、氮 （ppm)TON中间包中孔到中间包边孔到铸坯，钢样中氮含量依次增加：20.15ppm22.85ppm27.37ppm, 钢样中氧含量依次增加：35.03ppm32.17ppm32.37ppm。钢样分类范围 ppm平均值 ppm总氧 TO 19. 9243. 4632. 17中间包总氮 TN 17. 2430. 6822. 85总氧 TO 21. 5841. 6932. 37铸坯总氮 TN 21. 4432. 3227. 37 优化后优化后IFIF钢夹杂物检验

18、结果钢夹杂物检验结果 中间包钢水的夹杂物中间包钢水的夹杂物夹杂物粒径约夹杂物粒径约7m7m左左右，呈三角群落状，右，呈三角群落状，SiOSiO2 2、FeOFeO百分含量百分含量分别为分别为83%83%、15%15%。夹杂物粒径约夹杂物粒径约8m8m左右，呈断裂块左右，呈断裂块状，状，FeOFeO、SiOSiO2 2、AlAl2 2O O3 3百分含量分别百分含量分别为为11%11%、2%2%、8181，并含有较多（，并含有较多（5 5）的杂质元素）的杂质元素TiTi，系矿物引入。，系矿物引入。夹杂物粒径约夹杂物粒径约7m7m左右，呈球左右，呈球体群落状，主要体群落状，主要是是FeOFeO夹杂

19、物夹杂物, ,并并含有少量（含有少量（4 4）的杂质元素的杂质元素MgMg。夹杂物粒径约夹杂物粒径约8m8m左右，呈断裂条块左右，呈断裂条块状，状，FeOFeO、AlAl2 2O O3 3百百分含量分别为分含量分别为51%51%、48%48%。夹杂物粒径约7m左右，呈群落串状，SiO2、FeO百分含量分别为59%、40%。夹杂物粒径约10m左右，呈不规则块状，上方的浅色物质为Al2O3，FeO、SiO2百分含量分别为10%、89%夹杂物粒径约5m左右，呈圆球状，SiO2、FeO、Al2O3百分含量分别为3%、3%、94。夹杂物粒径约6m左右，呈断裂条块状，FeO、SiO2、Al2O3百分含量分

20、别为11%、88%。 连铸坯中的夹杂物某厂连铸坯试样中夹杂物，有少量大于某厂连铸坯试样中夹杂物，有少量大于100100 m m的非金属夹杂物存在。的非金属夹杂物存在。 第二炉最后一块铸坯上1/4厚度处试样 第二炉最后一块铸坯上1/4厚度处试样防止结晶器坯壳卷渣防止结晶器坯壳卷渣卷渣造成的夹杂物特点：尺寸大；多为球状；主卷渣造成的夹杂物特点：尺寸大；多为球状；主要组分为要组分为CaOCaO、SiO2SiO2、CaF2CaF2、Na2ONa2O等；靠近铸坯等；靠近铸坯表层。表层。保护渣卷入坯壳主要通过两个途径：保护渣卷入坯壳主要通过两个途径： 钢水有弯月面内部向上涌出，由外面将钢水有弯月面内部向上

21、涌出，由外面将 保护渣滴卷入坯壳；保护渣滴卷入坯壳； 由浸入式水口流出的钢水，到达结晶器由浸入式水口流出的钢水，到达结晶器 侧边后分为向上和向下两个分流，向上侧边后分为向上和向下两个分流，向上 的分流上升到钢水上表面后，由外向内的分流上升到钢水上表面后，由外向内 折回，由此造成的钢水流动将保护渣底折回，由此造成的钢水流动将保护渣底 带入钢液，部分被生长的坯壳捕捉。带入钢液，部分被生长的坯壳捕捉。钢水有弯月面内部向上涌出，由外面将保护渣滴钢水有弯月面内部向上涌出，由外面将保护渣滴卷入坯壳；卷入坯壳；造成此类卷渣的主造成此类卷渣的主要原因：要原因： 拉速等变化造成的拉速等变化造成的 钢水液面大幅度

22、波钢水液面大幅度波 动；动； 保护渣熔融不好保护渣熔融不好( ( 温度、均匀性温度、均匀性) )； 保护渣流动性不好保护渣流动性不好 ( (粘度、温度等粘度、温度等) )。由浸入式水口流出的钢水，到达结晶器侧边后分为向由浸入式水口流出的钢水，到达结晶器侧边后分为向上和向下两个分流，向上的分流上升到钢水上表面后，上和向下两个分流，向上的分流上升到钢水上表面后，由外向内折回，由此造成的钢水流动将保护渣底带入由外向内折回，由此造成的钢水流动将保护渣底带入钢液，部分被生长的坯壳捕捉。钢液，部分被生长的坯壳捕捉。坯壳捕捉的保护渣夹杂物坯壳捕捉的保护渣夹杂物 浇铸速率：浇铸速率：5.0t/min5.0t/

23、min，气体流量：，气体流量：10Nl/mim10Nl/mimNKKNKK对结晶器内钢水流动状态进行了水模型研究对结晶器内钢水流动状态进行了水模型研究水模型研究中浸入式水口旁的旋涡照片水模型研究中浸入式水口旁的旋涡照片卷渣水模实验录像卷渣水模实验录像结晶器内钢水流动水模型研究装置示意图结晶器内钢水流动水模型研究装置示意图水模型实际连铸机比例1：3相似准数Fr 准数流量3060 l/min3.36.6 t/min(1200mm 铸坯宽度：1.783.56 m/min)宽度400 mm1200 mm水口深度60 mm180 mm水模型研究用参数水模型研究用参数 水模型研究得出的结晶器短边附近液面波

24、高与水模型研究得出的结晶器短边附近液面波高与表面流速的关系表面流速的关系保护渣由表面进入钢液的能量平衡计算保护渣由表面进入钢液的能量平衡计算结晶器液面流动造成的卷渣临界波高和流速结晶器液面流动造成的卷渣临界波高和流速防止钢水表面流动造成卷渣的措施：防止钢水表面流动造成卷渣的措施：减少浸入式水口钢水偏流减少浸入式水口钢水偏流( (堵塞等原因堵塞等原因););采用高频、小振幅减少弯月面坯壳采用高频、小振幅减少弯月面坯壳“爪爪”的发的发达达 程度；程度；保护渣粘度不能过低；保护渣粘度不能过低；浸入式水口参数优化；浸入式水口参数优化；钢水液面波动控制；钢水液面波动控制；电磁制动。电磁制动。采用较高粘度

25、的保护渣采用较高粘度的保护渣 超超低低碳碳钢钢用用保保护护渣渣的的改改进进保保护护渣渣类类型型改改进进后后改改进进前前拉拉速速， m m/ /m mi in nm ma ax x 1 1. .2 2m ma ax x 1 1. .6 6m ma ax x 1 1. .2 2m ma ax x 1 1. .6 6主主要要组组成成C Ca aO O- -S Si iO O2 2- -M Mg gO O- -C Ca aF F2 2- -A Al l2 2O O3 3C Ca aO O- -S Si iO O2 2- -N Na aF F- -N Na a2 2O O- -A Al l2 2O O3 3结结晶晶温温度度， 1 10 00 00 0 1750 1750 1500 1500 1.1台湾中钢公司：台湾中钢公司： ULC 1300 1.1ULC 1500 0.9 1500 0.91.01.0(2)(2)增加浸入式水口埋入深度增加浸入式水口埋入深度台湾中钢为减少台湾中钢为减少blisterblister缺陷采取的对策示意图缺陷采取的对策示意图(2)(2)减少浸入式水口减少浸入式水口ArAr流量流量浸入式水口吹浸入式水口吹ArAr示意图示意图美国美国LTVLTV公司原采用的吹氩流量：公司原采用的吹氩流量：中间包水口中间包水口14 l/min14 l/min上滑板上滑板6 l