纯洁钢多媒体

1、1洁净钢及其生产技术洁净钢及其生产技术重庆大学 文光华2洁净钢及其生产技术洁净钢及其生产技术 纯净钢或洁净钢的概念 钢中夹杂物控制原理 连铸坯中夹杂物来源与分布 洁净钢生产的控制对策 结语3一、洁净钢和纯净钢的概念 关于洁净钢(clean steel)或纯净钢(purity steel) 的概念,目前国内外尚无统一的定义,但一般都认为洁净钢是指对钢中非金属夹杂物(主要是氧化物、硫化物)进行严格控制的钢种,这主要包括:钢中总氧含量低,非金属夹杂物数量少、尺寸小、分布均匀、脆性夹杂物少以及合适的夹杂物形状。而纯净钢则是指除对钢中非金属夹杂物进行严格控制以外,钢中其它杂质元素含量也少的钢种。4纯净钢

2、（纯净钢（purity steel） S+P+N+O+H总合水平： 60年代 900ppm 70年代 800ppm 80年代 600ppm 90年代 100ppm 2000年 50ppm5纯净钢（纯净钢（purity steel）高纯净钢对炼钢工艺要求：高纯净钢对炼钢工艺要求：（1 1）去除杂质元素）去除杂质元素 超低C： 如汽车板； 超低S： 如输气管线； 超低N： 如铁素体不锈钢管，冷锻线棒材； 超低P： 如高压容器钢板。（2 2）去除夹杂物）去除夹杂物 超低O： 如滚珠钢，汽车板； 形态控制：如拉拔钢丝，管线钢。（3 3）成分控制）成分控制 化学成分控制在窄的范围，性能均一性。6纯净钢（

3、纯净钢（purity steel）国内外一些钢厂生产纯净钢水平如表国内外一些钢厂生产纯净钢水平如表1 表 1 国内外一些钢厂生产纯净钢水平（ppm）元素厂家CONPSH总和备注埃知钢厂9-20505-10新日铁102515253169名古屋厂301920-3020301.590-100迪林根厂20-303010171林茨厂20242266中钢公司2511306614-1715-2620-3031-42184-1031995 年宝钢20-3615-4019-4413-3520-25188-1801996 年武钢7纯净钢（纯净钢（purity steel）表 2 钢中夹杂元素含量预测（ppm）CS

4、PONH总和6185140.234.260.425140.227.65510510136.02000年后杂质元素含量预测水平如表2： 纯净钢除S+P+N+H+O五大元素外，随电炉短流程的发展，废钢用量的增加，还包Cu、Zn、Sn、Bi、Pb等伴生元素。8理论研究和生产实践都证明钢材的纯净度越高,其性能越好,使用寿命也越长。钢中杂质含量降低到一定水平,钢材的性能将发生质变。如钢中碳含量从4010-6降低到2010-6,深冲钢的伸长率可增加7%。提高钢的纯净度还可以赋予钢新的性能(如提高耐磨腐蚀性等),因此纯净钢已成为生产各种用于苛刻条件下高附加值产品的基础,其生产具有巨大的社会经济效益。需要指出

5、的是对不同钢种其中的杂质元素的种类是不同的,如硫在一般钢中都视为杂质元素,但在易切削钢中其为有益元素;IF钢中氮是杂质元素,但在不锈钢中氮可以代替一部分镍和其它贵重合金元素,其固溶强化和弥散强化作用可提高钢的强度。纯净钢（纯净钢（purity steel）9洁净钢（洁净钢（clean steel） 钢中非金属夹杂物总量、形态和尺寸。它决定于钢种和产品用途。不同用途的产品对钢中洁净度要求表3 。表表 3 洁净钢要求洁净钢要求产品洁净度备注汽车板TO20ppm D50m防薄板表面线状缺陷易拉罐TO20ppm D20m防分边裂纹Shadow mask forCRT 防罩屏D50m防止图象侵蚀轮胎钢芯

6、线冷拔 0.15-0.25mmD10m防止冷拔断裂滚珠TO10ppm D15m增加疲劳寿命管线D100m 氧化物形态控制酸气腐蚀钢轨TO20ppm单个 D13m链状 D200m断裂 备注：D 指夹杂物直径10洁净钢（洁净钢（clean steel）表 4 某些高纯度钢发生缺陷的原因调查钢种产品缺陷引起缺陷的夹杂物最小直径缺陷部分夹杂成分DL 罐用镀锡板凸缘裂纹150m 60mCaO-Al2O3ERW 管材UT 缺陷US 缺陷150m220mCaO-Al2O3群落状 Al2O3镀锡板炉渣分层400m 500m深冲深拉用冷轧钢板冲压缺陷夹杂250m400m群落状 Al2O3 、CaO-Al2O3C

7、aO-SiO2 Al2O3-Na2OUO 管材UT 缺陷200mCaO-Al2O3、群落状 Al2O3MnO- SiO2 -Al2O3UOE 管（厚钢板）US 缺陷220m注：表中夹杂物尺寸为板材加工后的夹杂尺寸，推算至铸坯中，约为 50-60m。 钢的洁净度与产品制造和使用过程中所出现的众多缺陷密切相关，一些厂家对某些高纯度钢发生缺陷所作的调查如表4所示，可以看出钢中的夹杂物尤其是大颗粒夹杂物是引起产品缺陷的主要原因。11洁净钢（洁净钢（clean steel）表 5 各种钢材夹杂物含量和尺寸的要求品种用途用户要求生产目标DL 罐防止裂纹DA40m超深冲板非常薄较高抗拉强度DA40m防止碳化

8、物、氮化物的析出汽车轮箍防止勾形裂纹DA100m汽车轮盘极好的穿孔性能DA20m门窗框架防止冲压时产生裂纹DA20m薄板护板防止酸浸颜色不同防止加工时产生裂纹DA5m管材无缝管防止因氢产生裂纹全部为球形夹杂棒材轴承滚动接触寿命长DA40m抗疲劳钢丝高抗拉强度防止冲压时断裂TO10ppm丝弹簧高强度，疲劳寿命长减少非塑性夹杂注：DA 为 Al2O3 直径，DM 为 MnS 直径，Di 为所有夹杂物直径。 日本一向对钢材质量有着严格的要求，最近日本夹杂物委员会提出的不同成品对钢中夹杂物含量及尺寸的要求如表5 所示。12高附加值产品洁净度：高附加值产品洁净度：高附加值产品对洁净度要求是： TO要低2

9、0ppm; 夹杂物数量要少； 夹杂物尺寸要小0 TO= O夹 对于对于AlK钢：钢： AlS=0.02-0.05%，O溶=4-8ppm，如在连铸坯中测定TO=20ppm ，则说明除O溶外，氧化物夹杂O夹为12-18ppm，这说明钢中很干净了。 对于对于SiK钢：钢： 用Si、Mn脱氧平衡O溶含量较高。仅用Si、Mn 脱氧钢中O溶为40-60ppm。在结晶器内凝固时铸坯易产生皮下气孔。16钢中夹杂物评价：钢中夹杂物评价：人们预测2000年后生产超洁净钢，钢中O要达到5ppm水平，TO= O溶+ O夹解决途径： 生产“零夹杂物”钢； O夹 0，即钢中夹杂物完全去除； 进一步降低O溶 对于AlK钢，

10、炉外精炼改变AlO 热力学平衡，Al2O3溶于渣中可使熔渣中Al2O3活度达到0.001，与 AlS相平衡得O溶小小于1ppm。 对于SiK钢，炉外精炼控制炉渣组成，使SiO2溶于铝酸钙渣中，降低aSiO2，可使钢中O溶降到与AlK钢水平。17钢中夹杂物控制原理钢中夹杂物控制原理 由以上分析可知，要降低钢中TO，就是要减少钢中夹杂物，降低O夹，降低O夹其方法是：（1）去除脱氧产物。 它决定于： 夹杂物形成 夹杂物传输到钢/渣界面 渣相吸附夹杂物方法：控制脱氧产物方法：控制脱氧产物+炉外精炼炉外精炼+搅拌搅拌TO=20-40ppm18钢中夹杂物控制原理钢中夹杂物控制原理就脱氧而言，分三种情况：1

11、）用Si+Mn脱氧形成的脱氧产物有： 纯SiO2（固体）： MnO SiO2（液体）； MnO FeO（固溶体）。 控制合适的Mn/Si比，得到液相MnO SiO2 容易上浮排除。但往往由于脱氧不良，铸坯会产生皮下气孔。19钢中夹杂物控制原理钢中夹杂物控制原理2）用Si+Mn+Al脱氧形成的脱氧产物可能有： 蔷薇辉石（2MnO 2Al2O3 5SiO2）； 硅铝榴石（3MnO Al2O3 3SiO2）； 纯Al2O3（Al2O3 30%）。 要把夹杂物成分控制在相图中的阴影区，则必须钢中AlS50 m，甚至几百 m； 组成复杂； 来源广泛； 偶然性分布； 对产品性能危害最大。30连铸坯中夹杂物

12、来源连铸坯中夹杂物来源 生产洁净钢，就是要减少钢中夹杂物，尤其是减少大颗粒夹杂而奋斗。在连铸过程中夹杂来源于图19。 炉渣卷入: 炼钢炉渣 外来夹杂物: 中间包覆盖剂 结晶器保护渣 耐火材料内衬 耐火材料 钢包耐火材料: 引流砂和滑板 熔损卷入 水口砖氧化物夹杂物: 中间包内衬材料 中间包耐火材料 塞棒和滑板 中间包水口 浸入式水口 一次脱氧产物 内生夹杂物: 二次脱氧产物图 19 连铸过程中氧化物夹杂的来源314 洁净钢生产的控制对策洁净钢生产的控制对策从炼钢精炼连铸生产洁净钢，主要控制对策是：（1 1）控制炼钢炉下渣量）控制炼钢炉下渣量 挡渣法：（偏心炉底出钢、气动法、挡渣球）； 扒渣法：

13、目标是钢包渣层厚50 m）去除，采用中间包控流技术 小颗粒夹杂（50 m）去除； 中间包钙质过滤器 中间包电磁旋转 钢包 中间包 结晶器过程中防止下渣、卷渣是生产洁净钢非常重要的操作； 把非稳定态浇注铸坯质量提高到稳定态浇注水平以提高整体铸坯质量是当今人们迫切解决的问题。为此采用： 临界液面操作法，防止旋涡下渣，生产DI罐，钢包还是4% 钢水就关水口 下渣探测器 长水口采用撇渣器 开浇时中间包水口上方采用挡渣器 开浇时中间包密封 结晶器液面控制（8）钢中微细夹杂物去除）钢中微细夹杂物去除484 洁净钢生产的控制对策洁净钢生产的控制对策（9 9）防止浇注过程下渣和卷渣）防止浇注过程下渣和卷渣 示

14、踪试验：加入示踪剂追踪铸坯中夹杂物来源；结晶器渣中示踪剂变化；铸坯中夹杂物来源。初步估计外来夹杂物占41.6% 二次氧化占39% ，脱氧产物为20%。 目前还是广泛采用吹Ar来防止堵塞。生产洁净钢总的原则是：钢水进入结晶器之前尽可能排除Al2O3。494 洁净钢生产的控制对策洁净钢生产的控制对策（10）防止Ar气泡吸附夹杂物 对Al-K钢，采用浸入式水口吹Ar防止水口堵塞，但吹Ar会造成： 水口堵塞物破碎进入铸坯，大颗粒Al2O3轧制延伸会形成表面条状缺陷 小于1mm Ar气泡上浮困难，它是Al2O3和渣粒的聚合地，当气泡尺寸大于200 m易在冷轧板表面形成条状缺陷。为解决水口堵塞问题，可采用： 钙处理改善钢水可浇性 钙质水口 无C质水口504 洁净钢生产的控制对策洁净钢生产的控制对策（11）结晶器钢水流动控制）结晶器钢水流动控制 电磁制动EMBR； FC（Flow Control）结晶器。51冷轧板缺陷指数：有FC为1.1； 无FC为4.5 525 结语 洁净钢提高了钢水质量，提高了产品竞争力； 洁净钢是一个相对概念，应根据产品用途来制订合理的工艺对策来生产洁净钢； 经过炉