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宝钢的洁净钢生产技术

随着社会的进步,现代工业对钢材性能的要求越来越高,为满足这一要求,洁(纯)净钢技术研究也越来越成为钢铁冶金技术领域的重要研究课题。

宝钢从引进之初,就十分注重洁净钢厂的建设。特别是九十年代初以来,宝钢依靠科技进步,着手研究开发纯净钢冶炼技术,目前已形成批量生产纯净钢的生产技术和管理技术。

超低硫钢生产技术

铁水脱硫是一种经济、有效的脱硫方法,在工业生产终得到了广泛的应用。宝钢曾先后采用了混铁车(CaO系、CaC2系脱硫剂)和铁水包(Mg系脱硫剂)两种脱硫方式。当铁水原始硫为150~300ppm时,脱硫后铁水硫含量最低可达10~30ppm的水平。

众所周知,转炉的脱硫能力是相当有限的。特别在铁水原始硫含量很低的情况下,由于入炉的石灰、废钢等炉料带有较高的硫,往往出现转炉过程回硫现象。一般来说,仅靠铁水预处理要稳定生产硫含量小于30ppm的钢是有困难的。因此,在转炉出钢后对钢水进行炉外脱硫势在必行。

宝钢相继开发了三种钢水炉外深脱硫工艺,其基本特征如下:

RH处理过程加入脱硫剂方式(方式A):开发高效CaO-CaF2系脱硫剂,通过RH合金溜槽将脱硫剂加入真空室;脱硫处理的炉次尽量控制转炉下渣量,并对钢包顶渣进行改质处理,使其具有高碱度和低FeO含量。

RH处理过程喷粉脱硫方式(方式B):开发CaO-Al2O3系预熔型脱硫粉剂;采用低枪位操作,以使粉剂能充分进入钢水循环;处理前对钢水和钢包渣进行充分脱氧,以提高脱硫效率。

LF炉深脱硫方式(方式C):开发钙铝系合成渣剂,优化渣脱氧制度;优化钢包底吹氩模式;对于深脱硫钢,为强化渣钢界面的脱硫反应,采用强搅拌方式。

上述三种脱硫方式的效果对比如下:RH处理过程脱硫(方式A、方式B),其脱硫率均在40%左右,脱硫效率并不高。此类工艺作为一种钢水脱硫处理的补充手段,以降低钢种的保留率是比较合适的。其具有占用工位时间少,增氮量小的优点。而LF炉深脱硫工艺具有很高的脱硫效率,平均脱硫率达87%,在原始硫含量并不很低的前提下,脱硫后可使钢水硫含量稳定达到10ppm以下,为超低硫钢的生产提高了有力保证。

低磷钢生产技术

钢中磷过高,在凝固时会产生严重的偏析而导致产品脆裂。对于高级管线钢则需要将磷降至100ppm以下,而对于在极寒冷地区使用的管线钢,为防止冷脆,甚至需要将钢中的磷含量控制在50ppm以下。宝钢相继开展了如下的工艺试验:

铁水三脱+转炉小渣量(渣量指数为0.3)冶炼工艺(方式A)

铁水脱硫+转炉大渣量(渣量指数为1.0)冶炼工艺(方式B)

铁水三脱+转炉大渣量(渣量指数为1.0)冶炼工艺(方式C)

转炉预处理脱磷+脱碳转炉中渣量(渣量指数为0.6)冶炼工艺(方式D)

上述4种不同脱磷工艺效果如下:采用三脱铁水少渣量工艺的转炉终点平均磷含量为120ppm;采用通常脱硫铁水的大渣量工艺的转炉终点平均磷含量为100ppm;采用三脱铁水大渣量工艺的转炉终点平均磷含量为66ppm;而采用转炉脱磷预处理铁水+脱碳炉中渣量工艺转炉终点平均磷含量达到58ppm,由此可见,方式C、方式D均为生产超低磷钢的有效工艺。

低氧钢生产技术

在钢中氧含量过高,则角状夹杂物及宏观夹杂物增多,易于发生脆性断裂,而且非金属夹杂物含量过多也影响钢表面质量。

宝钢主要针对IF钢,开展了一系列旨在降低全氧含量,减少夹杂物和防止卷渣的研究,在生产中所采用的措施包括:

采用挡渣出钢,要求使钢包渣层厚度≤70mm。

钢包渣改质:出钢时向钢包表面加入改质剂,降低渣的氧化性。

控制RH中F[O]浓度和纯脱气时间。

采用中间包纯净化技术。

为了防止结晶器保护渣卷入,采用不易卷入的高粘度保护渣。

在连铸操作方面,保持适量的Ar气吹入量和维持结晶器液面稳定。

低氮钢生产技术

钢终氮对冷轧板的深冲性能影响极大,为使冷轧板保持良好的加工性能,钢中的氮含量应尽可能降低;钢终氮含量过高将导致时效硬化、硬度增大而延展性变差。

一般来说,因为RH脱氮能力有限,特别在低氮范围(氮在50ppm以下),脱氮反映几乎中止。因此,降低转炉吹炼终点氮含量和避免钢液增氮是降低钢水的主要措施。

(1)转炉低氮冶炼工艺

从控制入炉原料和吹炼工艺里两方面入手,宝钢开发了转炉低氮吹炼模式:其措施包括控制铁水氮含量和入炉铁水比,优化转炉造渣和吹炼制度等。在采用转炉低氮吹炼模式后,停吹氮可控制在15ppm以下。

(2)防止钢水增氮技术

不同出钢方式对钢水增氮影响很大,氧化状态出钢有利于减少增氮。

板坯连铸中,最大的增氮一般发生在钢包和中间包之间。为此,宝钢除采用中间包覆盖剂覆盖钢水外,在钢包和中间包之间采用长水口,并在钢包水口和长水口连接处采用Ar气和纤维体密封。采用上述措施后可使浇铸过程中的增氮量控制在1.5ppm以内。

通过上述措施的应用,目前宝钢可批量生产[N]≤20ppm的低氮钢。

超低碳钢生产技术

(1)RH脱碳技术

RH脱碳技术主要包括两点:

RH脱碳前最佳成分控制,使之处于最佳范围;

加速RH脱碳技术。

(2)防止钢水增碳技术

经RH脱碳处理的超低碳钢水,一旦脱氧后,就极易增碳。在不少场合,增碳是导致钢水成分出格,成品降级的主要原因。在导致钢水增碳的诸多因素终,炼钢辅材和耐材中含有过量的碳是重要原因。宝钢在此两方面开展了较深入的研究:

开发了高碱度中间包覆盖剂,该覆盖剂具有含碳量极低的特点,有利于减少钢水增碳;

采用低碳高粘度保护渣。降低保护渣中的碳含量(特别是游离碳含量)是避免超低碳钢水增碳的直接、有效方法。此外,适当提高保护渣年度,渣耗降低、液渣层增加、液层中碳向钢液面扩散速度将降低。因此提高保护渣粘度对防止增碳是有利的;

采用无碳钢包耐材。钢包耐材对钢水增碳的影响是巨大的,宝钢所开发的钢包无碳包底浇注料和钢包无碳渣线浇注料不对钢水造成增碳。

宝钢的纯净钢水平

宝钢在纯净钢生产单项技术研究的基础上,以超低碳IF钢和X系列管线钢为对象钢种进行联动试验,开发了批量生产纯净IF钢、管线钢生产技术和管理技术,旨在带动宝钢纯净钢综合控制水平进步,增强产品竞争力。通过科技攻关和技术改造,宝钢目前的产品特别是管线钢和IF钢的有害元素含量得到了大幅度的下降,取样分析表明,铸坯中夹杂物直径小于50μm的99%以上,洁净度得到了大幅度提高。

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