纯净钢生产工艺及其应用

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1、纯净钢生产工艺及其应用 由于更广义的纯净钢是脱除了不希望有的溶质元素的钢种，这类代表性钢种要求的这类溶质元素的含量及其生产流程。重点是有害氧化物夹杂的纯净化。纯净钢生产工艺的基础理念是控制夹杂物的数量、尺寸、分布和种类，求得所希望的产品性能。主要技术来自氧气冶炼，脱氧和二次精炼，通过合理设计和采用磁场控制中间包和结晶器内流场，也采用各种措施防止外来夹杂，如防止炉渣进入大包，防止炉渣、保护渣、耐火材料使钢水二次氧化。然后根据IISI的纯净钢工作小组最近的报告总结了世界纯净钢生产的概况。最后讨论了纯净钢的特性、使用效果和钢中夹杂物物化性能的关系和经济可行性。广义的纯净钢也包括脱除了碳、氮、氢、

2、磷和硫的钢种。脱氧产物是内在氧化物。来自耐火材料、炉渣、保护渣及由它们造成的二次氧化产物属外来夹杂物。这些夹杂物的不良作用必须消除，以求所需的钢材性能。1纯净钢生产工艺的基础理念为了达到钢材性能，可以用氧含量代表的氧化物夹杂总量和夹杂物的尺寸必须控制。轴承钢和弹簧钢的总氧含量影响其疲劳寿命。在DI罐生产过程中，大颗粒夹杂会造成开裂，降低深冲性。汽车板生产过程中，板坯的皮下夹杂物和针孔必须消除，不然会在板材表面造成起皮。对钢丝的拔制性讲，生产轮胎钢丝(子午线)或不锈钢钢丝的小方坯中夹杂物必须控制其化学成分使其可以变形。这些就是纯净钢生产工艺的基础理念。2纯净钢生产的主要技术和应用这些技术后纯

3、净钢的物化特性2.1降低氧化物夹杂总量在精炼领域，与顶吹相比，采用顶底复吹转炉在相同脱碳量时氧含量更低。这是因为底吹强化了碳的传输。采用RH和DH真空脱气，在相同碳含量时可降低氧含量。可用无渣出钢和钢水脱氧后用铝或铝粒降低炉渣的氧位，尽量减少大包内顶渣造成的二次氧化。连铸方面用电磁方法AMEPA，在大包钢渣开始进入中间包时就检测出来并关闭塞棒就可减少钢渣进入中间包的量。在中间包上采用保护措施可减少顶渣造成的二次氧化。中间包和结晶器保护渣应防止钢水与空气直接接触。2.2减少大颗粒夹杂如60t的大容量中间包和H形中间包，前者可促进大颗粒夹杂长时间逗留，而后者则在浅熔池情况下使夹杂物向顶渣上浮而

4、被除去。直弯型连铸机与弧型相比也更有利于大颗粒夹杂在结晶器内脱除。在板坯厚度方向上采用静态磁场，即所谓LMF(液面磁场)，使浸入式水口两个孔的钢流出口速度下降，结晶器窄面的下降钢流减弱，使下降钢流的终点位于更浅的位置，结果使大颗粒夹杂上浮至洁净器顶渣的几率增加，不然就会造成内部缺陷。控制结晶器液面，选择最佳的结晶器保护渣和控制结晶器内流场可最大程度减少结晶器保护渣的卷入。2.3降低板坯表面及皮下夹杂物采用结晶器电磁搅拌(EMS)就感应形成平行于板坯表面的水平钢流。这种钢流向夹杂物施加Safman力，使夹杂物与生长的初始坯壳分离。当粘性拉力与Safman力共同作用，最终使夹杂物速度大于初始

5、坯壳的生长速度时，夹杂物就不可能为生长的坯壳所捕获，即EMS感生的钢流把夹杂物洗刷出去了。直径100μm的夹杂物可用速度为0.3m／s的水平钢流洗刷掉。在电磁连铸中(EMC)，在结晶器外水平绕一线圈，并通以交流电。垂直磁场和铸件内感生的水平方向的次级电流相互作用产生的劳伦兹(Lorenz)力即使交流电流方向改变也总是向内的。这样，对初始坯壳总形成一个束紧的力，并支撑着坯壳，初始坯壳与结晶器表面间的间隙就增大，从结晶器吸收的热量下降，实现了缓冷。由于较低的冷却速度，初始坯壳不会在弯月面上形成，因结晶器振动而产生的结晶器－坯壳间隙的压力波动就因间隙增大而减小。结果就可防止生成振痕和钩痕，从而也

6、防止了钩痕卷入夹杂物和气泡。用EMC可大大减少板坯表面10mm深度内的夹杂物数量。这是JRCM电磁连铸项目的研究成果之一。对2.2和2.3提到的中间包和结晶器流场控制以去除夹杂物来讲，计算电磁流体动力学研究是必不可少的。2.4控制夹杂物化学成分耦合析出模型分析凝固微观偏析时考虑了溶质向固体的反向扩散。假设剩下的液体内达到局部热力学平衡，包括夹杂物的析出。这个模型可模拟凝固时夹杂物化学成分的变化，曾用于控制奥氏体不锈钢的氧化物夹杂。当固体分数为0.5时，代表钢中氧含量的氧化铝、氧化硅含量计算值与观察结果很好相符。两种结果都指出，当钢中总氧量从40ppm增至80ppm时，氧化铝含量急速下降而氧

7、化硅含量大大增加。在总氧量为40ppm的钢中，即使在高温下，夹杂物中大都是坚硬的结晶相，为氧化铝和MgO?Al2O3尖晶石，这些夹杂物是不能变形的。而在总氧量为80ppm的钢中，在1200℃时液态相占夹杂物的80%，这些夹杂物被认为是可以变形的。根据这一发现，成功地开发了一种可拔丝的奥氏体不锈钢。对轮胎钢丝也作了类似的分析。对控制夹杂物化学成分来说，计算热力学是很有用的。3世界纯净钢生产概况国际钢铁协会组成了一个纯净钢工