连铸板坯的高洁净化技术

1、连铸板坯的高洁净化技术 近十几年来，由于用户对薄钢板的质量要求越来越高，对用于生产薄钢板的板坯质量要求也越来越苛刻。国内外许多钢铁企业为此投入了大量的人力、财力，进行了大量的技术开发。川崎钢铁公司的千叶、水岛两厂为了能够高效、高质量地生产板坯，进行了持续地钢水高洁净化生产技术、缺陷极少的连铸板坯生产技术的开发研究。从铁水预处理到连铸主要进行了以下的技术开发： ·铁水预处理技术的改善； ·炉渣组成的适宜化； ·二次精炼工艺的最佳化； ·防止中间包钢水的二次氧化； ·结晶器内钢液流动控制。 采用这些技术后，近10年间板卷的缺陷率降低到原先的1/10

2、。下面对这些技术作简要介绍。1.铁水预处理 在千叶、水岛的两个钢铁联合企业中，炼钢采用约98%的高铁水比，享受着长寿命的大型高炉的廉价丰富的铁水。为有效利用这种高铁水比所具有的富余热量，几乎全量采用脱磷率高的喷吹氧化铁的铁水预处理，降低了总的冶炼成本。 铁水在高炉出铁沟使用氧化铁预脱硅，除去脱硅渣后，在鱼雷车中喷吹氧化铁，实施全量脱磷处理。然后，喷吹Na2CO3或CaO系熔剂进行脱硫处理。铁水磷含量由约0.15%降低到0.02%0.05%左右后，用转炉进行脱碳。由于铁水预处理率的提高，转炉磷污染的减少，转炉冶炼稳定，进一步降低熔剂的成本成了现实。另外，由于转炉渣中磷含量的降低，转炉渣就可全量用

3、于烧结工艺中，有效地回收利用其中的Fe、CaO，可以使炼铁、炼钢过程中的渣量大幅度的减少。2.炉渣组成的适宜化 通过铁水预处理，由于转炉中脱磷负荷减轻，转炉中CaO使用量减少了，结果可减少到约16kg/t。通过采用热力学计算软件Chem-Sage的探索，减少过量地使用了未熔化的CaO，促进脱磷用CaO效率的提高，同时进行了含Al2O3、MgO渣组成的适宜化。进一步随着装入转炉中铁水的硅、磷浓度的降低，结果使流入钢包中的渣量及渣中磷浓度也减少，防止渣中磷向钢液中迁移(回磷)和用铝灰进行钢包渣的还原处理成为可能。由此，降低钢液洁净度的Al2O3系夹杂物的生成源，钢包渣中的(T.Fe)获得了大幅度地

4、降低，提高了钢液洁净度。3.二次精炼RH脱气装置进一步导入氧气顶吹装置(RH-KTB)后，提高了脱碳和热补偿功能，结果在冶炼极低碳素钢时，可以大幅度地提高出钢碳的含量及降低出钢温度。采用KTB可防止RH中的温度降低，结果使转炉的出钢温度约降低了26。这样转炉在冶炼极低碳素钢中的脱碳及升温的负荷降低了，结果转炉精炼可防止过氧化，转炉耐火材料、铁合金等消耗也可降低。表1列出了千叶钢铁厂转炉冶炼极低碳素钢(100×)时的转炉出钢温度、(T.Fe)、Al的单耗的例子。表1 千叶钢铁厂冶炼极低碳素钢时的平均值出钢温度1626出钢时0.035%出钢时467×10出钢时(T.Fe)11.

5、3%吨钢铝耗量1.39kg/t进一步利用KTB的功能，在极低碳素钢冶炼中也能够对RH处理前，用铝灰进行钢包渣的还原处理。由此，在极低碳素钢冶炼中，通过降低渣中的(T.Fe)，可提高钢液的洁净度，可大幅度地降低薄板表面缺陷。 根据汽车等用冷轧薄板的加工性高要求，进行了将极低碳素钢的碳浓度由20×进一步降低的试验研究，探索了以下那样为增加脱碳常数的反应工艺措施。表2 水岛钢铁厂RH脱气的设计参数与脱碳常数No.2RH 普通真空室No.2RH 新真空室No.4RH 普通真空室D(m)0.61.00.60.75Q(t/min)12024090180A(m2)3.55.15.14.9Kcalc

6、(min-1)0.18(Base)0.300.190.26Kabs(min-1)0.180.310.180.24在水岛钢铁厂No.2RH中，实施了大幅度地扩大脱气真空室及环流断面积的实验。No.2RH及No.4RH上的实验条件如表2所示。其中，d为浸入管内径(m)，A为下部真空室的断面积(m2),Kcalc为脱碳常数的计算值，Kabs为脱碳速度的实测值。图1表示用No.2RH通常的下部真空室(d=0.6m,A=3.5m2)和新型的下部真空室(d=1.0m, A=5.1m2)的场合与No.4RH(d=0.75m，A=4.9m2)的场合的碳浓度变化。d和A同时都大的新型下部真空室的脱碳速度要比普通

7、的下部真空室的脱碳速度大，在处理时间20min时可获得(612)×的碳浓度。而d和A位于No.2RH普通的下部真空室和新型的下部真空室的中间的No.4RH,其脱碳速度常数如表2所示，处于两者的中间，达到的碳浓度也在两者之间。根据这些结果得到的装置设计依据，千叶、水岛两钢铁厂进行了增强RH的能力，就可大量地生产<20×的极低碳素钢。另外，在脱碳反应停滞的极低碳区，为了促进其反应速度，研究了喷吹氢法。图2表示喷吹氢和普通的RH法的到达C浓度的比较。由图可见，处理时间20min左右<10×的脱碳是可能的。在普通的RH中<20×时，钢液中CO气

8、泡生成由于停滞，脱碳速度显著降低。但是，喷吹氢法中吹入到环流管中氢的一部分溶解于钢中，且在真空室内从熔钢中容易发生气泡，浓度即使小于20×，脱碳速度也只轻微降低。4.中间包热循环和钢液再氧化的防止 水岛钢铁厂第4号连铸机上采用了中间包热循环，中间包内的残钢放出后，通过2台连铸机的中间包的交互使用，中间包可以实现不要维护保养或修理。该场合下准备中的中间包在加热时，由于沾挂着的冷钢的氧化而生成FeO,恶化了浇铸初期的板坯洁净度。为了克服此问题，川崎制铁公司开发成功氮气喷射加热器。图3表示氮气喷射加热器的示意图。氮气通过加热器A或加热器B的热交换，被加热到1500。在情况1下，加热器A的蓄

9、热体通过LDG和COG的混合气体加热，该期间纯氮被送到已被加热了的加热器B的蓄热体，且继续被加热。加热了的氮被送到中间包。情况2时，反之氮气被加热器A加热，加热器B的蓄热体用氧化燃烧器加热。这样通过情况1和情况2的约每100s反复交换，即便待机20h，也无再氧化。另外，热损失也与气体燃烧器等同，中间包可保温在约900。图4表示头一块和第二块板坯的热轧板卷的表面缺陷比较。采用氮喷射加热器，表面缺陷得到了大幅度降低。5 结晶器内钢液流动控制为了解决传统的EMBR(电磁制动)的问题，该公司开发成功新型电磁制动FC模型(流动控制模型)。FC模型与传统的EMBR不同：结晶器整个宽度上拥有二对直流线圈，在

10、宽度方向上产生均匀的磁场。上部磁极使弯月面部的钢液流速或变动减少，防止结晶器保护渣的刮入或涡流卷入。另外，下部磁极降低流向铸坯内部的下降流速，从而减少夹杂物侵入板坯内部。 由于采用FC模型，在高速浇注中也可与传统法相比，表面缺陷发生率减少了(见图5)。另外，磁粉探伤(MT)缺陷也可大幅度地降低(见图6)。其次，对使用FC模式的表面缺陷降低的机理也进行了探讨。通过模型实验，查明了钢液速度变动对保护渣卷入钢液中有很大影响。采用FC模式，保护渣缺陷的减低被认为是由于磁场作用，减少钢液的速度变动的结果。 再次，在水岛钢铁厂No4号连铸机，连铸机与热轧厂热坯采用无人搬送台车连接，火焰切割、板坯堆集、板坯搬运、装入加热炉完全自动化。连铸机加热炉间的搬运所需时间为2.5min，移动强车减少了板坯在输送中的温降，同时设计时考虑了可以耐高温、高频率的使用条件。图7表示火焰切断后经过时间的板坯温度变化。采用本设备，被装入加热炉的板坯温度可确保850以上。另外，为了中碳钢的达成DHCR，根据防止内部裂纹的观点， 在矫直部为避开脆性温度区域，控制停止角部的气雾冷却或板坯的表面温度。结果抑制了中碳素钢的表面裂纹，达到了90%的DHCR率，以DHCR为对象的No.4加热炉的燃料单位消耗可降低200MJ/t。 通过上述技术以及通过浸入水口，保护渣的高粘度化等改善，如图8所示，冷轧板