第5讲：中高碳钢的精炼与连铸

1、University Of Science and Technology BeijingUSTBUSTBUSTB1第第5 5讲：讲：中中、高碳钢高碳钢的精炼与连铸的精炼与连铸University Of Science and Technology BeijingUSTBUSTBUSTB21 1 中高碳钢的精炼工艺中高碳钢的精炼工艺精炼处理工艺流程为：精炼处理工艺流程为： 初炼钢水除氧化渣(加渣料造新渣) 加热处理(加热、合金微调、白渣精炼) 真空精炼(脱气、去夹杂) 复合终脱氧净化搅拌浇铸 在上述流程中，涉及到3个主要工艺环节，即加热造渣精炼、真空处理、复合终脱氧及净化搅拌，各环节冶金功能的充

2、分发挥及合理衔接是提高钢液洁净度的保证。University Of Science and Technology BeijingUSTBUSTBUSTB3ASEA-SKF钢包精炼装置的特点之一是可以保持炉内还原气氛，精炼工艺流程保证了在初炼钢水注入精炼包时，避免了氧化渣的进入。造渣精炼的目的就是通过造高碱度、高还原性的精炼渣进一步脱除钢中硫、氧。1.1 1.1 造渣精炼造渣精炼 University Of Science and Technology BeijingUSTBUSTBUSTB4熔渣的脱氧能力取决于熔渣的aFeO，其中对钢液的脱氧反应式为：当以(FeO)替代aFeO时，对各种熔渣可

3、用下式近似计算：University Of Science and Technology BeijingUSTBUSTBUSTB5按上述氧的分配系数公式，只要降低(FeO)，则钢中O也相应降低。熔渣的脱硫反应式为：硫的分配系数：式中(CaO)u为渣中游离氧化钙的质量百分数。当降低渣中(FeO)，即可显著提高脱硫能力。University Of Science and Technology BeijingUSTBUSTBUSTB61.2 1.2 真空脱气真空脱气 钢液中碳脱氧反应式为：平衡常数与温度的关系为：钢液中C、O不高时，上式可转化为：PCO=KCO。University Of Scien

4、ce and Technology BeijingUSTBUSTBUSTB7由于碳的脱氧产物是CO气体，在体系降低压力后，平衡向产生CO的方向移动，使碳的脱氧能力提高。通过计算可知，真空下碳的脱氧能力很强，当气相压力降低至1.013104Pa时，碳的脱氧能力将超过硅，继续降低压力至133Pa时，碳的脱氧能力大于铝。但是，在实际情况下，钢液中碳的脱氧能力随着压力的降低而提高是有一定限度的，因此将真空脱氧的压力控制在10133203Pa即可。University Of Science and Technology BeijingUSTBUSTBUSTB81.3 1.3 硅钙钡终处理硅钙钡终处理金属

5、钙是很好的钢液净化剂，多用于钢液的深脱氧和深脱硫。硅铝脱氧的钢，钢中(O)已很低，一般在510-6左右，此时，钙直接脱氧反应不是主要的，但钙可以与大量存在于钢中的Al2O3发生反应，其反应式为：xCa+yAl2O3=x(CaO)(y-1/3x) Al2O3+2/3xAl2O3University Of Science and Technology BeijingUSTBUSTBUSTB9钙在这些Al2O3夹杂颗粒中扩散，使钙连续地进入铝的位置，置换出来的铝进入钢液。随着钙的扩散，在Al2O3夹杂表面CaO含量升高，当(CaO)25时，钙铝酸盐呈液态，这种含CaO量高的液态钙铝酸盐夹杂物大部分浮

6、出钢液，进入渣层，从而降低钢中的全氧。由于钙在钢中的溶解度较小(仅为0.032，1600)，且易蒸发。在硅钙合金中加入钡，钡本身在铁液中溶解度较小，但钡和钙在液态时可完全互溶，能促进钙的溶解和钙蒸气压的降低，提高钙的收得率。University Of Science and Technology BeijingUSTBUSTBUSTB101.3 1.3 搅拌效果分析搅拌效果分析搅拌对氧化物夹杂的上浮去除产生巨大的作用。在精炼条件下，脱氧过程就是夹杂物的去除过程，可将这一过程看成1个准一级反应，即：式中 Ot 精炼后t时间的氧含量/10-6 V 钢液体积m3 OO 精炼初始时刻的氧含量/10-6

7、 k 钢液脱氧的传质系数/(ms-1) S 钢渣界面积/m2 f 脱氧时间/s因此，精炼时间越长，钢中氧含量越低，即通过有效的搅拌和足够的精炼时间，可以使Al2O3上浮去除，从而降低钢中的氧含量。University Of Science and Technology BeijingUSTBUSTBUSTB111.4 1.4 精炼工艺优化精炼工艺优化精炼过程中，各工艺环节的合理衔接是充分发挥精炼炉的各种功能，提高工作效率和产品质量的保证。从初炼钢水到精炼结束钢中T.O及S的变化过程中，真空处理钢中全氧下降最多，这不仅得益于真空碳脱氧，而且由于在真空处理过程中同时进行吹氩搅拌，钢渣反应面积加大，

8、精炼渣与钢液混冲，产生良好的渣洗反应。脱硫贯穿于整个精炼过程，除了降低(FeO)，提高渣的碱度外，良好的搅拌十分必要，对于只进行加热造渣精炼处理，不真空处理的钢种，为了降低钢中的硫含量，可以增加吹氩搅拌，吹氩搅拌较之于电磁搅拌钢渣混合更好，钢渣反应面积更大。University Of Science and Technology BeijingUSTBUSTBUSTB121.5 1.5 总结总结(1) 加热造渣精炼、真空处理、复合终脱氧这些工艺环节均具有良好的脱氧、脱硫、去夹杂的热力学条件；(2) 通过完善精炼工艺，充分发挥底吹氩和电磁搅拌的冶金功能，创造了良好的动力学条件；(3) 为了提高钢

9、的洁净度，必须控制好精炼的以下几个环节：加热造渣精炼，确保渣中(FeO)0.50；真空处理时间为15 min以上，处理过程适当加大底吹气量；加入Si-Ba-Ca终处理后，必须进行了(1015 min)的净化搅拌；(4) 工艺优化取得了良好的精炼效果。钢中(T.O)平均为14.710-6，(S)平均为0.008、(夹杂)总量为0.023。University Of Science and Technology BeijingUSTBUSTBUSTB132 2 中、高碳钢的连铸工艺中、高碳钢的连铸工艺2.1 2.1 连铸工艺介绍连铸工艺介绍连续铸钢技术，在其发展的历史进程中，由于炼钢技术的条件不同

10、，产品要求的不同（包括成分和产品的尺寸），生产条件的不同（包括厂房高度、生产节奏、工艺流程等）有多种方式。按结晶器类型分，可分为固定式连铸和随动式连铸两种。固定式连铸就是现在钢铁企业在生产上经常采用的以水冷的，底部敞口的铜结晶器为特征的所谓“常规”连铸方式；而随动式连铸方式是指轮带式连铸，双带式薄板坯连铸，履带式连铸和水平式连铸，其特点就在浇铸过程中，结晶器随铸坯一起运动的连铸方式。University Of Science and Technology BeijingUSTBUSTBUSTB14立弯式连铸机立弯式连铸机立式连铸机立式连铸机University Of Science and T

11、echnology BeijingUSTBUSTBUSTB15弧形连铸机弧形连铸机直结晶器弧形连铸机直结晶器弧形连铸机University Of Science and Technology BeijingUSTBUSTBUSTB162.2 2.2 中、高碳钢的连铸特点中、高碳钢的连铸特点中、高碳钢的连铸主要是解决两个问题。一是精炼后获得的 “干净” 钢水在连铸过程中如何防止再污染；二是如何获得结构致密，疏松、缩孔、偏析在允许范围的连铸坯。对于前者主要是控制钢水的二次氧化，减少外来夹杂物的卷入；对于后者主要是控制铸坯的柱状晶和等轴晶比例。University Of Science and Te

12、chnology BeijingUSTBUSTBUSTB172.2.1 2.2.1 浇注温度浇注温度由于连铸坯的中心偏析是发达的柱状晶引起的， 而浇注温度的高低， 又是影响柱状晶生长的重要因素， 如下图所示：过热度T25，柱状晶发达产生中心偏析；T15 ，中心等轴晶区扩大，中心偏析明显减轻；T10 ，中心偏析不显著。控制高碳钢过热度是获得良好内部质量的关键操作，但对小方坯生产组织来说， 存在着一定的难度。University Of Science and Technology BeijingUSTBUSTBUSTB18高碳钢过热度对中心偏析和等轴晶的影响高碳钢过热度对中心偏析和等轴晶的影响Un

13、iversity Of Science and Technology BeijingUSTBUSTBUSTB192.2.2 2.2.2 拉速的影响拉速的影响随着拉速的提高，铸坯在结晶内停留时间变短，从而使钢液凝固速度降低，其结果是铸坯液芯延长，这不但推迟了等轴晶的形核和长大，扩大了柱状晶区，而且发生铸坯鼓肚的危险也随之增加。拉速对铸坯偏析的影响如下图所示，拉速太快， 铸坯中心偏析加重。University Of Science and Technology BeijingUSTBUSTBUSTB20拉速对铸坯偏析的影响拉速对铸坯偏析的影响University Of Science and Te

14、chnology BeijingUSTBUSTBUSTB212.2.3 2.2.3 保护浇注保护浇注 经过二次精炼处理后钢水在浇注过程中，若不采用无氧化保护浇铸，则精炼效果会前功尽弃，因此钢包中间包结晶器全程保护浇铸生产模式在世界各钢厂广泛使用，这些措施的实现，避免了钢水的二次氧化，有效地减少了连铸坯中的夹杂物。其保护浇铸方式为：钢包中间包采用长水口，中间包加覆盖渣，中间包到结晶器之间采用浸入式水口，结晶器采用保护渣。其保护效果：钢包中间包钢水吸氮310-6；中间包结晶器吸氮0.70%(w)时中心等轴晶15%35%；（5） 铸坯中心宏观疏松分散， 偏析减少。University Of Scie

15、nce and Technology BeijingUSTBUSTBUSTB27 台湾中钢使用的 EMS情况，从图中可看出，EMS对减少铸坯缺陷有良好的效果。为了提高高碳钢的质量，减少铸坯的缺陷，国外企业已将上述技术广泛应用在生产中， 其生产技术十分成熟， 钢丝生产已走向专业化。不同方式的不同方式的 EMSEMS对中心偏析的影响对中心偏析的影响University Of Science and Technology BeijingUSTBUSTBUSTB282.2.7 2.2.7 二冷水量二冷水量在其它条件（如过热度、拉速）一定的情况下，对中、高碳钢连铸二次配水有两种观点， 一是抑制柱状晶生长，采用弱冷，比水量0.30.7L/kg，铸坯形成的中心疏松、偏析采用 EMS或轻压下来解决；二是采用高压水强冷 （比水量可达到 23L/kg）促进柱状晶生长以减轻铸坯中心缺陷。在高碳钢（C=0.8%）采用强冷后轧制的11mm线材上，由渗碳体所表面的碳偏析几乎消除。目前广泛采用的二冷还是以弱冷为主， 对于小方坯连铸中、高碳钢，采用比水是一为1.42L/kg+EMS，铸坯内部组织致密、中心疏松、偏析小。University Of Science and Technology