洁净特殊钢生产工艺技术课件

1、Northeastern University洁净特殊钢生产工艺技术姜周华东北大学2008年10月，莱钢2008莱钢学术年会 目 录现代特殊钢生产的进步及发展趋势特殊钢的质量和生产特点特殊钢洁净度控制轴承钢为例特殊钢连铸关键技术电渣生产特殊钢新技术非合金钢低合金钢合金钢普通质量非合金钢优质非合金钢特殊质量非合金钢普通质量低合金钢优质低合金钢特殊质量低合金钢优质合金钢特殊质量合金钢粗 钢不锈钢特殊钢特殊钢与合金钢1 现代特殊钢生产的进步及发展趋势(1)专业化分工越来越细（八种类型）生产航天工具用合金钢（包括军工等特殊质量要求高的品种）的钢厂不锈钢板带厂（太钢宝钢不锈、张家港浦项、酒钢等）不锈钢型

2、材管线厂（长城宝钢特钢大钢等）轴承钢弹簧钢和合金结构钢厂（东特本钢兴澄 大冶等）合金工具钢高速工具钢和高强度钢厂精密合金厂合金钢线材及钢丝厂钢铁联合企业中兼产大型合金钢材的分公司(2)特钢增长方式提升产业集中度 在政府导向和市场配置下，目前已形成三大特钢企业集团：东北地区：东北特钢集团华东地区：宝钢集团 宝钢特殊钢华东-中南地区：中信泰富 兴澄-新冶钢-石钢集团1 现代特殊钢生产的进步及发展趋势东北特殊钢集团汽车工业用钢棒材抚顺轴承钢棒线材北满，大连工模具钢抚顺和北满不锈钢棒线材大连特种合金抚顺和大连特殊钢精加工产品 (剥皮 磨光 冷拉棒材 钢丝) 大连北满抚顺大连 宝钢特钢五钢公司浦钢公司特

3、钢分厂上海钢研所的特钢长材、扁平材二钢公司的金属制品进行重组整合不锈钢长型材合金钢棒材高合金钢型材合金板带金属制品 精密冷带 特殊钢管 银亮材宝钢特钢不锈钢长型材生产线高合金钢型材生产线 合金钢棒材生产线 环环市场境境业行银亮材金属制品合金板带生产线 特殊钢管精密冷带宝钢特钢中信泰富兴澄特钢新冶钢集团石钢+高合金钢品种高级汽车用钢轴承钢军工配套材料中低合金钢品种轴承钢齿轮钢合金弹簧钢合金钢管坯优质碳素钢汽车用钢1 现代特殊钢生产的进步及发展趋势(3)质量性能高级化稳定化；品种多样化、制品化钢种：1000多个类型：板带管线棒型钢质量：标准越来越严格，国外许多著名厂家均有更严格的内部标准制品化：满

4、足用户需求，提高产品附加值1 现代特殊钢生产的进步及发展趋势(4)冶炼设备大型化高功率化和自动化 目前大多数新建电炉在50150t之间，且均为UHP电炉，采用二级或三级计算控制 冶炼工艺发生较大变化，电炉只作为熔化器（精炼任务移至炉外） 现有小电炉5-30t通常用于合金钢，批量较高品种，而且往往后步工序采用特种熔炼设备（ESR、VIM、VAR等）(5)转炉生产合金钢的比例增大转炉法特点：生产率高，钢中气体、 杂质（特别是残余元素）含量低，有利于连铸机配合，生产成本低日本美国、欧洲等许多国家转炉法生产的合金钢占转炉钢总产量的10以上主要品种：电工硅钢工业纯铁合金钢、不锈钢等转炉生产特殊钢已成为发

5、展趋势国外尤其是日本采用转炉流程生产特殊钢： DeS-BOF-LF-VD/RH-CC 石钢、鞍钢、包钢、武钢： BOF-LF-VD-CC 攀钢、本钢、兴澄、邢钢： BOF-LF-RH-CC高炉转炉轧制焦化烧结LFRH连铸产品转炉精炼大方坯特殊钢生产线1 现代特殊钢生产的进步及发展趋势(6)炉外精炼技术基本普及与UHP电炉、转炉配合实现全连铸生产，尤其是实现多炉连浇合金钢的质量显著改善，生产成本降低；例如轴承钢氧化物夹杂含量、合结钢的发纹白点层状断口减少(7)合金钢连铸比不断提高连铸有利于提高合金钢质量提高生产率降低成本由于钢水精炼，连铸机装备水平提高，使得极大部分合金钢均可实现全连铸大断面的大

6、方坯合金钢连铸机已成为发展趋势国内外部分大方坯炼钢连铸生产线厂家流程形式断面尺寸/mm生产钢种1山阳姬路90t EAF-LF-RH-CC立式3流370470轴承钢、不锈钢2大同知多70t EAF-LF-RH-CC弧形2流370480调质、轴承、合结、不锈3大同涩川70t EAF-LF-RH-CC立式4流3704804爱知80t EAF-VSC-LF-RH-CC弧形2流185320、370480工具钢、轴承钢、不锈钢5神户铁水预处理-60t BOF-精炼-CC弧形2流300430轴承、合金结构、弹簧6川崎铁水预处理-BOF-钢包精炼-真空脱气-CC4流4005607住友小仓KR-70t BOF-

7、VAD/RH-CC410560/300400轴承、合结、弹簧、易切8住友和歌山70t、160t BOF410560轴承钢9新日铁室兰TBM-270t BOF- RH-CC350560轴承、合结、弹簧、易切10日本钢管福山立式轴承钢11新日铁光150150,150,170,210,240,270轴承钢、不锈钢12高周波EAF-ASWA-SKF轴承钢13JFE西日本制铁所铁水预处理-BOF-RH-CC400560/300400轴承钢14NKK京滨制铁所铁水预处理-BOF-真空除渣钢包精炼-RH-CC轴承钢日本部分大方坯炼钢连铸生产线1 现代特殊钢生产的进步及发展趋势(8)后步工序（轧制锻造热处理）

8、的技术不断完善1）控制轧制和控制冷却技术已普遍用于高强度，高韧性钢板的生产2）直接淬火和控轧技术相结合正在成为调质型高强度钢的主要生产方法3）冷锻技术 提高金属收得率高性能高强度、高韧性、长寿命低成本低合金含量和低工艺成本高精度高形状尺寸精度和表面质量绿色化易于回收和利用、可持续发展2 特殊钢的质量和生产特点2.1 特殊钢的质量特点由于特殊钢大多用于比较重要的场合，因此对性能要求严格特殊钢质量涉及冶炼铸造加工热处理等各个工序从冶金学观点看，就是如何保证成分和组织结构不同钢种，有不同的质量要求，也会出现不同的质量问题2 特殊钢的质量特点和生产特点2 特殊钢的质量特点和生产特点2.2 特殊钢的生产

9、特点品种、规格多生产方法多 电弧炉、转炉、平炉、感应炉、真空感应炉、电渣炉真空自耗炉、电子束炉等。目前以电弧炉为主，转炉成为电炉的主要竞争对手。特殊用途采用特殊熔炼设备普遍采用二次精炼工艺连铸技术 例：轴承钢 UHP电炉+炉外精炼+大方坯连铸 复吹转炉+炉外精炼+大方坯连铸生产流程复杂。冶炼浇铸之后的加热轧锻热处理等后步工序多，需要专用的设备和生产线。3. 特殊钢洁净度控制 以轴承钢为例日本轴承钢的生产状况国内轴承钢生产企业工艺流程特殊钢转炉冶炼技术特殊钢转炉/电弧炉出钢关键技术低氧钢和夹杂物控制的精炼技术3.1 日本轴承钢的生产状况 厂家T.O/ppmTi /ppmAl /%S /%P /%

10、山阳5.4/5.814150.011-0.0220.002-0.013神户9150.016-0.0240.00260.006爱知7150.030.0020.001和歌山612高周波5200.0150.0070.008NKK京滨制铁所7.515大同知多5 轴承钢作为特殊钢中的高洁净钢种，其产品质量水平可以代表各厂的实际生产工艺和技术水平。 轴承钢的生产共同特点(1) （1）设备大型化由于大容量的电炉或转炉提供初炼钢水，减少了钢水与耐火材料之间的接触，大大提高了生产率，降低了生产成本。（2）除渣为了冶炼出氧含量很低的轴承钢，必须把带有氧化反应的熔化过程与精炼过程分开进行。国外普遍采用无渣出钢、真空

11、吸渣和换钢包除渣等技术，将氧化渣彻底扒除。（3）铝脱氧如果只采用真空脱碳、脱氧，钢中的氧含量高达20ppm以上。因此为了提高钢的洁净度，必须在精炼前预先用铝沉淀脱氧。 轴承钢的生产共同特点(2)（4）长时间搅拌真空和非真空条件下长时间搅拌，促进夹杂物充分上浮；为了保证长时间搅拌，精炼炉必须具备加热功能，以补偿其温降。如果生产氧含量小于10ppm的轴承钢，至少搅拌30min以上。（5）高碱度渣精炼一般将精炼渣碱度控制在46之间。（6）连铸由于轴承钢的碳含量高，生产的铸坯容易产生偏析、缩孔和裂纹等缺陷，加之轴承钢对非金属夹杂物和碳化物的要求严格，所以轴承钢的连铸较为困难，采用M-EMS、F-EMS

12、和轻压下技术是有效的解决途径。 日本神户 采用高炉铁水预处理氧化顶吹转炉排渣钢包精炼（带电磁搅拌、真空脱气）二流连铸进行轴承钢的生产，其钢中氧含量达到4ppm，钛含量达到7ppm。超纯净钢的疲劳寿命比普通材提高几倍。 川崎制铁 铁水预处理脱磷后，通过转炉顶底复合吹炼，把终点碳控制在0.9%，采用挡渣出钢技术尽量使渣不流入钢包中。在钢包内添加渣料，吹入氩气进行强搅拌，再在RH炉中进行大循环量的脱气，使非金属夹杂物充分上浮，提高钢的洁净度。然后实施密封连铸，铸出400560mm断面的铸坯。 日本山阳 高功率电炉初炼(90-150吨)EBT出钢LFRHCC/IC（立式连铸坯断面尺寸为370mm470

13、mm）均热初轧机开坯钢坯清理行星轧机、连轧精轧无损在线检测连续炉球化退火检验入库。采用SNRP（Sanyo New Refining Process）工艺生产轴承钢中T.O5ppm ，钢中氧化物夹杂达到11m以下，其接触疲劳寿命比普通轴承钢的寿命大幅度的提高。 SNRP超纯净轴承钢生产工艺特点 （1）EBT出钢，防止炉内氧化渣进入钢包中。（2）LF精炼大于45分钟，采用高碱度（CaO/SiO2=45，最高7.2）、低氧化性（TFe为0.3-0.6%）精炼渣及铝脱氧，底部双透气砖的吹氩气搅拌（100125 W/t），强化脱氧、脱硫、去除夹杂效果。（3）RH在66.7Pa下处理2030min，甚至

14、大于40min，进一步脱氧、脱氢、脱氮及去除夹杂，完成成分微调。酸溶铝经LF、RH后在0.015%以上。（4）全封闭连铸，防止大气污染，如中间包吹氮或吹氩保护，使包内气氛中氧含量小于0.1%，并采用长水口保护浇注。（5）采用结晶器液面控制及电磁搅拌技术，改善铸坯组织和质量。 使用该工艺，全氧5ppm。连铸材比模铸材平均可降低2.6ppm。连铸钢和模铸钢的B类夹杂物的级别分别是0.06和0.4级，前者为后者1/7，D类夹杂物分别为0.06和0.8级，前者为后者的1/13。钛含量多在20ppm以下。 日本大同特殊钢 大同知多工厂开发出 MRAC-SSS（Multi-function Refinin

15、g & Advanced Casting-Special Solution & Soaking）工艺生产超高纯净轴承钢。利用MRAC-SSS工艺生产的轴承钢达到如下水平：T.O5ppm，可以低到3.4ppm，Ti5ppm，N30ppm，并且可以得到极细小的氧化物夹杂和Ti的夹杂物。采用MARC工艺后，钢中未发现大于7.5m的Al2O3氧化物夹杂，并且钢中几乎不存在CaO-Al2O3系夹杂物。钢中Ti的夹杂物含量也很少，并且很细小。采用新工艺生产的轴承钢的疲劳寿命比传统的精炼工艺生产的轴承钢寿命可提高25%以上。 大同特殊钢工艺特点 （1）使钢液实现低O化电炉出钢时去除100%氧化渣，LF炉用C

16、aO-CaF2造渣，并用Al终脱氧，然后在RH炉中采用非常高的真空度，并进行长时间脱气处理，实现低O 的目的。严格控制钢水再氧化，在整个浇铸阶段实现保护，在全封闭的中间包中进行连铸，通过低O化工艺和保护性浇铸达到T.O5ppm。（2）促进夹杂物上浮精炼时在RH炉中通过确保循环时间促进夹杂物的上浮分离;在连铸过程中通过中间包内配备合适的堰坝促进夹杂物上浮分离，再釆用立弯式连铸机、圆形结晶器内的电磁搅拌以及适当的铸造速度，即可以使夹杂物在结晶器内上浮分离。（3）减少Ti系夹杂物严格选用低Ti含量的废钢及炉料，电炉炼钢时在氧化期想法把Ti作为TiO2氧化物去除钢中的Ti，在LF炉中采用适当的炉渣组成

17、进行脱Ti。降低钢中N含量很重要的，在LF炉彻底去除钢中的S和O有利于去除N，在RH炉中充分保证搅拌时间和脱氧时间有利于脱N反应，确保钢中N达到30ppm以下。由于钢中Ti和N的含量的降低，保证了钢中具有低含量的钛的夹杂物。爱知钢厂 80t EAFVSC（真空除渣）LFRHCC特点是在强化脱氧的过程中，强化脱磷、脱硫和精炼操作，酸溶铝含量达到0.03%。其技术关键是在初炼、精炼过程中尽量降低钢中氧含量并在连铸中放置钢液的二次氧化。在EAF电炉上进行喷粉脱磷操作，使初炼炉钢水P50ppm。在LF中，采用高碱度炉渣，炉渣碱度(CaO+MgO)/SiO22.85，要求（TFe+MnO）0.8%。采用

18、双透气砖吹氩气，氩气流量为6001000l/min，搅拌功率100-200W/t。当脱硫要求高时，从钢水顶部适量喷吹85%CaO-15%CaF2渣料，使钢水硫含量迅速降至10ppm。依靠RH真空脱气和进一步脱氧，而后重复在LF炉中的处理，进一步去除大颗粒夹杂和进行温度、成分调整。连铸采用低温、低速浇注，防止来自大气和耐火材料的二次氧化。通过低硫和磷含量（S0.002%、P0.01%），减少铸坯的宏观偏析和硫化物含量。采用上述工艺后，该厂的轴承钢全氧含量7 ppm。3.2 国内轴承钢生产企业工艺流程兴澄特钢：370470mm，BOF-LF-RH-CC 兴澄特钢：轴承钢T.O平均7ppm，Ti35

19、ppm350470 3.3 特殊钢转炉冶炼技术合理的成渣路线，保证在终点低氧位条件下高效脱磷高碳低终点低氧位控制技术动态控制模型合理的复吹工艺转炉冶炼与钢水洁净度复吹效果与碳氧浓度积转炉终点控制与钢水氧含量钢水氧含量与钢水洁净度转炉下渣与钢水洁净度出钢脱氧合金化与钢水洁净度辅助材料(渣料、增碳剂）与钢水质量 转炉终点CO=0.00220.0028(平均0.0025)，若终点C0.1%，终点O低于250ppm。则脱氧剂用量少，生成的夹杂物总量也明显减少。 2Al + 3O = Al2O3 54 48 102 A 150*O B若 O=500ppm，A=84.38kg，B=159.38kg若 O=

20、250ppm，A=42.19kg，B=79.69kg 因此，采用高碳低氧位出钢控制技术 轴承钢终点C0.1%，探索C0.10.3%高碳出钢技术转炉终点碳控制终点C-O关系 保证钢包周转和烘烤时间，确保红包出钢（不低于1000 ，目标1200） 钢包无残钢、残渣 底吹氩透气性良好 添加优质引流沙，确保自开率 3.3 特殊钢转炉/电弧炉出钢关键技术 钢包准备对转炉/电炉出钢下渣进行严格控制，出钢加入改质剂，实施炉渣强改质 1）确保下渣量50mm 2）采用出钢改质剂工艺，加入量5kg10kg/t：改质目标：碱度(CaO/SiO2)4，(FeO+MnO)2%(使钢包顶渣接近白渣或灰白渣)，获得流动性好

21、的顶渣状态 3）出钢全程底吹氩出钢增碳、脱氧合金化技术进行开发 注意合金渣料加入时机和顺序，使用低氮增碳剂3.3 特殊钢转炉/电弧炉出钢关键技术 优化出钢过程工艺技术3.4 低氧钢和夹杂物控制的精炼技术高效炉外精炼技术（LF和RH）脱氧技术及脱氧制度炉渣精炼技术夹杂物控制及变性处理技术，包括真空下混合或吹氩搅拌促进夹杂物上浮技术对几种典型轴承钢精炼渣系的计算分析 轴承钢精炼渣系的成分几个主要结构单元的作用浓度 工艺制定造渣制度确定精炼渣对脱氧的影响比较 铝沉淀脱氧在还原性条件下，可将铝脱氧反应写成下式：2Al + 3O = (Al2O3) 平衡常数K是温度的函数，当温度和钢水中酸溶铝含量确定时

22、，反应平衡时钢水中溶解氧含量还与渣中Al2O3活度有关，从热力学的角度讲，Al2O3活度越小，越有利于降低钢水中的溶解氧含量。 日本山阳渣系的Al2O3活度值最小，而东大渣系最大。因此，山阳渣系最有利于降低钢中的溶解氧。因此，从热力学上考虑，进行炉渣选取应注意在满足其它要求的同时，似乎应尽量选择低（Al2O3）作用浓度的渣系。 工艺制定造渣制度确定精炼渣对脱氧的影响比较炉渣中的二氧化硅被钢中铝还原的反应为：4Al + 3(SiO2) = 2(Al2O3) + 3Si G-668590+113.469T，J/mol 应用上式，在1823K条件下，分别将A厂、B厂、山阳以及东北大学建议的炉渣组元作

23、用浓度带入可得： AB山阳实验G，J/mol-86196 -87719 -50418 9445 钢中的酸溶铝AlS不会还原渣中的（SiO2），这时（SiO2）不会成为供氧源。 工艺制定造渣制度确定点状夹杂的控制能力 钢水真空精炼过程中，炉渣中的CaO被钢中碳还原的反应为： (CaO) + C = Ca + CO(g) G1 =G10 + RTlnK0 其中， 工艺制定造渣制度确定在pCO=100Pa条件下，温度分别为1873K、1823K和1773K时，钢中aCa和a(CaO)之间的关系为： 影响钢水中的碳还原炉渣中（CaO）的主要因素是温度和炉渣中（CaO）的活度，随着温度和炉渣中的（CaO

24、）活度的升高，钢水中钙含量增加，从而增加了点状夹杂的生成可能性。 工艺制定造渣制度确定点状夹杂的控制能力 另外，钙在钢中的溶解度非常低，而蒸汽压很高，会出现如下的反应： Ca = Ca(g) 反应平衡时有 虽然本项目采用高碱度精炼渣，但真空精炼后，控制钢中Ca10ppm，则仍可有效控制钢中点状夹杂物。精炼渣系选择工艺制定造渣制度确定东北大学建议某厂渣系控制范围炉号化 学 成 分 / %CSiMnPSAltCrTiCaNiA0.980.270.350.0110.0020.021.480.00300.00060.015B0.980.260.360.010.0020.031.520.00200.00

25、040.010MoCuAsSnSbPbONHA0.0010.010.00030.00030.00030.00030.00050.00200.00007B0.0010.010.00030.00030.00030.00030.00060.00250.00006东北大学建议某厂渣系使用结果精炼渣系选择工艺制定造渣制度确定东北大学建议某厂渣系使用结果钢种规格A粗A细B粗B细C粗C细D粗D细GCr151200.51.00.50.50000GCr151200.51.00.50.50000GCr151200.51.00.50.50000GCr151200.50.50.50.50000GCr151200.50

26、.50.50.50000GCr151200.50.50.50.50000 轴承钢中Ti的行为在钢中O10.510-6，轴承钢中就会有TiN生成。 因此，必须严格控制钢中的Ti和N含量。 如果在炼钢过程钢液中溶解的钛、氮含量较高时，有可能形成固态氮化钛，同时也可能生成钛的氧化物和碳化物，通过热力学计算可以判断在不同的热力学条件下钛的化合物的生成类型。轴承钢中Ti的行为控制工艺制定成分控制 资料报道，氮化钛析出温度：logK =logTiN=16189/T+4.72，若能在降低钛含量的同时，降低氮含量，则可降低氮化钛的析出温度，氮化钛的析出倾向将随之减少。轴承钢中Ti的行为控制国内外厂家轴承钢中钛

27、含量 通过对冶炼过程Ti的热力学计算可知： 1）要实现脱钛，应尽可能在高氧位时加入含钛合金在转炉内或出钢前期 2）为获得低钛轴承钢，应控制转炉下渣量小于5kg/t钢 3）采用低钛铁合金 工艺制定成分控制搅拌强度及时间： LF加热阶段：3050W/t 脱硫期间：300500W/t 合金化后：100200W/t 搅拌3min 软吹期间：3050W/t 搅拌时间15min搅拌能为： =28.5Q/WTlog（1+Z/148） 式中：搅拌能，W/t； W装入量；t； Q底吹氩气流量；m3/min； Z熔池钢液深度；cm。均匀混合时间 : =K0.4 工艺制定吹氩制度高效炉外精炼工艺技术搅拌制度4 特殊

28、钢连铸关键技术 与普钢连铸相比，特殊钢连铸起步较晚，由于特殊钢质量要求严格，而且成分复杂，高温下物理性能特殊，在连铸过程中容易产生各种铸坯质量问题。 4.1 中间包冶金技术研究通过水模实验和数模计算提出合理的中间包结构，提高中间包内的钢水平均停留时间和夹杂物去除率，采用高效精炼效果的中间包覆盖渣。良好的中间包的特征 容量大、结构合理 足够的停留时间 最小的死区 利于夹杂物上浮和去除 最小的卷渣几率 高效的中间包覆盖渣4.1中间包冶金技术研究中间包结构、形状 多种类型中间包H型中间包中间包控流装置 挡渣堰坝湍流控制器过滤器气幕挡墙中间包安装过滤器去除夹杂物技术 以耐火材料制成的多孔过滤板，钢液流

29、过时夹杂被孔壁吸附过滤掉。MgO、Al2O3及ZrO2粉末填塞过滤层，使钢中Al2O3夹杂降低20%70%。4.1中间包冶金技术研究4.1中间包冶金技术研究中间包物理模拟及数学模拟 物理模拟数学模拟浸入式水口吹气效果4.1 中间包冶金技术研究中间包旋转磁场去除夹杂物技术 日本川崎钢铁公司将该技术用于生产优质不锈钢等钢种：将一个半圆形的旋转磁场发生器，放置在中间包周围，在旋转磁场作用下，钢水将随着磁场旋转，在离心力的作用下，由于钢水中的夹杂物密度低于钢液，从而向钢包中心区域聚集，并碰撞长大上浮去除。4.1 中间包冶金技术研究中间包等离子加热技术中间包感应加热技术中间包电渣加热技术4.2 凝固数学

30、模型大方坯连铸与小方坯相比，中心部位的冷却效果不明显，凝固时间长，而且铸坯凝固变形量大，热应力和机械应力大。凝固数学模型的研究有利于大方坯凝固过程的特点，同时可以为末端电磁搅拌和动态轻压下提供依据。还可研究其它工艺参数，如浇注温度、拉速、冷却制度对铸坯凝固的影响规律。 结晶器内现象1液相区 2两相区 3固相区40Cr钢铸坯凝固界面推进情况 GCr15钢铸坯凝固界面推进情况 凝固数学模型计算结果M-EMS：消除过热，促进等轴晶凝固，改进表面质量。S-EMS：改善晶粒尺寸F-EMS：减轻偏析最终等级，改善中心偏析和中心疏松。 可采用多级组合的电磁搅拌技术4.3 电磁搅拌技术4.4 连铸轻压技术工艺

31、原理：在连铸坯凝固过程中,对铸坯施加外力,补偿凝固收缩并破碎已经形成的“晶桥”,使得铸坯内的钢水可以自由地进行流动,最大程度地减少中心偏析和疏松。辊式轻压下的发展历程动态轻压下：在浇铸过程中跟踪凝固终点，随凝固终点的变化调整辊缝及辊缝收缩程度。特点：可控性强，比较灵活, 可远距离调整辊缝和辊缝收缩，能跟踪凝固末端实施压下，压下范围大，但调控误差大，技术要求高。 名称产生时间技术名称应用静态轻压下70年代末小辊径分节辊扇形段日本NKK首先应用，而后在全世界推广80年代末人为鼓肚轻压下技术（ISBR）日本NKK90年代初圆盘辊轻压下（DRSR）日本新日铁动态轻压下90年代末液压夹紧式扇形段奥钢联

32、VAI，德国 SMS Demag，意大利Danieli等国外相关厂家轻压下技术在高碳钢大方坯连铸中的应用情况厂 家轻压下装备应用效果德国蒂森钢公司鲁尔厂5 机架基本消除中心偏析和V 形偏析，经过轻压下的连铸大方坯所轧线材中，中心偏析明显低于用半成品材料扩散退火后轧成的线材，可大量生产C=0.7%的高碳钢而不用担心中心偏析的影响。 韩国浦项5机架高碳钢大方坯的碳中心偏析指数从1.6 降至1.1，偏析指数从3.7降至1.8，锰偏析指数从1.5 降至1.25。P70 线材的拉断率从 10%降至4.3%。 台湾中钢公司3 机架高碳钢连铸坯质量明显改善， P77 钢（C=0.77% ）和P82 钢（C=

33、0.82%）铸坯平均中心偏析在过热度25 时由1.17 降至1.12 ，过热度大于25 时则由1.19 降至1.14，并且铸坯中心疏松也得到明显改善， 轧后线材的机械性能也相应得到提高，几乎消除了以往在拉拔过程中存在的杯锥状断裂现象。 日本住友小仓厂3 机架改善铸坯中心偏析的V 形偏析，平均中心碳偏析由1.15-1.35 降低到1.0-1.15，同时，锰、磷和硫的中心偏析也大大减轻。 日本新日铁八幡厂4 机架改善铸坯中心疏松和内部裂纹。部分厂家轻压下方坯连铸机的主要技术参数国内厂家大方坯轻压下技术应用情况厂家流程形式断面尺寸/mm应用效果来源攀钢BOF-LF-RH-CC弧形6流280380，2

34、80325较好VAI兴澄特钢BOF-LF-RH-CC弧形4流370480不明显VAI武钢BOF-LF-VD-CC弧形5流250280较好VAI邢钢BOF-LF-RH-CC弧形4流280280，280325调试阶段西重所宝钢电炉EAF-LF-VD-CC弧形4流320425调试阶段Danieli板坯轻压下：梅钢、济钢、本钢、宝钢、包钢等动态轻压下的关键技术压下模型（压下量、压下速率、压下区间）凝固模型（热跟踪模型）二冷控制系统等其它控制系统只有这几个组成部分的有机结合，才能跟踪动态变化的压下位置，迅速自动调整辊缝以实施轻压下。 轻压下位置的确定从 fs=0 到 fs=1 处，钢液的杂质元素含量逐渐

35、增多。 q2 区：固液相均可流动。凝固收缩可以通过左端非浓化钢液的流动来补偿，流动不会造成中心偏析的形成，可均匀该区内的溶质分布； q1 区：相邻柱状晶的二次晶开始并完成相互联结。凝固收缩导致富集杂质元素钢液的集中，促进中心偏析； p 区: 相邻柱状晶完全连接到一起，阻碍了柱状晶间隙中残留钢液的流动。残余浓缩钢液被枝晶网封闭起来，凝固收缩得不到钢液的补充，易形成疏松。凝固末端两相区示意图 结合实际生产设备和生产条件 ,设定压下区间（0fs1）。轻压下位置数据举例公司名应用范围 / mm压下区间 / fs中国济钢 (奥钢联技术)中厚板0.50.95芬兰 Rautaruukki低碳微合金钢 210

36、 18250.150.8210 (12501475)0.30.9中国台湾中钢大方坯0.550.75韩国浦项方坯 250 3300.30.7轻压下主要工艺参数：压下率进行压下时的要求： 0（0：铸坯内部产生裂纹的临界应变）轻压下主要工艺参数：压下速率最大压下速率：最大压下速率引起的形变不能超过钢的某一临界值，防止产生裂纹。综合考虑冷却条件、段面及铸机设备等条件确定。轻压下主要工艺参数：总压下量总压下量大小必须满足的条件：减少中心偏析和中心疏松；避免铸坯产生内裂；不能影响铸机扇形段机架结构的完整性；不能对支撑辊的疲劳寿命产生不利影响。 轻压下系统控制流程拉速过热度铸坯尺寸结晶器、二冷各回路冷却条件

37、钢种牌号动态控制模型温度场 液芯长度（凝固终点位置） 压下区起始、终点fs对应位置 热-机械应力应变模型 压下位置设定 总压下量 压下速率 控制系统连铸机5 电渣重熔新技术Borys E. Paton院士29/03/1916-19/03/2000Borys I. Medovar院士5.1 电渣重熔的起源B.E. Paton, B.I. Medovar, 1952: first ESR ingot at PWIESR: 发展历程的简要回顾1952-1958: 实验室研究1958: 在前苏联和中国工业化1963: 开始在西方国家工业化1967: 召开第一国际会议1970-1980: 在全世界推广应

38、用1980-1990: 保护气氛和加压电渣炉1990- 稳定发展期2000: ESR LM, ESRR ,ESCC（电渣连铸）?生产效率低：熔化速度低、单件生产，成本高电耗高：14001700kWh/t氟的污染：传统渣系中含70%CaF2产品洁净度低：大气下重熔，元素易氧化、气体含量高大钢锭凝固偏析严重：凝固控制不能定量化特大型板坯电渣重熔技术不过关，尤其是我国5.2 传统电渣重熔不足技术路线5.3 电渣连铸（ESCC)生产效率传统ESR：熔池深度与电极熔化速度成正比，为保证钢锭结晶质量，熔化速度与锭直径之比不超过1。ESCC：将熔化和结晶的热过程分离，使熔化速度与金属熔池深度几乎不相关;将连

39、铸思想引入电渣过程。5.3 电渣连铸理论分析渣池及铸锭中的温度场分布传统ESRESCC5.3 电渣连铸实验室研究电渣连铸实验装置（东北大学） 电渣连铸坯的低倍组织 Macrograph on transversal sectionMacrograph on longitudinal section5.3 电渣连铸工业应用世界最大断面的电渣连铸设备（兴澄特钢公司） 5.3 电渣连铸产品300340mm合金钢方坯 6006000mm合金钢圆坯 世界最大断面的电渣连铸坯（兴澄特钢）电渣连铸技术的不断完善5.3 电渣连铸流程的变革（意义）新流程：实现电渣生产高级特殊钢的连续化、高效化和低成本化传统流程

40、：钢锭单件生产效率低、成材率低、电耗高 5.4 液态电渣浇铸技术ESR(电渣） +CC（连铸）STRUCTURE AND SHAPE OF METAL POOL TYPICAL FOR VAR, STANDARD ESR AND ESR TC (simulation) VAR,ASRESRESR TC,LMESR LMESR LM of M1 with triple melt rate电渣连铸空心管坯ESR LM Hollows of HASTELLOY G-50ESS LM composite billetof HSS roll Macrostructure of ESS LM HSS Ro

41、ll billet D 740mm(x 100)CoreClad layerTransition zone at HSS roll复合轧辊的生产工艺路线 5.5 大型扁锭电渣重熔技术（1）电渣重熔特厚板的合理性连铸坯无法满足厚度的需要模铸扁锭虽然能够满足厚度的要求，但其凝固质量差，无法满足高质量厚板的要求即使一般质量要求的特厚板，对于全连铸生产企业，单独建设模铸生产线，由于产量低，也不经济电渣重熔生产特厚板，由于产品质量好，成材率高，其生产成本也不高。（成材率提高的费用几乎可以抵消电渣的生产费用）电渣锭的成分均匀，组织致密，可以允许更小的加工压缩比电渣炉的投资小（2)电渣板坯生产工艺流程 转炉

42、（电炉）冶炼炉外精炼连铸板坯送电渣车间清理切割电极焊接渣料称量烘烤化渣设备化渣 电渣重熔电渣板坯表面清理板坯喷丸包铁皮板坯加热轧制扣罩热处理检验入库(3) 国外现状 世界上最大的板坯电渣炉是俄罗斯双极串联70t板坯电渣炉。乌克兰双极串联电渣焊可焊接直径3m的铸件，焊缝纵向截面可达10m2。英国钢铁公司建立了50t三相板坯电渣炉（变压器容量9000KVA），可生产断面为48015006403200mm的板坯；1974年德国蒂森公司建立了50t单电极，抬结晶器式电渣炉（变压器容量4680 KVA），可生产断面为6501320mm（最大锭重为30t）的板坯 ；1974年底日本新日铁八幡厂建立了40t双极串联，抬结晶器式板坯电渣炉（变压器容量5630 KVA），可生产断面为3001900mm，5101900mm，5102400mm的板坯；美国卢肯斯钢铁公司建立了30t板坯电渣炉（变压器容量6000 KVA），可生产断面为7602000mm的板坯。 蒂森公司生产的电渣扁锭德国ALD公司为德国蒂森公司建立的50t单电极，抬结晶器式电渣炉（变压器4680 KVA），三相交流经变频后变成低频（010Hz）供电,可生产断面为6501320mm（最大锭重为30t）的板坯，采用交换电极方式进行生产）这种炉型解决了感抗损失大，用电效率低和三相不平衡等问题，但其仍存在熔池深度大，凝固质量差，中心偏析