转炉流程特殊钢工艺技术演示教学

转炉流程特殊钢工艺技术特殊钢零部件的疲劳破坏机械设备零部件多在交变（冲击、扭转、弯曲、挤压、摩擦等）载荷下工作；疲劳破坏是导致工件失效的重要原因，而钢中非金属夹杂物往往成为疲劳裂纹的起源；特殊钢非金属夹杂物控制要求最为严格（数量、尺寸、组成、性能等）。2夹杂物引发疲劳破坏的机理夹杂物的弹性模量、热膨胀系数等与钢基体显著不同：不能均匀传递基体所经受的应力、应变；钢热加工后夹杂物周边产生压应力或拉应力。夹杂物周边各种应力叠加，当超过钢的强度极限时，夹杂物－钢基体界面产生裂纹成为疲劳破坏源3不同类别夹杂物对钢疲劳性能的影响J.Monnot,etal.,Amer.Soc.ForTestMat.,1988,p.1494夹杂物临界尺寸Lasson等研究发现：夹杂物小于10m时，夹杂物萌生疲劳裂纹的几率非常小；夹杂物大于10m时，疲劳裂纹则在夹杂物周围萌生。斋藤誠研究发现：10m程度的TiN夹杂物导致弹簧疲劳破坏。Kiessling等认为：大多数疲劳破坏起源于表面或亚表面的单个夹杂物，萌生疲劳裂纹的表面或表面附近的夹杂物尺寸并不太重要。M.Lassonetal.Mater.Sci.Tech.,1993,9(3),p235斋藤誠，熱処理，1987,vol.27,No.1,p.23R.Kiessling,etal.,ProductionandApplicationofCleanSteel,1970,p1795特殊钢超低氧含量控制上世纪80年代日本山阳特殊钢公司发现将轴承钢氧含量降低至超低含量范围（4~7ppm），可以大幅提高轴承疲劳寿命；其后十几年时间里，降低氧含量一直是轴承钢等特殊钢冶金质量的控制重点；国内高水平特殊钢厂生产轴承、轴件、弹簧等特殊钢已能够将总氧含量降低至4~7ppm范围。6K.Kawakami,etal.,Proceedingsofthe3rdInternationalCongressontheScienceandTechnologyofSteelmaking,May9-12,2005,Charlotte,AIST,2097超低氧特殊钢中大型夹杂物问题对特殊钢实现了超低氧含量控制之后，近年来业界开始侧重关注钢中个别大尺寸夹杂物控制问题：即便将氧含量降低至4~7ppm范围，钢中仍有个别数十、数百m的大尺寸夹杂物存在；超低氧特殊钢疲劳寿命离散度较大问题，即认为是由于钢中个别大尺寸夹杂物所造成的；超低氧特殊钢中大尺寸夹杂物数量很少，采用常规检验方法很难检测到其存在，特钢厂开始采用高频超声波探伤、极值统计法等检测评价方法。8轴承钢控制策略转变（山阳特殊钢）由重点控制钢总氧含量（“鋼中酸素量の低减”）转为“控制钢总氧含量控制钢中最大夹杂物尺寸（“最大介在物の大きさを抑制”）。SanyoTechnicalReport，Vol.13(2006)，No.1，77主要目的：提高稳定性高信頼性長寿命軸受鋼PremiumJ2，SanyoTechnicalReportVol.20(2013)No.1，70国产特殊钢冶金质量稳定性问题重要用途特殊钢材仍主要依赖进口，国产钢材的差距主要体现在钢材性能稳定性方面，其中很大程度源于冶金质量控制不稳定，而钢中夹杂物尺寸大是最突出问题之一。以重要装置用高端轴承、弹簧、高铁车轮、车轴为例，即便将总氧含量控制在4~7ppm极低含量范围，钢中仍有个别数十、数百微米，甚至毫米级大型夹杂物存在。11德国Mubea公司泰倉厂弹簧钢试样分析德国Sarrstahl钢厂韩国浦项制铁国内高水平特钢厂：A厂B厂汽车弹簧钢盘条不变形夹杂物尺寸比较42CrMo钢疲劳断口（T.O：10ppm）旋转弯曲疲劳实验：三种热处理制度得到三个不同强度水平的材料，进行疲劳实验22个疲劳断口裂纹起源为夹杂物；最大夹杂物为66m，最小夹杂物为14.8m，平均为33.3m尺寸60μm的夹杂物个别大型夹杂物为外来夹杂物？含量（%）夹杂物尺寸（m）尺寸60μm的夹杂物钢中非金属夹杂物检验标准常规夹杂物检验标准（ASTME45）GB/T10561-2005特殊钢冶金工艺流程脱磷效率高；出钢下渣少；混杂元素含量高（Cu、Sb等）。电炉流程：18特殊钢生产转炉工艺流程混杂元素含量低（Cu、Sb等）;脱磷效率低；出钢不易挡渣.转炉流程：BOFLadlefurnaceRHdegasserContinuouscaster19日本特殊钢厂电炉流程：山阳特殊钢、爱知制钢、大同特殊钢等。转炉流程：室兰钢铁厂、小仓钢铁厂、和歌山钢铁厂、仓敷钢铁厂、加古川钢铁厂、神户钢铁厂等。20转炉炼钢脱磷问题低磷、超低磷钢种成分控制需要；高拉碳以减少增碳量。21转炉冶炼脱磷率：90%铁水[%P]吹炼终点[%P]22转炉冶炼脱磷率：85%铁水[%P]吹炼终点[%P]23双渣法冶炼第一次倒炉：脱磷率40%第二次倒炉：脱磷率80%24双渣法冶炼第一次倒炉：脱磷率40%第二次倒炉：脱磷率80%25双渣法冶炼第一次倒炉：脱磷率40%第二次倒炉：脱磷率80%26提高转炉炼钢脱磷效率吹炼前期（第一次倒渣前）：快速成渣（供氧、枪位、石灰等）；增强底吹搅拌强度。吹炼中后程（第一次倒渣后）：尽量倒出前期渣；二批渣快速成渣（熔剂、石灰、供氧等）：吹炼后期强搅拌。27吹炼前期脱磷反应机理金属熔池内部：a[O]为[C]所控制：温度：1330~1380℃；[C]：3.3~4.5%；a[O]：0.0001~0.00015。熔池内部脱磷反应基本不能进行。渣/铁界面：可通过氧枪枪位、供氧速率等将渣中FetO控制在8~18%；脱磷反应能够进行：

2[P]+5(FeO)=(P2O5)+5Fe28脱磷阶段脱磷反应机理脱磷反应机理：熔池内部[P]向渣/铁界面运动传输；在渣/铁界面发生脱磷反应：

2[P]+5(FeO)=(P2O5)+5Fe高效脱磷的关键：加强铁液熔池搅拌，促进熔池内部[P]向渣/铁界面传输；通过调整供氧或加入铁矿石提高渣中FetO活度。29住友和歌山钢厂脱磷转炉终点[P]Fig.8.Therelationshipbetweenbasicityand[P]aftertreatmentT.Ueki,etal.,ToshiyukiUeki,etal.,9thChina-JapanSymposiumonScienceandTechnologyofIronandSteelMaking,2004,Chiba30转炉出钢防下渣问题K.Kawakami,etal.,Proceedingsofthe3rdInternationalCongressontheScienceandTechnologyofSteelmaking,May9-12,2005,Charlotte,AIST,20931EBT(EccentricBottomtapping)32山阳特殊钢冶金工艺流程3334扒渣器35完全除渣36大同特殊钢公司生产轴承钢3738超低氧特殊钢LF精炼关键工艺：高碱度精炼渣（碱度：5~10）；铝脱氧（[Al]s:0.02%）；强扩散脱氧（炉渣FetO：0.8%）；适当强搅拌（比搅拌功：~140w/t）。39高碱度精炼渣降低渣中SiO2的活度，抑制下式反应：

降低渣中FetO活度系数。(Si02)+4/3[Al]＝2/3[Al203]夹杂物+[Si]40日本爱知制钢公司齿轮钢精炼福本一郎，第126127回西山紀念技術講座，日本鉄鋼協会，大阪東京，1988，12141大同特殊鋼精炼渣SiO2含量影响福本一郎，第126127回西山紀念技術講座，日本鉄鋼協会，大阪東京，1988，12142山阳特殊钢精炼渣碱度对轴承钢总氧含量与夹杂物的影响K.Kawakami,T.Taniguchi,etal,Tetsu-to-Hagane,93(2007),74143爱知制钢公司炉渣FetO+MnO含量控制福本一郎，第126127回西山紀念技術講座，日本鉄鋼協会，大阪東京，1988，12144钢包内下渣层与下渣量关系包内钢水H/D:1.3545IRIS-远红外下渣监测系统46即将开始下渣47大量下渣（PostIndex）48即将下渣49大量下渣50国际钢铁协会.洁净钢-洁净钢生产工艺技术.北京：冶金工业出版社，200651挡渣与减少炉内残留钢水量的矛盾！52转炉出钢出净钢水（钢铁料消耗减少）；炉后钢包扒渣（基本扒净）；LF精炼时加入石灰等渣料造渣。增设炉后扒渣53超低氧钢中大尺寸DS类夹杂物？内生类夹杂物去除程度不够（精炼工艺问题）；采用钙处理；钢水二次氧化控制不够；凝固过程聚集为大尺寸夹杂物(几乎全部采用弧形铸机)。超低氧特殊钢精炼工艺升温，脱氧，合金化，去除夹杂物等。脱气（H，N），脱氧，合金化，去除夹杂物等。去除夹杂物：LForRH（哪个更高效？）LF精炼优势：加热钢水、炉渣；强扩散脱氧（高碱度、极低FeO含量炉渣）；钢液成分控制（合金化）。去除夹杂物方面的不足：对钢水搅拌能不足。LF精炼过程T.O含量变化LF炉精炼时间（min）RH工艺优点钢水为强还原性炉渣所覆盖；渣-钢界面“平静”，炉渣卷入钢液形成的夹杂物量减少；钢水大范围、合理方向“循环流动”，促进微小夹杂物碰撞、聚合、上浮去除；夹杂物被提升气体气泡捕捉（单位截面供气强度：~9Nm3/m2/min）。新炉外精炼工艺LF精炼时间由70min以上减少至45~50min，除升温和合金化外，主要完成两项任务：将钢液[Al]控制在0.04%以上（钢液溶解氧近乎全部转化为脱氧产物夹杂物）；将炉渣FeO含量控制在1%以下（基本丧失对钢水的氧化能力）。去除夹杂物任务主要由RH精炼承担，为此将RH真空精炼时间延长至30min以上。RH精炼过程T.O含量的变化RH精炼时间（min）RH精炼过程钢中非金属夹杂物数量与尺寸变化特殊钢采用钙处理目的：提高钢水可浇性（生成12CaO7Al2O3等液态夹杂物）；问题：钢液中喂入钙线周边，[Ca]浓度过饱和，与[S]、[O]、Al2O3等激烈反应，生成大尺寸夹杂物；微小夹杂物聚集为大尺寸夹杂物。X80管线钢X80管线钢超低氧钢中大尺寸DS类夹杂物？内生类夹杂物去除程度不够（精炼工艺问题）；采用钙处理；钢水二次氧化控制不够；凝固过程聚集为大尺寸夹杂物(几乎全部采用弧形铸机)。山阳特殊钢工艺流程山阳特殊钢立式铸机2#铸机（60t）1#铸机（150t）投产年月2012年6月1982年11月铸机类型立式铸机铸机长度25.3m（弯月面~拉矫辊上段）钢包容量90t165t中间包容量10t20t铸机流数23铸坯尺寸380530mm电磁搅拌结晶器电磁搅拌拉速最高0.60m/min液面控制方式涡流式川上潔，第2号連続鋳造機（60tCC）の建設と稼動，SanyoTechnicalReportVol.20(2013)No.1，51川上潔，第2号連続鋳造機（60tCC）の建設と稼動，SanyoTechnicalReportVol.20(2013)No.1，51立式连铸机优势大同特殊钢公司新建300mm圆坯铸机不同类型铸机冶金效果比较川上潔，第2号連続鋳造機（60