IF钢冶炼关键技术

IF钢冶炼关键技术演示文稿目前一页\总数九十四页\编于十四点IF钢冶炼关键技术目前二页\总数九十四页\编于十四点目前三页\总数九十四页\编于十四点RH高效脱碳脱碳反应：[C]＋[O]＝CO日本钢管技报，1986，No.114,1目前四页\总数九十四页\编于十四点

RH处理脱碳速度式为：(1)v：RH真空室内钢液体积，m3；ak：脱碳反应速度系数，m3/min；CV：真空室内钢水碳含量，％；Ce：与CO分压平衡的钢液碳含量，％。式中：目前五页\总数九十四页\编于十四点提高脱碳速度：增加ak；

－增强混合，加快[C]向反应界面的传递速度。减少Ce；

－提高真空程度，降低PCO。目前六页\总数九十四页\编于十四点1、强真空系统抽气能力和高真空度是

获得超低碳的必要条件神户制钢加古川厂2＃RH的有关参数1990SteelmakingConferenceProceedings,p.79目前七页\总数九十四页\编于十四点新日铁名古屋厂2＃RH的有关参数2001SteelmakingConferenceProceedings,p.625目前八页\总数九十四页\编于十四点加古川厂不同RH真空度对脱碳反应的影响1990SteelmakingConferenceProceedings,p.79目前九页\总数九十四页\编于十四点2、IF钢生产工序的发展及技术特点

国内外IF钢的生产工艺流程一般为：

铁水预处理－转炉冶炼一RH真空精炼一连铸－热轧一冷轧一退火一平整。每一个工序均在不同程度上影响IF钢的最终产品性能。目前十页\总数九十四页\编于十四点2.1铁水预处理工序

在进行IF钢生产时，必须进行铁水预处理，其目的是：①减少转炉冶炼过程中的渣量，从而减少出钢过程中的下渣量；②降低转炉冶炼终点钢液和炉渣的氧化性；③提高转炉冶炼终点炉渣的碱度和MgO含量。采用喷吹金属镁和活性石灰对铁水进行脱硫，可使入炉铁水中的硫含量控制在0.003％以下。而通过喷吹含镁和CaC2，可使入炉铁水中的硫含量降至0.010％以下。目前十一页\总数九十四页\编于十四点2.2转炉冶炼工序

总结国内外关于IF钢转炉冶炼的研究成果，可归纳为：①采用顶底复吹转炉进行冶炼，降低转炉冶炼终点钢液氧含量；②实现转炉冶炼动态模型控制，提高转炉冶炼终点钢液碳含量和温度的双命中率；③提高铁水比，入炉铁水的硫含量小于0.003％；④控制矿石投入量；⑤提高氧气纯度，控制炉内保持正压；⑥转炉冶炼后期增大底部惰性气体流量，加强溶池搅拌；目前十二页\总数九十四页\编于十四点

⑦转炉冶炼后期采用低枪位操作；⑧将转炉冶炼终点钢液的碳含量由0.02％～0.03％提高至0.03—0.04％；⑨采用出钢挡渣技术；⑩出钢过程中不脱氧，只进行锰合金化处理；⑾采用钢包渣改质技术。目前十三页\总数九十四页\编于十四点2.3RH真空精炼工序

总结国内外关于IP钢RH真空精炼的研究成果，可归纳为：①严格控制RH真空精炼之前钢液中的碳含量、氧含量和温度；②采取RH真空精炼前期吹氧强制脱碳方法：③增大RH真空脱碳后期的驱动气体流量，增加反应界面。④减少RH真空槽冷钢；⑤采用海绵钛替代钛铁合金；⑥建立合理的RH真空精炼过程控制模型；⑦进行RH炉气在线分析、动态控制；⑧采用钙处理技术。目前十四页\总数九十四页\编于十四点2.4连铸工序

总结国内外关于IP钢连铸生产的研究成果，可归纳为：①采用钢包下渣自动检测技术；②加强大包一长水口之间的密封；③连铸中间包使用之前采用氩气清扫；④提高大包滑动水口开启成功率；⑤采用连铸浸入式长水口；⑥采用大容量连铸中间包，并进行钢液流场优化；⑦保证连铸中间包内钢液面相对稳定，且高于临界高度；⑧采用低碳碱性连铸中间包包衬和覆盖剂；⑨采用低碳高粘度连铸结晶器保护渣：⑩采用连铸结晶器液面自动控制技术，确保液面波动小于±3mm。目前十五页\总数九十四页\编于十四点2.5IF钢中碳含量的控制

IF钢中碳含量的控制技术主要包括以下三个方面：（1）转炉冶炼终点碳的控制；在IF钢生产时，日本川崎制钢公司、美国Inland钢铁公司和宝钢将转炉炼终点钢液中的碳含量控制为0.03％～0.04％，氧含量控制为0.05～0.065％；德国Thyssen钢铁公司认为转炉冶炼终点钢液的最佳碳含量为0.03％，最佳氧含量为0.06％。目前十六页\总数九十四页\编于十四点（2）RH真空脱碳美国Inland钢铁公司采用RH-OB进行深脱碳处理。RH-OB的真空脱碳过程主要分为以下两个阶段：①强制脱碳阶段从开始到第8min，RH-OB采取吹氧强制真空脱碳方法，真空度为4kPa～8kPa。在此阶段，钢液中的碳含量可从0.03％～0.04％降低至8×10-6左右。②自然脱碳阶段从第8min至第12min，RH-OB停止吹氧，进行自然真空脱碳方法，真空度小于266Pa。在此阶段，钢液中的碳含量可从80×10－6降低至20×10-6以下。

目前十七页\总数九十四页\编于十四点宝钢为了满足钢种和多炉连浇的要求，采取提高脱碳速度的方法：①在RH脱碳初期采用硬脱碳方式，真空室压力快速下降，加速脱碳；②在RH脱碳后期通过OB喷嘴的环缝吹入较大量的氩气，增加反应界面。武钢针对RH真空设备存在的抽气能力过小的问题，开发出如下的RH真空脱碳技术：

①提高浸渍管的寿命，尤其是延长大直径的使用时段；②加大驱动氩气流量，并实现石英浸渍管内径扩大的动态调整；③真空室快速减压。采用以上技术后，在RH真空脱碳过程中，可在15～20分钟内将IF钢中碳含量降低到0.0015%左右。目前十八页\总数九十四页\编于十四点（3）防止RH后钢液增碳

在RH真空处理后，必须严格控制IF钢的增碳，可能导致IF钢增碳的因素如下：RH真空室内的合金及冷钢增碳；钢包覆盖剂增碳；包衬、长水口、滑板等钢包耐火材料增碳；连铸中间包覆盖剂增碳；包衬、塞棒、浸入式水口、滑板等中间包耐火材料增碳；连铸结晶器保护渣增碳。目前十九页\总数九十四页\编于十四点日本新日铁在生产IF钢时，采用超低碳多孔镁质钢包覆盖剂。超低碳中间包覆盖剂和低碳空心结晶器保护渣、低碳长水口和浸入式水口、结晶器液面控制仪等措施，IF增碳量可稳定控制在8～9ppm，甚至达到2.6ppm。宝钢在IF钢生产中，采用低碳高碱度中间包覆盖剂和低碳高粘度结晶器保护渣，同时减少RH真空槽冷钢，控制从RH真空脱碳后的钢液增碳，增碳量可稳定控制在7ppm。目前二十页\总数九十四页\编于十四点2.6IF钢中氮含量的控制

IF钢的降氮问题主要在转炉内解决，当IF钢中氮含量小于20ppm时，RH真空精炼过程中降氮非常困难，有时若密封不好还导致增氮。因此在IF钢生产过程中，减少转炉冶炼终点的氮含量和避免钢液增氮是获得超低氮IF钢的主要途经。目前二十一页\总数九十四页\编于十四点宝钢采用的主要技术措施为：高铁水比，控制矿石投入量；提高氧气纯度，控制炉内为正压；转炉冶炼后期采用低枪位操作；提高转炉冶炼终点控制的命中率和精度，不允许再吹；钢包水口和长水口连接处采用氩气和纤维体密封。采用以上措施后，RH精炼终点氮含量控制在20ppm以下，平均13ppm。目前二十二页\总数九十四页\编于十四点台湾中钢公司采用以下技术：转炉冶炼过程增加铁水比和溶剂量，形成较后的渣层，增加CO在渣层中停留时间，隔离大气。转炉冶炼结束前，向炉内加白云石，产生大量的CO气体形成正压层，阻止钢液从大气中吸氮；RH精炼过程中，采用海绵钛代替钛铁合金，减少铁合金增氮；连铸过程采用长水口、氩气密封和纤维体密封等技术进行保护浇注。采用以上技术后，IF钢中氮含量可以控制在30ppm以下。目前二十三页\总数九十四页\编于十四点2.7IF钢中氧含量的控制

IF钢中氧含量的控制技术涉及转炉冶炼、RH真空精炼和连铸等工艺环节。武钢采用了以下技术：①用顶底复吹转炉进行冶炼，降低转炉冶炼终点钢液氧含量；②实现转炉冶炼动态模型控制，提高转炉冶炼终点钢液碳含量和温度的双命中率；③采用挡渣出钢；④进行钢包渣改质；⑤采用钢包下渣自动检测技术；⑥采用大容量连铸中间包，并进行钢液流场优化；⑦采用碱性连铸中间包包衬和覆盖剂；⑧采用连铸结晶器液面自动控制技术，确保液面波动小于±3mm。采用以上技术后，IF钢连铸坯中的全氧含量可控制在10×10-6～24×10-6、平均为18×10-6的先进水平。目前二十四页\总数九十四页\编于十四点日本川崎制钢公司在控制IF钢转炉冶炼终点氧含量方面主要采取以下措施：①采用顶底复吹转炉进行冶炼；②增大转炉冶炼后期底部惰性气体流量，加强溶池搅拌；③将IF钢转炉冶炼终点碳含量由0.02％～0.03％提高至0.03～0.04％；④提高转炉冶炼终点控制的成功率，减少补吹率。日本川崎制钢公司在控制IF钢转炉冶炼终点炉渣的全铁含量一般为15％～25％，采用出钢挡渣技术，钢包内炉渣的厚度应控制在50mm以下，防止出钢过程中下渣量过大会造成钢液二次氧化严重。出钢后立即向钢包内加入炉渣改质剂，炉渣改质剂由CaC03和金属铝组成，可将渣中的全铁含量降低到4％左右，甚至2％以下。目前二十五页\总数九十四页\编于十四点2.8IF钢中夹杂物的控制

IF钢中非金属夹杂物虽然数量不多，但对钢的力学性能和使用性能的影响作用却不可忽视。钢中非金属夹杂物的危害性在于它破坏了钢基体的均匀性，造成应力集中，促进了裂纹的产生，并在一定条件下加速裂纹的扩展，从而对钢的塑性、韧性和疲劳性能等产生不同程度的危害作用。目前二十六页\总数九十四页\编于十四点在IF钢生产过程中，钢中夹杂物的类型、组成、尺寸和分布等都在不断地发生变化，其变化规律受钢液成分、转炉冶炼、脱氧制度、出钢挡渣、钢包渣改质、RH精炼、连铸机类型、中间包冶金、结晶器冶金、保护浇注及耐火材料等诸多因素的影响，必须从整个炼钢工艺流程进行控制。武钢在IF钢生产过程中采用了钙处理技术，利用钙的脱氧产物在钢液凝固过程中为MnS的析出提供晶核，进而将低熔点的MnS夹杂物改性为高熔点的球状夹杂物CaS，以改善Ⅳ钢的抗裂纹敏感性能。目前二十七页\总数九十四页\编于十四点宝钢在IF钢连铸生产过程中采用了如下4个中间包冶金技术：①中间包三重堰结构，以增加钢液的平均停留时间，增大钢液的流动轨迹，促进钢液中夹杂物上浮；②挡墙上方使用碱性过滤器，可以吸附钢液中的夹杂物，同时使流经过滤器的钢液流动平稳；⑧中间包内衬为碱性涂料，既不氧化钢液，又能吸附夹杂物；④采用具有良好A1203夹杂吸附能力的低碳中间包覆盖剂。采用以上措施后，从钢包至中间包过程中IF钢的夹杂物含量可降低20％～30％。目前二十八页\总数九十四页\编于十四点表：宝钢部分IF钢炉次渣成分在不同冶炼阶段的

成分变化成分（％）SiO2Al2O3CaOMgOP2O5TFeMnOFeO＋MnO1＃转炉吹炼终点1#RH处理前1＃RH处理后2＃转炉吹炼终点2#RH处理前2＃RH处理后3＃转炉吹炼终点3#RH处理前3＃RH处理后5.570.9333.655.330.8034.984.3549.336.3432.3549.522.190.163.693.548.296.8541.6937.833.570.134.654.489.526.351.2738.117.741.0019.094.1028.657.6227.0747.724.480.355.964.1811.847.7641.434.825.030.235.145.0311.646.250.8436.3711.111.1826.085.2738.816.4538.3337.022.990.327.843.8913.976.4937.5029.232.930.2010.938.2122.27

目前二十九页\总数九十四页\编于十四点宝钢RＨ处理前[O]含量：

40~50ppm:7.5%50~60ppm:31.0%60~70ppm:18.0%70~80ppm:31.0%80~90ppm:7.5%目前三十页\总数九十四页\编于十四点宝钢RＨ脱碳后[O]含量：

30~40ppm:15.0%40~50ppm:50.0%50~60ppm:20.0%60~70ppm:15.0%

平均：47.8ppm(内陆钢厂25.0ppm)目前三十一页\总数九十四页\编于十四点鞍钢转炉冶炼终点和RH精炼前钢液成分变化炉次取样位置CMnNT[O]Alsa[o]第一炉次转炉冶炼终点：RH精炼之前：0.0170.0380.00120.0480.0110.1300.00200.0980.00080.0476第二炉次转炉冶炼终点：RH精炼之前0.0540.0570.00180.0280.0410.1600.00150.0580.00100.0473目前三十二页\总数九十四页\编于十四点武钢RH处理前钢中C、O含量

图1-12RH处理前碳含量分布图1-13RH处理前氧含量分布目前三十三页\总数九十四页\编于十四点目前国内钢厂IF钢冶炼过程存在问题生产过程的稳定性尚待提高；冶炼过程中氧、碳、氮的控制水平不高；连铸坯的纯净度水平需要提高；RH的高效化应用问题；非稳定态生产的质量控制问题；铸坯质量判断系统问题。目前三十四页\总数九十四页\编于十四点4关键技术

转炉冶炼终点钢中氧含量的控制；

RH高效化技术无缺陷连铸坯生产技术目前三十五页\总数九十四页\编于十四点转炉冶炼终点

钢中氧含量的控制

目前三十六页\总数九十四页\编于十四点目录转炉、RH中氧含量的影响因素复吹和溅渣护炉对氧含量的影响转炉终点氧含量的统计预报模型终点氧含量的神经网络预报模型转炉终点氧含量预报模型的软件结论和建议目前三十七页\总数九十四页\编于十四点1.转炉冶炼终点碳氧统计分析1）终点[C]-[O]关系

1)当终点[C]<0.04%时，钢水的终点氧含量较高

2)当终点[C]在0.02～

0.04％范围时，有些炉次钢水氧波动在平衡曲线附近（区域Ⅰ），有些炉次钢水氧含量则远离平衡曲线（区域Ⅱ），说明在该区域钢水过氧化严重。

图表分析目前三十八页\总数九十四页\编于十四点C–Fe的选择性氧化平衡点

根据式

[C]+[O]={CO}(1)lg(Pco/ac*[%O])=1149/T–2.002

以及反应[Fe]+[O]=（FeO）(2)lgaFeo/[%O]=6317/T–2.739

得到反应（FeO）+[C]=[Fe]+{CO}(3)lg(Pco/ac*aFeo)=–5170/T+4.736

结论：

钢液中C-Fe的选择性氧化平衡点为[C]＝0.035％，也就是说终点[C]<0.035％时，钢水的过氧化比较严重。图1-1的统计数据也说明了这点。同时由式

(1)可以求出此时熔池中的平衡氧含量为740ppm。理论分析目前三十九页\总数九十四页\编于十四点统计分析目前四十页\总数九十四页\编于十四点图1-2转炉冶炼终点碳含量分布[C]≤0.03%的炉次占27.9%，平均氧含量为1086~1133ppm；

[C]=0.03~0.05%的炉次占55.1%，平均氧含量为972~702ppm;[C]>0.5%的炉次占17%，平均氧含量为573ppm。

目前四十一页\总数九十四页\编于十四点2）炉龄对终点氧含量的影响图1-3<2500炉终点C-O关系图1-42500~5000炉终点C-O关系

目前四十二页\总数九十四页\编于十四点图1-55000~7500炉终点C-O关系1-6>7500炉时终点C-O关系

目前四十三页\总数九十四页\编于十四点3）温度对氧含量的影响

图1-7终点温度与氧含量的关系图

在终点[C]=0.025~0.04%时，终点氧含量虽然较分散，但总的趋势是随着终点温度的升高，终点氧基本呈上升趋势。1620℃～1680℃之间，氧含量总体水平较低，平均为702ppm，该范围的炉次共占总炉次的30%左右；出钢温度大于1680℃时，终点钢水氧含量有明显的升高趋势，平均为972ppm，占总炉次的70%左右。目前四十四页\总数九十四页\编于十四点4）终渣氧化性对终点氧的影响

图1-8终渣氧化性与氧含量关系图1-9终渣氧化性与碳含量关系渣中（FeO+MnO）增加，终点[O]有增加趋势；

终点[C]<0.04％，渣中（FeO+MnO）增加且波动较大，说明此时吹氧脱碳是比较困难的，而铁则被大量氧化。

目前四十五页\总数九十四页\编于十四点5）氧耗量对终点碳、氧的影响

图1-10吨钢氧耗量与终点碳含量的关系

碳含量为[C]=0.02~0.04%时，吨钢氧耗为47～60Nm3/t,在这一低碳范围内，氧耗波动比较大，这说明低碳时吹氧对去除钢液中碳的效率是非常低的，而O2则用去氧化铁，使渣中FeO升高(图1-9)，所以使得终点[O]含量增加(图1-8)目前四十六页\总数九十四页\编于十四点RH处理过程碳氧统计分析1）转炉终点碳、氧含量与RH脱碳结束后的[O]关系图1-11转炉终点、RH脱碳结束时碳氧含量变化目前四十七页\总数九十四页\编于十四点转炉终点氧含量

RH脱碳结束氧含量脱氧剂消耗合金收得率夹杂物钢材质量成本目前四十八页\总数九十四页\编于十四点2）RH处理前钢中C、O含量

图1-12RH处理前碳含量分布图1-13RH处理前氧含量分布目前四十九页\总数九十四页\编于十四点3）RH脱碳前后氧含量变化

图1-14RH脱碳前后氧含量变化关系图目前五十页\总数九十四页\编于十四点4）RH脱碳结束后钢中碳、自由氧含量分布图1-15脱碳结束后的碳含量分布图1-16脱碳结束后的氧含量分布目前五十一页\总数九十四页\编于十四点5）脱碳结束后钢中氧与合金收得率的关系图1-17Al收得率随氧含量变化(BDG)图1-18Al收得率随氧含量变化(IF)BDG：58炉数据，平均铝收得率为75.72％

IF钢：72炉数据，铝收得率平均为32.17％脱碳结束后随氧含量的增加，铝的收得率都是呈下降趋势的终点氧含量减少100ppm，加入的铝合金减少28.13kg，成本节约422元，吨钢Al2O3夹杂减少0.21kg。目前五十二页\总数九十四页\编于十四点转炉终点、RH碳氧水平评价

目前五十三页\总数九十四页\编于十四点RH高效生产技术目前五十四页\总数九十四页\编于十四点2、IF钢生产工艺流程

目前五十五页\总数九十四页\编于十四点3、RH精炼设备的发展升温和深脱碳喷粉脱硫RH—>RH-OB(新日铁)—>

RH-PB(新日铁)

RH-KTB(川崎)

RH-PTB(住友金属)RH-MFB(新日铁)

RH-IJ目前五十六页\总数九十四页\编于十四点RH设备示意图目前五十七页\总数九十四页\编于十四点RH-OB示意图RH-KTB示意图目前五十八页\总数九十四页\编于十四点RH－PB示意图目前五十九页\总数九十四页\编于十四点RH的功能对比表目前六十页\总数九十四页\编于十四点4、RH冶金功能1)钢水脱碳，碳含量小于20ppm；2）降低钢水[O]含量，控制夹杂物形态，[O]<20ppm;3)钢水化学升温，升温速率可达6℃/min以上;4)成分微调，SI、Mn控制±0.015％。5)均匀成分、均匀温度,提高合金收得率。6）降低S含量，[S]<10ppm7)钢水脱氢，氢含量小于2ppm。目前六十一页\总数九十四页\编于十四点4.1、

RH高效脱碳技术目前六十二页\总数九十四页\编于十四点RH高效脱碳脱碳反应：[C]＋[O]＝CO目前六十三页\总数九十四页\编于十四点

RH处理脱碳速度式为：(1)v：RH真空室内钢液体积，m3；ak：脱碳反应速度系数，m3/min；CV：真空室内钢水碳含量，％；Ce：与CO分压平衡的钢液碳含量，％。式中：目前六十四页\总数九十四页\编于十四点RH深脱碳的过程第一转折点[%C]200～300ppm第二转折点[%C]20-40ppm(真空度和[％O]的控制)目前六十五页\总数九十四页\编于十四点目前六十六页\总数九十四页\编于十四点脱碳反应速度的影响因素第一阶段（1）压降速度。采取增加真空能力和预抽真空技术（2）加强搅拌，提高环流速度。目前六十七页\总数九十四页\编于十四点

第二阶段:(主要反应阶段）

（1）提高环流速度;（2）增加钢中氧含量;

（3）提高真空度第三阶段的影响因素。（反应在气液界面上进行）（1）提高环流强度（2）扩大RH真空室下部槽面积（3）RH真空室下部槽底侧吹Ar（4）RH真空室充H2目前六十八页\总数九十四页\编于十四点5、

RH高效的脱碳的控制目前六十九页\总数九十四页\编于十四点5.1、强真空系统抽气能力和高真空度是

获得超低碳的必要条件神户制钢加古川厂2＃RH的有关参数目前七十页\总数九十四页\编于十四点新日铁名古屋厂2＃RH的有关参数目前七十一页\总数九十四页\编于十四点加古川厂不同RH真空度对脱碳反应的影响目前七十二页\总数九十四页\编于十四点提高真空度；增加上升管Ar流量；增加上升、下降管截面积。提高钢水环流速率Q的措施：神户制钢加古川厂2＃RH的有关参数5.2、加快钢水环流速率

目前七十三页\总数九十四页\编于十四点采取增加浸渍管内径和提高Ar流量的措施非常有效

目前七十四页\总数九十四页\编于十四点川崎制铁对浸渍管直径、Ar流量等影响进行了试验研究目前七十五页\总数九十四页\编于十四点川崎制铁技报，15(1983),No.2,p.