先进钢铁企业超低碳if钢的生产应用

先进钢铁企业超低碳if钢的生产应用

汽车工业的快速发展导致if（interdial自由steel）钢的生产。世界许多先进钢铁企业都非常重视IF钢的生产,安赛乐米塔尔、新日铁、JFE、蒂森克虏伯、美钢联、浦项和我国宝钢等IF钢年产量均在200万t以上。20世纪末,日本IF钢年产量已超过1000万t,并呈逐年上升趋势。近年来,为适应汽车减重、降低材料消耗和节约燃油的需要,对汽车用钢板强度的要求越来越高。超低碳IF钢是钢铁材料的高端产品,钢的化学成分、夹杂物含量以及每道工序必须严格控制。国内外一些钢厂积累了很多IF钢生产的先进经验,值得我国IF钢生产与研究人员借鉴。1钛和铌元素为保证IF钢的性能,必须对钢的化学成分及夹杂物含量严格控制。碳作为固溶于钢中的间隙原子,随着其含量的增加,钢的屈服极限也升高,加大了变形抗力,影响成形性能,因此制作轿车外壳的IF钢含碳量越低越好。钛和铌元素在IF钢中主要起固定碳、氮的作用。因而IF钢必须具有超低碳(≤0.003%)、氮(≤0.003%)、微量的钛或铌合金化、夹杂物含量低等特点,国内外部分先进钢铁厂IF钢的化学成分见表1。从表1看出,目前IF钢中的碳含量可以控制到0.0010%。2国内外先进生产工艺IF钢生产流程的每一道工序都会影响最终产品的深冲性能。国内外先进钢厂IF钢的生产工艺流程一般为:铁水预处理→转炉冶炼→真空精炼→连铸→热轧→冷轧→退火→平整。该流程的前4道工序尤为重要。2.1提高炉渣碱度生产优质IF钢必须进行铁水脱硫预处理,以减少转炉炼钢渣量,进而减少出钢下渣量,降低转炉终点钢液和炉渣的氧化性,提高转炉终点炉渣的碱度。喷吹金属镁和活性石灰或使用复合脱硫剂,可将铁水硫含量脱至0.001%以下。2.2出钢挡渣技术国内外研究成果表明,转炉冶炼IF钢采用高铁水比,入炉铁水的硫含量低于0.003%,采用高纯度氧气,炉内保持正压;转炉冶炼后期,增大底部惰性气体流量,加强熔池搅拌,采用低枪位操作;保持吹炼终点钢液中合适的氧含量;提高吹炼终点钢液碳含量和温度的双命中率;采用出钢挡渣技术;出钢过程中不脱氧,只进行锰合金化处理;多数钢厂使用钢包顶渣改质,降低钢包顶渣氧化性;降氮主要在转炉炼钢工序,真空处理工序不降氮(密封效果不好反而会增氮)。2.3微合金化后成分调解压RH真空精炼是生产超低碳IF钢的关键工序,该工序的任务是降碳、提高钢水的洁净度、控制夹杂物的形态以及微合金化和成分微调。国内外研究表明,IF钢的真空精炼工序应严格控制真空精炼之前钢液中的碳含量、氧含量和温度;根据碳含量、氧含量确定采用强制脱碳还是自然脱碳;真空脱碳后期,增大驱动气体流量,增加反应界面。减少真空槽冷钢,采用海绵钛替代钛铁合金;精炼过程采用动态控制模型和炉气在线分析。2.4中间包和结晶器IF钢连铸生产工序应保证钢包滑动水口自动开启,钢包下渣自动检测,钢包与长水口之间密封良好,采用浸入式水口,中间包使用前用氩气清扫,优化中间包钢液流场,采用结构合理、大容量中间包;保证连铸中间包内钢水液面相对稳定,且在临界高度之上;中间包采用低碳碱性包衬和覆盖剂,结晶器使用低碳高粘度保护渣;结晶器液面自动控制,确保液面波动小于±3mm。3生产应用分析3.1脱磷、ld-orp法新日铁的IF钢生产水平世界领先,为了适应安全和轻量化的要求,开发了抗拉强度级别340~1270MPa的各类冷轧及镀锌高强度汽车板,新日铁君津制铁所用KR法脱硫(S≤0.002%),LD-ORP法冶炼IF钢。脱磷转炉弱供氧,大渣量,碱度为2.5~3.0,温度为1320~1350℃,纯脱磷时间约为9~10min,冶炼周期约20min,废钢比通常为9%,将脱磷后钢水(P≤0.020%)兑入脱碳转炉,总收得率>92%。脱碳转炉强供氧,少渣量,冶炼周期为28~30min,脱碳转炉不加废钢。日本新日铁公司IF钢的炼钢生产工艺及其控制措施见表2。从表2看出,新日铁对IF钢的每道工序都有预定目标,并采取相应的控制措施。3.2炉渣改性剂JFE生产超深冲IF钢铁水100%三脱预处理,采用复吹转炉炼钢,增大吹炼后期底吹气体流量,加强熔池搅拌,将终点碳含量控制在0.03%~0.04%,提高终点命中率,减少补吹率。出钢后,立即向钢包内加入由CaCO3和金属铝组成的炉渣改性剂,其中金属铝比率为30%~50%;将渣中TFe降低到2%~4%。3.3转炉控制工艺德国蒂森克虏伯公司IF钢冶炼流程为:铁水脱硫→转炉炼钢→吹氩→RH精炼→连铸。先在复吹转炉中将碳脱至0.03%,然后在RH中脱至0.02%;转炉工序控制氮含量;RH工序加入铝和钛。3.4-ob工艺脱碳安赛乐米塔尔旗下的美国内陆公司采用复吹转炉冶炼IF钢,RH-OB工艺脱碳,先吹氧强制脱碳不到8min,将碳含量降到0.008%,然后自然脱碳4min,将碳含量降到0.002%。RH-OB工艺采用了工艺控制模型,炉气在线分析,动态控制。3.5铁水中磷、硫含量的控制宝钢IF钢生产工艺流程为:铁水预处理→转炉双联法炼钢→RH真空脱气→连铸(中间包冶金,保护浇铸)→热轧→冷轧→退火→平整。宝钢主要通过铁水预处理工序降低铁水中的磷、硫含量,为转炉冶炼创造良好的前提条件。三脱处理后,铁水中的硅、磷、硫含量分别可以达到0.5%、0.025%和0.003%以下。宝钢开发了低磷、低氮转炉冶炼技术,通过采用三脱铁水、提高转炉吹炼的入炉铁水比、实现大渣量操作、复合吹炼等技术,对磷、氮的控制取得了较大的进步,IF钢中氮的平均含量0.0019%以下,磷可以控制在0.010%以下。钢包渣改质处理后,提高了渣的碱度,降低了渣的氧化性,为钢中全氧的合理控制创造条件。3.6出钢、落钢、管井鞍钢IF钢炼钢流程为:铁水预处理→复吹转炉→RH-TB→板坯连铸。铁水预处理采用复合脱硫剂,降低铁水中硫含量。采用180t复吹转炉炼IF钢时,全程底吹氩气,吹炼后期加大供氧强度,进一步降碳。冶炼过程顶吹氧枪枪位采取高-低-低模式操作,出钢过程采取“留氧”操作,氧含量为0.04%~0.06%,出钢钢水的碳含量≤0.05%。精炼采用RH-TB装置。如果转炉出钢后钢水中碳为0.04%,氧为0.05%时,该工序深脱碳分为3个阶段:第一阶段碳由0.04%降至0.02%;第二阶段碳由0.02%降至0.003%;第三阶段碳由0.003%降至0.001%以下。如果转炉出钢后钢水中碳为0.05%以上,第一阶段则采取“强制脱碳”模式。如果转炉出钢后钢水中碳为0.02%左右,可直接进入第二阶段。连铸IF钢采用立弯式板坯连铸机,采取了一系列防止增碳的措施,如及时清理真空室壁上的残留物,控制钢包、中间包、水口等处耐火材料和结晶器保护渣的碳含量等。还采用降低RH脱碳后钢水中的残余氧等措施,使IF钢因夹杂物引起的废品比例下降了0.05%。4钢中夹夹物的形态特点超低碳IF钢是钢铁材料的高端产品,为保证其性能,应严格控制以下几点:一是钢的化学成分;