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北京科技大学2009年高品质深冲钢的关键冶金技术及RH精炼技术包燕平主主要要内内容容1.概述－生产流程的特点2.钢中超低碳的冶炼技术3.RH精炼炉的技术发展4.钢中超低氮生产技术5.钢中纯净度的控制6.非稳定态连铸质量控制技术研究11、概、概述－述－IFIF钢生产流程的特点钢生产流程的特点•汽车板是发达国家钢铁企业高附加值产品的代表；•能否生产高质量汽车板是企业的装备、技术、研发和管理水平的重要标志；•汽车板生产涉及装备水平、工艺技术、操作和管理水平等；•包括炼钢、连铸、热轧、冷轧、涂镀等全部工序。现代汽车工业对冷轧薄板的质量要求现代汽车工业对冷轧薄板的质量要求优良的成形和深冲性能；良好的抗凹陷能力和足够的结构强度良好的非时效性能；优良的表面形貌和光洁度；高的耐腐蚀性；良好的焊接性能。无间隙原子钢（超深冲钢）－InterstitialFreeSteel高洁净度(非金属夹杂物少)板形的严格控制；轧制过程辊印、划伤、灰尘落入、“桔皮”等非常高的钢板表面质量极低的[C]（≤30ppm），[N]含量(≤30ppm)铝脱氧钢([Al]s：0.02～0.06％)非时效性•极低的[C]（≤30ppm），[N]含量(≤30ppm)•Ti或Ti和Nb的微合金化（X/C＝1）•高的纯净度(非金属夹杂物少)•铝脱氧钢([Al]s：0.02～0.06％)深冲性能冶金的要求性能要求IF钢的化学成分(质量分数，％)0.020~0.0700.020~0.0700.003~0.012－WAl0.001~0.0040.001~0.0040.004~0.008≤0.0030WN0.004~0.0100.005~0.0150.060~0.250－WNb0.020~0.0400.010~0.0600.080~0.3100.035~0.060WTi0.007~0.0100.002~0.0130.008~0.0200.012~0.022Ws0.003~0.0150.005~0.0150.001~0.0100.015~0.025WP0.10~0.200.10~0.200.25~0.500.20~0.30WMn0.010~0.0300.010~0.0200.007~0.025≤0.03WSi0.002~0.0080.002~0.0060.002~0.012≤0.0025Wc国内某钢厂韩国浦项钢铁公司美Armco钢铁公司日本新日铁公司成分超深冲钢生产工艺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。61(LF+)RHIFAnsteel63.9(without[C]）6780(without[C]）65.758[C]+[P]+[S]+T[O]+[H]+[N]/×10-4%RefiningprocessSteelgradeSteelcompany(LF+)RHIFBaosteelLF+VDPipelineAnsteelLF+RHBearingPOSCORHIFTKSRHIFJFE国内外部分钢厂IF钢纯净度达到的水平超低硫钢生产工艺技术－喷Mg脱硫需要注意的问题：•喷Mg铁水脱硫渣的扒除；•转炉炼钢“回硫”问题重；•“LF＋真空”精炼时间长。超低硫钢生产工艺技术－KR铁水脱硫•采用CaO-CaF2系脱硫剂；•脱硫剂作用时间长；•大约12min脱硫反应可基本达到平衡；•脱硫处理时间较喷粉工艺缩短5min；•脱硫效率提高20－35％左右。超低硫钢生产工艺技术－钢水真空喷粉脱硫铁水预处理－BOF－真空喷粉精炼－CC工艺：•精炼时间短（～45min）；•同时进行脱硫、脱氢、脱氮；•[S]可以脱除至3～5ppm。RH－喷粉脱硫•新日铁名古屋厂、住友金属和歌山厂等采用；•用于生产超低硫钢([S]：4～15ppm)；•优点：–处理时间短(30min)；–脱硫剂消耗少；–钢液[N]、[C]回升少(适合无取向硅钢、低碳管线钢等）。RH－PTB超低磷钢生产工艺技术传统工艺：铁水“三脱”传统工艺：双渣吹炼主要问题：•脱磷渣很难较完全倒出；•钢水过氧化严重；•效率低、成本高。主要问题：•脱磷前必须进行脱硅处理；•废钢比低（≤5％）；•脱磷炉渣处理难(碱度过高)。转炉脱磷预处理工艺布置2、钢中超低碳的冶炼技术2.1转炉冶炼终点的控制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[Fe]+[O]=（FeO）(2)lgaFeo/[%O]=6317/T–2.739（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，此时熔池中的平衡氧含量为740ppm。转炉冶炼终点[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。6.921.021.419.214.517.00.05.010.015.020.025.00~0.0250.025~0.030.03~0.0350.035~0.040.04~0.050.05终点碳含量（%）百分比（%）炉龄对终点氧含量的影响图2500炉终点C-O关系图2500~5000炉终点C-O关系y=25x-1400600800100012001400160018000.020.030.040.05转炉终点碳含量（%）转炉终点氧含量（ppm）终点[0]乘幂(平衡[O])y=25.054x-0.99960200400600800100012001400160000.020.040.060.080.1终点碳含量（%）终点氧含量（ppm）终点[0]乘幂(平衡[O])图5000~7500炉终点C-O关系图7500炉时终点C-O关系y=25x-10200400600800100012001400160000.020.040.060.080.10.12转炉终点碳含量（%）转炉终点氧含量（ppm）终点[0]乘幂(平衡氧)y=25.126x-0.999200400600800100012001400160018000.020.030.040.050.060.070.08转炉终点碳含量（%）转炉终点氧含量（ppm）终点[0]乘幂(平衡氧)温度对氧含量的影响图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。20040060080010001200140016001800160016201640166016801700172017401760终点温度（℃）终点氧含量（ppm）终点[0]2.2RH快速高效脱碳真空度钢水循环流量提升气体流量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。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（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提高RH脱碳速度的措施(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参数容量，吨/炉240真空室直径，mmΦ3000上升、下降管直径，mmΦ550上升管气体流量，Nl/min3500真空泵能力(0.5torr下)，kg/h1200加古川厂不同RH真空度对脱碳反应的影响(2)加快钢水环流速率提高钢水环流速率Q的措施•提高真空度；•增加上升管Ar流量；•增加上升、下降管截面积。神户制钢加古川厂2＃RH的有关参数容量，吨/炉240上升、下降管直径，mmΦ450→Φ550上升管气体流量，Nl/min1000→3500真空泵能力(0.5torr下)，kg/h600→1200采取增加浸渍管内径和提高Ar流量的措施非常有效(3)吹氧强化的技术采用KTB前后RH的终点碳控制采用强化脱氧技术前后的脱碳参数变化(4)RH工艺过程的控制严格控制前工序碳、氧、温度；前期OB强制脱碳；RH合理快速的压降制度合理的吹氩制度工艺控制模型；炉气在线分析、动态控制。2.3防止RH后钢液增碳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。减少RH精炼后钢液增碳采取的措施7ppm8～9ppm最好达到2.6ppm增C量中间包：低碳高碱度覆盖剂结晶器：低碳高粘度保护渣RH：减少RH真空槽冷钢结晶器液面控制仪钢包：超低碳多孔镁质覆盖剂中间包：超低碳覆盖剂结晶器：低碳空心保护渣水口：低碳长水口和浸入式水口结晶器液面控制仪采取措施国内某厂新日铁生产厂3、RH精炼炉的技术发展3.1RH精炼炉的特点•冶金工程技术学科发展的主要成就：（引自：2007－2008年冶金工程技术学科发展现状）RH真空精炼技术和装备是二次冶金中水平最高、难度最大的，2003年前几乎全部引进，发展也很慢，但2004年开始有了较快发展，并且国产技术和装备迅速占据主导地位。现有59台RH装备，2007~2008年就新建25台，而国产RH18台占72%，快速RH多功能真空精练技术研究也已取得新成果。这一切都是钢铁产品的升级换代取得重大突破的必要基础。•RH数量快速增长创中国冶金史新纪录；1967（1台）、1997（12台）、2003（20台）、2006（34台）、2008（59台）、2010（预计60台）•新建RH多数为高效、多功能的高水平装备；•工艺更加稳定、高精度控制的自动化水平不断提高；•立足国内设计、制造和建设。•现代RH精炼炉的技术特点：－采用RH吹氧工艺，提高了粗炼钢水碳含量（从250ppm提高到600ppm），降低了处理温降，并具备温度调节作用；－通过扩大真空室内径，增加高度，扩大浸渍管内径，进一步提高钢水循环流量；－通过提高抽气能力和循环气体流量，提高了RH反应速度；－采用喷粉工艺实现钢水深脱硫。RH真空精炼的冶金功能脱气精炼脱氢板材、线材脱氮脱氧自然脱碳电磁材料及低碳钢等温度和成分调整用于轧制薄板厚板的碳素钢吹氧升温强制脱碳脱气不锈钢、IF钢等极低碳钢喷粉去除夹杂脱氧高合金钢、不锈钢等脱硫脱磷RH冶金功能3.2RH精炼炉的技术发展A、冷钢的形成RH处理过程中，从上升管吹入的氩气，形成大量的气泡，气泡受热不断膨胀并带动钢水上升，当气泡进入真空室后，由于压差使气泡破裂，在破裂的瞬间将钢液击碎形成无数小液滴，在此过程中既完成了RH的各种脱气反应，但同时部分液滴可吸附于真空槽壁，经数炉堆积后，就在槽内形成了所谓的“冷钢”或称“钢瘤”。由此可见，冷钢是伴随RH钢液环流而生，是RH处理的孪生产物。（1）消除冷钢技术B、影响冷钢形成的外来因素其外来因素可概括为：●槽壁耐材的温度●钢中含氧量F[O]（即处理沸腾钢或镇静钢）●钢中含碳量●处理真空度控制（包括抽气速率）●环流气流量大小●“OB”吹氧情况●合金加料引起的沸腾和飞溅（2）增强抽气能力，加大环流速度，强化脱碳功