纯净钢冶炼.pdf

书书书!试验研究!#$%&()&*!#+纯净钢的冶炼及效果邓林涛!中国第二重型机械集团公司 四川!#$%#摘要!分析了&()*+,-+$&(.纯净钢的冶炼难点 同时对低硅钢的冶炼工艺进行了深入的分析研究 提出了采用钢包炉用铝预脱氧并进行./的冶炼工艺方案和真空浇注过程中严密保护防止二次氧化的工艺思路 并制作了中间包双气封保护装置 实际使用效果十分理想 所炼钢的质量达到了纯净钢的要求$关键词!&()*+,-+$&(.%冶炼%纯净钢%煤液化装置%热壁加氢反应器%锻件中图分类号!0#文献标识码!10 2 34 5 3 6 7 8 9:;*-9?7 2 3 A A 3 C 3*2 =9 6 D E 3?7 2 3?8 A A 8 9?6 B 7 3?7 2 3=5 3 6 7 8 9:C*-3=-A 7 2 3 6-G+=8 6 8 9?C B 7 A-*G *?7 2 3C*-7 8-9F DI JG 8 7 21 6 9?=5 3 6 7 F D./=G 3 6 6 =7 2 3 -9 3 C 7 A-*=7*8 7 8-9?B*8 9:K 9 G 2 8 6 3 7 2 3?-B F 6 3 8*C*-AC*-7 3 =A F*8 7 3?0 2 3C*7 8 6*3=B 6 7=2-G7 2 3C 3*A 3 7 3 A A 3 9?L B 6 8 7 D-A=7 3 3 62 =5 3 7 7 2 3*3 L B 8*3 5 3 9 7=-A 7 2 3C B*3=7 3 3 6 8-9:)%;6&()*+,-+$&(.=5 3 6 7C B*3=7 3 3 6 6 6 8 L B 3 A 8 3*2-7G 6 6 2 D?*-:3 9 7 8-9*3#%具有较高的抗高温蠕变性能 使材料的使用温度也提高一个等级!N#&O#%具有较高的抗回火脆化能力%具有更好的抗氢侵蚀 氢脆和氢致裂纹的能力%具有非常高的抗不锈钢堆焊层剥离性能$我们对&()*+,-+$&(.纯净钢筒体锻件的制造技术进行了研究 首先进行了煤液化装置用&()*+,-+$&(.钢的冶炼工艺研究$大型铸锻件万方数据!#!#$%&()&*!#+钢的化学成分要求及冶炼难点分析根 据 研 制 大 纲 和 技 术 条 件 要 求!并 遵 循1 4,规范及相关标准的规定!钢的化学成分要求见表表中示出的回火脆化敏感性系数!和主要是为了限制钢中杂质元素含量!计算公式#4 8 P,9$Q#;P4 9$Q$N所得的!因子是确定钢回火脆性敏感性的最佳途径!要求!因子不大于$除少量小五害杂质元素外!对!因子有影响的元素就是,9%4 8!考虑到钢淬透性及强度等因素!钢中要求有一定的,9含量!因此降低钢中的4 8含量对降低!因子就显得十分重要!同时降低钢中的4 8含量还有利于降低钢锭的1型偏析表#!#$%&()&*!#+钢的化学成分要求 3 5=-#-%-?1%-;7 -A 1 7 3=7)A B)6 1 2 1).)C!#$%&()&*!#+6 2-=化学成分的质量分数#R$),94 8;4)*,-S 8.S F)B1=4 94 F0 8T)U#R$V&Q$+!熔炼分析$!$($%$!$!$%$%$%$&$!&($W$!$%$&($&(!$%(%$X%$&$%$!%$(%$%$%$%$&%$(+成品分析$!$X$&X!$!%$%$%$W(!&!$#(!(%$&($&(!$%(%$X%$&$%$!%$(%$%$%$%$&%$(%$%(#为了提高钢的淬透性及强度!要求钢中的碳的质量分数控制在$%R!$(R范围!目标为$NR 同时在成分的设计上采用了微合金化!添加了微量的钛和硼因此!造成该钢在冶炼有以下难点#$如何控制钢中的氧含量!达到纯净钢的要求!并要求低硅#4 8%$R!实际控制在4 8%$(R$#&$如何保证微量%易氧化元素0 8%T的控制在很小的范围内#%$如何保证钢中的碳精确控制在$NR的目标值#N$如何保证小五害元素;%4%1=%4 9和4 F降低到极低的含量!满足脆化系数要求#($如何保证低硅%低铝含量及含有微量%易氧化元素0 8%T的经过二次精炼的纯净钢液在从钢包到中间包浇注过程中避免二次氧化D#冶炼工艺的确定对于低硅钢!传统的冶炼工艺为电炉粗炼!钢包炉.)/及真空铸锭.)/工艺因为在无铝和低硅含量!钢中氧含量高!必须通过.)/处理强制除气!以期在真空状态下!通过碳和氧的反应达到降低钢中氧含量的目的!尽可能完全脱氧众所周知(氧%碳之间在脱气时难以达到平衡根据0 8 H及其合作者得出的结果!在压力为%;时!)*Q)Y*的平衡值为%Q$+!而经除气后的)*Q)Y*的实际值高达&Q$+N由于此值较高!可以粗略算出含$&()R的钢水中氧含量近%Q$+N!这是仅通过除气来获得脱氧限度的例子由于除气后的高氧含量!钢锭凝固时则形成氧化物夹杂!导致钢锭底部产生夹杂这是锻造钢锭最不希望的 根据资料报道!在钢包精炼中!当($O!铝含量 低 于$(R时!钢 中 溶 解 氧 约 为(Q$+!比经.)/处理的低得多!而且钢锭中夹杂物很少因此!从第十一届国际锻造会议论文集的报告中可以知道!对于低硅超纯净钢的冶炼很多厂家都倾向采用铝脱氧的方法来达到钢中极低的氧含量而从对氧含量要求极严的轴承钢的冶炼工艺也可以得到用铝脱氧的例证用铝脱氧的另一个显著优点是钢包脱气脱硫率得到显著改善!这是因为钢中强力脱氧!对渣的还原性影响增大!提高了对硫化物的吸附能力根据&()*+,-+$&(.钢的冶炼特点及难点!我们综合两种方案的优点!决定采用钢包炉用铝预脱氧加./以及严密保护防止二次氧化的真空浇注工艺方案!见表&E#冶炼工艺要点N#精选炉料为保证微量有害元素如4 9%4 F和1=等尽可能控制在低程度!采用小五害元素含量极低的优质生铁及大块优质废钢作为冶炼炉料&$(年第期#总$X期$万方数据表!#!#$%&()&*!#+纯净钢冶炼工艺方案 3 5=-!#-A-=2 1./B%)7-6 6)C!#$%&()&*!#+6 2-=电弧炉兑钢钢包精炼炉真空浇注&熔化&过氧化!去除4 8和;&出钢&彻 底 去 除 氧化渣防止回;&加铝#预脱氧&加热和调整还原渣&真空处理!去除4$Y和Z&调整化学成分和温度&保护浇注&真空脱气N&#钢水粗炼电炉冶炼粗炼钢水#炉底配以适量的石灰及氧化铁皮#以利于早期形成高碱度高氧化铁的炉渣#为脱磷创造有利条件%粗炼钢水的主要任务是脱磷#通过大渣量并多次换渣操作#将磷降到$&R#为钢包精炼创造条件%N%#钢包精炼粗炼钢水兑入钢包炉时严禁带入粗炼渣#在兑入过程中加入铝块#添加造渣材料#以碳粉及铝粉进行扩散脱氧%补加合金达到内控规格要求%钢水进行真空处理#在真空下#利用碳和氧的反应进一步降低钢中的氧!达到钢中的氧小于&$Q$+!%利用良好的还原渣#在真空下将硫脱到极低的水平!$(R%钢包精炼的最终目标是达到纯净钢水%真空完后#加入微合金化元素#温度合适即可出钢%&()*+,-+$&(.钢熔炼及精炼期间化学成分的变化见图%N N真空铸锭为了防止钢水的二次氧化#在浇注过程中#采取了严密的保护措施#对中间包及注流进行了氩气保护#彻底避免了钢水的二次氧化#从结果看#效果十分理想%采用真空!真空度在%;以下 浇注#使钢中的氧进一步和碳发生反应#降低钢中氧含量$氢含量和夹杂#使钢达到纯净钢的要求%#研制结果及小结由#%7钢锭锻成模拟筒体一件#经粗加工后对整个锻件进行超声波检验#且对所有表面进行磁粉检验和液体渗透检验#没有发现缺陷%二重大锻所对钢包及模拟筒体不同部位化学成分质量分数的分析结果见表%从表%的结果看#模拟筒体锻件上$下两端及内$外各部位的各化学元素质量分数的偏差很小#表明筒体锻件各部位的成分均匀#并且各化学元素的含量达到了较理想的值#从而为获得材质均匀的锻件提供了图#&()*+,-+$&(.钢熔炼及精炼期间化学成分质量分数的变化J 8:B*3#0 2 3K *8 3 7 D-A 2 3 5 8 6 =A*9?7 2 3*3 A 8 9 8 9:%大型铸锻件万方数据表D#钢包及筒体不同部位的化学成分!二重分析结果 3 5=-D#-7 -A 1 7 3=7)A B)6 1 2 1).1.;1 C C-%-.2 3%-3)C 2 -=3;=-3.;2 -6 -=5);9!-3.3=9 6 1 6%-6 =2 6 C%)A$1.3F%G )./化学元素化#学#成#分!质量分数R#$Q$+!),94 8;4S 8)*,-.S F0 8T)B1=4 94 FZY!R$Q$+!标准$!$X$&X!$!%$%$%$%$&(&$!&($W$!$&(!$%(%$X%$%$%$&%$&$%$!%$(%$%+%$%(钢包$N$(N$&$($($&N$N$&X$!$&#$W$&$%$%$&+&$+水口端#$#$N$(%$%$!$&$&%W$($&!$!$&X$X$&$%$&$&$X&$N N#$#?$($(N$%$!$&$&N$($&!$!$&#$X$&$%$&$&$X&$N(!#$#$!$(N$%$($&$&N$N$&!$!$&#$X$%$%$&$X&$(X$!#$#?$($(%$%$($%$&%W$&!$!$&#$#$&$%$&$&$#&$%W&X#$%#$($(%$%$!$%$&N$&$&!$!$&#$#$&$%$&$&$X#N N#$%#?$!$(%$%$($&$&%X$&$&!$!$&X$#$&$%$&$&$!&%W&X#$&#$!$(%$%$!$&$&%W$&$&!$!$&#$W$&$%$&$&$W&$N N#$&#?$($(%$%$!$&$&%#$&$&!$!$&W$W$&$%$&$&$#&N($N W#$#$($(N$%$($&$&N$($&!$!$&#$#$&$N$%$&$(&(N(!X!#$#F$($(N$%$N$&$&N$($&!$!$&#$#$&$N$%$&$(&$%W W!#$#$X$(%$%$!$&$&%#$&$&!$!$&X$W$&$%$%$&$X&($N#(#$#F$!$(%$%$($%$&N$&$&!$!$&#$W$&$%$N$&$!&N(!$X W#$%#$!$(N$%$!$&$&N$($&!$!$&#$#$&$N$%$&$X&(%#!#$%#F$!$(%$%$!$&$&%W$&$&!$!$&W$#$&$%$%$&$#($N#(#$&#$!$(%$%$!$%$&N$%$&!$!$&#$W$&$%$&$&$#&$N N#$&#F$X$(%$%$!$%$&N$&$&!$!$&W$#$&$N$&$&$X&$(!X(#$#$($($%$($&$&N&$!$&!$!$%$W$&$%$%$&$(&$N!N X(#$#F$!$(N$%$($&$&N$N$&!$!$%$&$&$%$&$&$!&(%W W X 注%!4 8 P,9#!;P4 9#Q$!$;P(4 FPN 4 9P1=#Q$&)均小于$(R&%指切环$!W$F指切环W$!#$指切环#$!&X$?指切环&X$!%!$&内在的条件&钢中的磷(硫(砷(锡(锑小五害元素含量极低 氢及氧气体含量也非常的低 达到了纯净钢的要求&回火脆化敏感性系数!(都满足要求 其中!为%W&R!(X$R为!Q$+!#!Q$+!&为了保证化学成分准确(可靠 我们又将筒体N&$(年第期!总$X期#万方数据不同部位的试样送国家权威检验机构国家钢铁材料测试中心进行复检!特别对模拟筒体重点考核部位水 冒处#$#$#$%#$&#$#进行检验!检验结果见表N#从检验结果看!模拟筒体中!碳的分布非常均匀!小五害元素;41=4 94 F非常低!真正达到了纯净钢的水平#实际回火脆化敏感性系数!更低$!在&(#R!&!#R!在N W WQ$+!($WQ$+!达到国际先进水平#说明国家钢铁材料测试中心的分析比二重大锻所分析的数据精确%$+!&!也说明厂内控的分析结果!特别是对小五害等微量元素的分析偏于保守#表(所示为国外发表的分析数据#从表N和表(的对比可以看出!本试验结果优于国外的数据#筒体不同部位的夹杂物评级见表!#表E#筒体不同部位的化学成分!国家钢铁材料测试中心分析结果 3 5=-E#-7 -A 1 7 3=7)A B)6 1 2 1).1.2 -;1 C C-%-.2 3%-3)C 6 -=&5);9!-3.3=9 6 1 6%-6 =2 6 C%)AH 3 2 1).3=I 2-=JK%).(3 2-%1 3=-6 2 1./$-.2-%化学元素化学成分的质量分数%R&),94 8;41=4 94 F!%R&Q$+!标准$!$!$%$!$!$%$%$#%$(%$&%$%$N%$%(水口端#$#$#$%#$&#$#$%($%($%N$%($%($%(%$%(N$%(%$%(%$%(%$%$%$%$%$%$%$%$%$%$%$%$%X$%$%N$%$%N$%$%($%$N N$%$W$%$#$%$#$%$#$%$&$%$%!$%$%!&$%$&$%$%&$%$($%$(&(%#&!%&N%W W(%$%&冒口端#$#$#$%#$&#$#$($($($($($(N$(%$(N$(%$(N$%$%$%$%$%$%$%N$%($%!$%#$#$W$W$+$N&$N+$&$&+$N$N+&(#&!#+($($W+表#国外钢的化学成分 3 5=-#-7 -A 1 7 3=7)A B)6 1 2 1).)C 2 -6 2-=C%)A3 5%)3;化学成分的质量分数%R&),94 8;4S 8)*,-.)B0 8TQ$+!%R&法国法国&韩国意大利$%($N X$($($N!$($%$N($(&$!($#X$W$($($!$N$($&$($!%$&$&%&$%$X W&N$&%&$N$W W!$W#$#$&X$&#X$&W$%$($($N$&%+$&N$%+$W$#+XW+%X%X+注$&为法国制造的%)*+,-+$&(.钢表L#筒体不同部位的组织及夹杂物评级 3 5=-L#-6 2%7 2%-3.;2 -1.7=6 1).-M 3=3 2 1).C)%2 -;1 C C-%-.2 3%-3)C 2 -6 -=5);9部位组织晶粒度%级&非金属夹杂物级脆性 塑性总和部位组织晶粒度%级&非金属夹杂物级脆性 塑性总和标准$(%&%&%N标准$(%&%&%N水口端#$#$#?#$#$#?#$%#$%#?#$&#$&#?#$#$#F#$#$#F#$%#$%#F#$&#$&#F#$#$#F贝氏体回火组织贝氏体回火组织贝氏体回火组织贝氏体回火组织贝氏体回火组织贝氏体回火组织贝氏体回火组织贝氏体回火组织贝氏体回火组织贝氏体回火组织X#X#$#$X#X#$#$X#X#$($($($($($($($($($($($($($($($($(大型铸锻件万方数据#从夹杂物评级看出!筒体不同部位的夹杂物很低!没有明显局部偏高现象表明模拟筒体锻件的均质性及纯净度很高!完全符合研制大纲和技术条件要求由以上分析讨论和研制结果说明煤液化装置#热壁加氢反应器$用&()*+,-+$&(.纯净钢所采用的冶炼工艺方案是正确的!具有可控性好!成渣快!脱硫率高!操作稳定!合金收得率稳定等特点!同时!在中间包及注流采用的保护措施!可以有效防止钢液的二次氧化!所冶炼的钢达到了纯净钢的要求责任编辑#!傅冬梅!*E年度中国企业新纪录重型机械行业榜#&$N年度中国企业新记录#第九批$全国&W个省%市%自治区%个行业%&家企业共申报!N&项!经评审委员会审定!中国重机协会初评推荐的 N项记录全部被授予中国企业新记录记录项目如下&中国第一重型机械#集团$有限责任公司就鞍钢X#$五机架冷连轧机组&$%年实现销 售收入&$万元!实现利润#$万元该机组是我国国内第一次自主开发研制!具有自主知识产权的冷连轧机组它的生产工艺和关键设备均属当今世界一流&太原重型机械集团有限公司&$&年设计开发并制造的!(吨干熄焦提升机是我国设计开发的首台性能先进%全自动工作的用于提升运输待干熄红焦的专用提升设备!该产品整机性能达到国际先进水平%太原重型机械集团有限公司&$&年!首次为日本三菱公司设计的宝钢集团上海一钢 公司X#$55不锈钢热连轧机设计开发的 )6 6 6(+X(_ U油膜轴承%为首钢%($55厚板轧机设计开发的 )6($+X(_ U油膜轴承!产品整机性能达到国际先进水平N太原重型机械集团有限公司&$%年!&$N年上半年生产制造的中国国家大剧院舞台设备!是我国目前功能最全!专业化程度最高!技术水平最先进的成套舞台设备(沈阳重型机器有限责任公司&$%年大型烧结机#台车宽度(5以上$制造!实现销售收 入!(N万元!创国内烧结设备制造行业烧结台车制造宽度及烧结机年销售收入最高记录!沈阳重型机器有限责任公司&$&年承制的鞍钢集团弓长岭球团工程主体设备($5&鼓风环式球团冷却机投产一次试车成功!创造了制造亚洲第一大球团环冷机新记录X沈阳重型机械集团有限责任公司于&$世纪X$年代制造的&(,S水压双动铝挤压机为我国自行开发研制的第一台万吨级的大型水挤压设备#沈阳重型机械集团有限责任公司 W W&年!W W(年为内蒙元宝山露天煤矿与国外联合设计制造&台%!$5%2斗轮挖掘机该设备但台重&N X(7!长$5!宽 X 5!高%&5!具有%组!履带行走机构创单机重量最大!外形尺寸最大!在陆地上可以自行行走的设备最高记录W沈阳重型机器有限公司&$年开发制造的由(%(5Q!&5润磨机是为球团$5%竖炉工艺配套的设备!到&$N年!月已经生产&$台!是目前我国最大规格的润磨机$沈阳矿山机械#集团$有限责任公司&$%年开发研制的日产$吨水泥生产线(#$5预均化堆场堆取料机!是国家(十五)重大技术装备研制项目之一!创国内料场堆取设备规格%生产能力最高纪录 江阴凯澄起重机械有限公司&$%年生产钢丝绳式电动葫芦#(台!销售 X#%#台!创钢丝绳式电动葫芦产销量全国第一&西安重型机械研究所于&$%年X月为上海钢铁研究所设计成套的(不锈钢高精度四辊液压轧机)!产品厚度精度$&55$N55!成品率W WR!创国内同类轧机产品厚度精度和成品率两项最高记录%西安重型机械研究所&$N年&月为天津市冷轧薄板厂开发设计并成套的大型拉伸弯 曲矫直重卷机组!装机水平和技术水平居国内同行业第一!创生产线规格($55%拉矫速度&($55 8 9%矫后成品平直度%三项国内最高记录 N西安重型机械研究所与奥钢联合作!于&$%年W月为攀钢设计成套的&#$Q%#$55&六流大方坯连铸机创国内同类连铸机装备水平最高纪录摘自*中国重机协会通讯+&$(!&$(年第期#总$X期$万方数据