钢中氧的控制及氧化物冶金.pdf

繁二鼹全謇镪矮量蒜嚣金摄夹杂褥控铡学零会谈论文集钢中氧的控制及氧化物冶金潘秀兰李震王艳红粱慧智冯士超刘丽娟鞍锅黢铃毒限公遥拄术孛心，辽宁鞍出|4 0 0 9揍簧：系统逸努爨筝镶孛戴麓行必帮舞鬣镶孛氯纯痨夹杂夔揍施分镪耱耧厂家薪霾铁、J F E、P O S C O、宝钢、武钢和鞍钢等)统计了世界纯净钢生产先进指标讨论了采用氧化物冶垒技术生产的钢巾非金属夹杂物的性矮察鑫内铁索体豹彩孩提理，籀述了氧化秘冶金技术鹩斑用关键试：转炉炼钢；总氧含豢；非金属夹杂瓣；甄化物冶金；是内铁豢馋1 前言纯净镶驽菲金属夹杂物仍是当前炼镶科研懿热点；葺#金属夹杂物按饨学成分可分蔻硫化辏、A 1 2 0 3、硅酸盐、钙铝酸簸和氮化物夹杂(T i 五犬类；按其加工性能还可分为塑性夹杂、脆性夹杂裁不变形夹杂物。蕊性夹杂物簇群状A 1 2 0 3)耱苓变形夹杂物(钙镊酸盐、块状A 1 2 C b 帮T i N铸)中氧化物夹杂数量占绝大多数，对钢的加工与服役性能影响很大。对氧仡勃夹杂要求苛刻静镶种主要有：超深冲汽车钢板藕黼罐溺锈要求总氧含蠢低予3 0 x l 矿，昌前优质汽车投已能达到2 0 x 1 0 西以下；轮胎予午线黑冷拔钢丝、大撬悬索用冷拔钢丝等要求总氧禽量低于2 0 x1 0 每，夹杂物尺寸小于2 0 9 m，并不岔A 1 2 0 3 类爽杂；轴承钢、优质轴承钢慧氧含量控制在5 xl 扩以下。本文佼讨论镪孛的氧纯物夹杂及氧纯貔冶金。2 氧对钢材性能的影响美国威尔顿公闭生产0 1 5 m m 厚薄板时，在D T R 生产线上检查1 2 0 个板卷发现，钢中总氧含麓与冷轧板质量存在弱最的对废关系p l，铸坯串T【O】越低，冷轧板质量指数越高，T【O】分别为(1 5-2 0)l 矿、(2 1 2 5)x i 酽、(2 O)l 酽秘大予3 0 x l 矿时，质量指数为8 l、7 2、6 9 襁3 5；T【饿为(4 0-1 0 0)x I 矿时，废品率很商，集中表现在中间包浇注不稳定的铸坯段上因此提出铸坯控制标准受T O 2 5 x l 矿。滂项谖套罐凸缘裂纹原嚣对，发瑗萼l 起凸缘裂纹戆是簇群状A 1 2 0 3 夹杂和铝酸盐夹杂物。茨国阿姆柯公司阿什兰厂发现板材发裂的原因是表面和皮下有簇群状A 1 2 0 3 夹杂或复合菲金属夹杂耪。研究表弱，深渖瘸低碳铝镇簿锈薄板表嚣“自线”和飞翅裂纹主要也是A h C h 夹杂和钙铝酸盐夹杂引起的。袭l 为一些纯净钢种缺陷原因的调查结果。表l 一些缝凄镳种簸醢嚣邈的调粪结果T a b IR e s u l t so fp u r es t e e ld e f e c tr e a s o n往：夹杂尺寸为板材加工后的尺寸，推算到铸坯中，约5 0 一6 0 p m-8 9 第十二届全国钢质量与非金属夹杂物控制学术会议论文集3 世界先进钢厂钢中氧含量指标钢中非金属氧化物夹杂的来源见图1。通过对转炉、精炼和连铸工艺的不断优化，钢水中氧含量不断降低。图2 示出近年来I F 钢氧含量变化趋势嘲，中间包钢水T【O】含量由1 9 9 8 年的5 0 x 1 0-6降到2 0 0 4 年的3 0 x 1 0 石，同时氧含量的波动也明显减小了。螽化物系非金屠夹杂物图1 钢中非金属氧化物夹杂的来源F i g 1T h es o u r c eo fn o n m e t a l l i ci n c l u s i o n si ns t e e lF i g 1成品中T【o】x 1 0 石图2I F 钢氧含量变化趋势T r e n do ft o t a lo x y g e no f I Fs t e e l炼钢脱氧的目的是降低钢中自由氧，同时要确保残留的氧化物夹杂的大小、类型和分布对钢的加工与服役性能无影响。表2 为世界上一些先进厂家生产铝镇静钢时的T【O】指标【3 卅。不难看出，氧含量的控制伴随炼钢生产工序的每一步4 钢中氧的控制4 1 出钢时及钢包中氧的控制转炉终点钢水氧含量是决定钢中内生夹杂物数量的重要条件氧含量高时，生成的一次和二次脱氧产物多，在后续精炼和连铸过程中仅能去除生成的部分夹杂物。转炉终点碳含量、温度和渣的氧化性对钢中氧含量有直接影响。在钢水成分和吹炼制度一定的条件下，要降低转炉终点氧含量，应该注意以下几点1 7】：钢水终点碳含量应不小于0 0 3 5：终点温度应控制在1 6 4 0 一-1 6 8 0 范围内；渣中的(F e O+M n O)含量应保持在1 4 1 8 范围内；采取强化复吹工艺(尤其是生产超低碳钢)，终点碳含量在0 0 2-。0 0 5 范围内，顶吹终点氧含量为0 0 7 0 0 9，复吹终点氧含量为0 0 2 5 0 0 6 0。因此，在转炉冶炼中采用动态控制，提高转炉碳含量和温度的双命中率，减少后吹，加强复吹效果是降低转炉终点氧含量的有效措施。既可节约铁合金消耗量，更重要的是减少了钢中夹杂物的生成量，提高了钢的质量。，表2世界先进钢厂纯净钢生产各工序钢中全氧量T a b 2T h et o t a lo x y g e ni ne a c hp r o c e d u r eo fp u r es t e e lp r o d u c t i o ni nt h ea d v a n c e ds t e e l m a k i n gp l a n t s钢厂1 蓠蘸芳覆_ 葛焉蠢F 盐；面鬲-皇詈篓蠹百指标年份 I n l a n d F-4-弓 B O F麓B：皇8 0淼2 11 5：黧美国阿姆克M i d d l e t o w n 厂R H6 0-1 0 51 5-4 0(平均2 5)1 6 9 2 3 81 9 9 1美钢联L o r a i n 厂B O P真空脱气1 3 1 71 9 9 1北荚某厂2 0-3 52 0-3 01 0-1 51 9 9 1加拿大D o f a s c o 钢厂L F+R H1 91 3美国W e i r t o n 炼钢车间D m v o-R H2 3 士1 02 2-土1 21 9 9 5芬兰R a u t a r u u k k iR a a h e 钢厂4 8 士1 23 23 81 71 9 9 3芬兰K o e r h a r 厂气体搅拌3 22 32 0 0 0德国D i l l i n g e r 厂l O 1 51 0S 1 51 9 9 49 0-物化夹产氧物性氧次成架物脱二生外杂第十二建金藿钢矮量冬非金震夹杂物控裁学术会议论文纂搅拌对钢水脱氧产物的排除起决定作用，脱氧剂溶解及脱氧反应非常迅速，通过碰撞长大和夹杂兹的排除是限制环节。另井，要注意减少钢液与顼渣、大气、耐火材料发生二次氧亿。防止：次氧化的重点之一是出钢时，阻止B O F 转炉渣带入镪包，解决方法是暇：提高8 谨9 0)含量毅增掇炉渣碱度当聊g。)含量增高至1 0，吹炼结束时【C】为0 0 1,-,0 0 4，则B O F 转炉渣中的(T F e O)含量霹软辫褥到1 3-1 4。在婵g 嗡为1 0 时，C a O S i O z 增热到5 跌上，可使带入锻包蕊B O F转炉渣减少到低于3 k g t 钢。这种稠化炉渣攒施可以显著地减少出钢下渣量此外还有机械挡渣法，絮挡渣球、整渣褪等也是霄效减少密镧下渣翁办法。住发在I R-U T 工艺用A r N 2 搅拌钢包内钢水后，T【O】含量从I R-U T 前的(4 0-一8 0)x l 扩(3 z均5 7 x l 酽)劐结晶器降为(2 5-,3 0)l 矿(平均2 5 xl 酽)。4 2R H 巍离氧懿控翩R H 真空处理是去除钢中氧的有效手段。此工序影响钢水总氧含量的因素之一是夹杂物的上浮速率。提高姨氩流量、增大浸渍管鸯径有助手夹杂耪麴主浮。蓝井，影响镶承总氧含量靛透素还有初始氧含量、铡包渣中的(F e O+M n O)含量、钢包衬及钢包渣q a l 妁S i 0 2 含量秘纯脱气时间等。醚着楚壤时阉的延长，钢中总氧含量鼹著降低。但处理延长劐一定时间时，氧含量变化不大。因此，纯脱气处理时间在1 5 -2 0 m i n 范围内比较合适。新隔铁名古屋厂用R H 生产A l-S i 镇静钢阴，添加C ao-C aF 脱硫剂，结晶器内钢水T【。】在2 0 x 1 0 以下，R H 黍热C a 合金进行楚理，效果良捋；铝镇静锈C a 愁理，主要是麓天C a S i+C a F e、C a F e 或C a 混合物。英国钢铁公司钢包钙处理后T【O】在1 5 x l 旷以下，【S】在3 0 x l 旷以下。德国R H 钙处理，T p】达裂(|孙2 妨l 萨。鑫本R H 钙楚理T p D】在2 0 x l 扩瑷下，S 为(1 2-,1 5)x 1 矿、甚至T O I 在1 0 x l 矿以下。J F E 午时厂三炼钢预脱磷、硫后，采用Q-B O P-R H C C 工艺已经生产出平均下【o】为2 0 1 0 碡的超低碳钢，Q-B O P 终点T【o】(4 5 0 5 5 0)x I 矿、R H 脱气后为4 0 x l O 而、中窝怠为3 2 x 1 0 每、铸垤为2 0 x l 酽。该厂使用K T B 时，K T B 终点T O 巍(4 2-6 2)x 矿。孛镪公霉L D R H。C CT 艺生产C Q I C Q 级的冷轧板，A l 脱氧后R H 高速循环“1 2 r a i n、连铸中间包与钢包密封、中闻苞热挡臻，使R 珏嚣T O 3 0 x l 扩，坯孛零【翻秀t i。6 x l 扩。嚣本J F E 传统翦R H 工艺，处理2 0 m i n 可使R H 终点T【o】达到2 5 x 1 0 r 6、咖为4 5 x 1 0 r 6。但J F E 目前发明的N K-P E R M 工艺，使得2 0 r a i n 簸理R H 终点研。】达5 x l 矿，8 叼为6 0 x 1 0 毒，使大于5 p m 缒夹杂个数耢：传统褂 法少约l o 倍，大母l O 雌的夹杂几乎没有。4 3 连铸过程氧的控制有整文献孛把钢孛总氧含量0 莓封把孛瓣包总氧含量)箨为糕碳镐镇静钢缝净度瓣标准。串闻包对于控制钢中氧含量、提高钢水纯挣度也霄重要作用。减少钢包渣中的(F e O+M n O)含量、降低耐火耪料中豹S i 0 2 含量、教善保护浇注效采，使暇氮量小于3 x 1 0 壬，有利于钢永慧氧含盈的降低。J l|崦试验找出了冷乾薄板波现的缺陷S 中阕包锯水中T 嘲抟关系。M i z u s h i m a 厂5 号连铸枧取样蕊察冷轧薄板缺陷，褥出的绪论与茨国威尔顿公司检查结果一致，情况如下：巾间包钢水中T【O】低于3 0 x 1 0 毒，薄掇缺鏊辍少，产瑟兔检；孛舞包T 阐为0 鹭x l 矿，薄板可蕤产生缺貉，产燕崧须经过检雀：中间包T【o】大于5 5 x1 0 6 时，产品自动降级使用。9 1 第十二届全国 9 I 质量与非盘属央杂物控制学术台议论文燕为了防止钢水再污染井进一步排除夹杂物在连铸过程中可采用如下技术措施”：采用保护浇注、碱性包衬、碱性覆盖剂和中间包畋氪密封等技术来防止二次氧化：采用钢包下渣检测器和中问包恒重操作防止浇注过程下渣：通过控制结晶器渡面波动、结晶器钢东的流动并采用合适的保护渣，肪止结晶器卷渣；中间包中采用挡墙、坝、阻瀛器和电磁离心搅拌，结晶器采用电磁制动和电磁搅拌进一步去除夹杂物：提高非稳态浇注的操作水平。浦项使用了三项措施：优化钢包渣，加入弹丸铝：R H-O B 处理时，通过O B 孔加入C a O _ C a F：改进中间包挡墙与坝的结构使坝有过滤器功能效果很好。特别是P,H O B 真空室加入C a O-A 1 2 0 3 基合成熔剂处理后，T O】为(3 0-3 1)x 1 矿：加入C a O C a F 2 基合成熔剂处理后，T【o】为(2 5 2 6)x i o，井得出结论：钢包中央杂去除效率与渣摇点、碱度和氧势有关，碱度大、氧势小可使T o 降低。综上所述，随着对转炉终点氧含量的严格控制以及炉外精练技术、中间包冶金技术的发展，近几十年来，钢中的总氧含置不断降低夹杂物越来越少钢水的纯净度越来越高钢材性能不断得到改善。5 氧化物冶金在纯净钢生产中，夹杂物去除的越干净，产品成本越商，通过研究发现弥散在晶内的细小氧化物有孕育剂的作用利用这些氧化物并控制其在钢中的形态和分布可以改变铜的组织和品粒度，使钢材具有良好的韧性、较高的强度及优良的可焊性。这技术被称为氧化物冶金。5 1 氧化物冶金技术的发展1 9 9 0 年，在日本名古屋召开的国际钢铁大会上新日铁的高村和沟口首次提出氧化物冶金的概念i 5 年来，氧化物冶金技术受到国琢冶金材料学术界和产业界的广为关注。主要产钢厨均致力于其机理和应用的研究。虽然目前公开报道实例仅限于高级别管线钢和非调质钢的试生产但从氧化物冶金技术机理(图3)来看有望应用于超细品粒钢种。钢巾形成的超细(颗粒直径 3 p m)均匀分布的高熔点氧化物采杂晶内铁素体组织比微合金他锕组织更细小韧性甚至超过一般淬火回火钢，由此生产的非调质钢可用于生产汽车转向和悬挂系统的保安件。5 2 晶内铁素体的作用和形成机理(参见图4)圈一隧醑嚣l 叠_ _ 强蕊女也竺型翳豳豳一匦酊悃瞳翳豳豳啊l 塑!坚亟h一曩翻圜叠_ 镰懂型翻舅譬豳_圈戮翟圈_圈3 氲化物冶金的机理F i g 一3 T h e m e c h a n i c so f o x i d e m e t a l l u r g y图4 昌内铁素体组毁F i g4 T h e m i c r o s t r u c l u r e o f i n t r a g r a n u l a r f e r r i t e新日铁采用氧化物冶金技术生产的X 8 0 级管线铜，低温韧性较传统T i N 冶金明显提高I”1；生产的铁素体珠光体型非调质钢强度商且韧性好已大量用于制造汽车轴和连杆等部件。氧化物冶金技术的关键是通过精确地控制钢水凝固前沿的凝固条件，对夹杂物的种类、大小和形态进行控制。制约氧化物冶金技术应用的主要原因是其工艺的复杂性。6 结论(I)氧是练钢过程中犀滩控制的有害元素氧化物不但影响产品质量，而且造成水口结瘤影响生产的顺行。其来源广泛，主要为脱氧产物、二次氧化产物、卷渣和侵蚀的耐火材料等。第十二瞒全国镪质量与菲金属夹杂物控制学术会议论文集彩控制钢幸氧诧物夹杂要抓岱生产流程的每个环节，主要措施是：控割潞镄【剑含量；热大挡渣管理力度；提高精炼处理指标；改进保护浇注效果；控制保护渣的质量和卷渣；生产稳定。国锈永的脱硫、脱磷、蕊碳直接受锈中氧含量制约，应根据销种要求制定合适的工艺路线。(4)目前，氧化物冶金技术成为广为关注的前沿技术，虽然公开报道的氧化物冶金实例仅限于高级别管线钢和非调质钢的试生产，但从氧化物冶金机理来看，有望应用于超细晶粒钢种，氧化物冶金技术研究及应用前景广阔。参考文献：【l】L i f c n gZ h a n g,B r i a nGT h o m a s,X i n h u aW a n g E v a l u a t i o n A n dC o n t r o l o f S t e e lC l e a n l i n e s s，R e v i e w 8 5 t hS t e e l m a k i n gC o n f e r e n c eP r o c e e d i n g s【C)，I S S,P A,N a s h v i l l e，V 0 1 8 5，2 0 0 2 4 31-4 5 2【2 l 郑设裕，职建军宝钢汽车板炼钢生产技术的步，2 0 0 5 年全嗣炉外精炼学术会议论文集f 锈，安徽，2 0 0 5，1 4 1 7【3】崔健等宝钢纯净钢生产技术进步，中国冶金闭，2 0 0 4，(7)：1 -6【4】贾蜜军，郑琳，郭斌武钢管线镪生产情琵及发展规划，焊管圆，2 0 0 1，(1)：3 2-3 8【5】潘秀兰钢洁净度的评定与控制，鞍钢技术 J l，2 0 0 4，(1)：5 7 6 1 润李德嚣，黄运平，等援锈生产过程巾影嚷R H-T B 粪空脱碳效果豹工艺研究，2 0 0 5 年全蓬炉井精练学术会议论文集【C)，安徽，2 0 0 5，6 2-6 5闭杨隧瓣，刘学华，黎开科炼钢过程钢巾氧的掇制，钢铁研究学报啊，2 0 0 5,1 7(3)：2 1-2 5【8】张立峰，蔡开科中闽包冶金技术的发展，华东冶金学院学报t J ，1 9 9 7,l 4)：3 4 0-3 4 6【9】O x y g e ni nS t e e l m a k i n g：T o w a r d sC l e a n e rS t e e l s,I r o n m a k i n ga n dS t e e l m a k i n g J ，2 0 0 1，2 9(2)：8 3 l 璐刘审挂，蔡嚣科。纯净钢及其生产技零，镶铁国，2 0 0 2,3 鬟移：6 4-6 9【l l】H T a n e h i m，K N i s h i o k a,Y O g a t a D e v e l o p m e n t o f X 8 0 G r a d e L a r g e-D i a m e t e r L i n e P i p e,$I J 铁研究【I I,1 9 9 1，3 4 0：1 6 O x y g e nC o n t r o li nS t e e la n dO x i d eM e t a l l u r g yP a n X i u l a nL iZ h e nW a n gY a n h o n gL i a n gH u i z h iF e n gS h i c h a oL i ut i j u a nT e c h n o l o g y C e n t e r，A n g l i n g S t e e l C o m p a n y L i m i t e d，A m h a n1 1 4 0 0 9，C h i n aA B S T R A C T：T h i sp a p e ra n a l y z e st h ea c t i o no f【明i ns t e e la n dt h em e a s u r e st a k e nt od e c r e a s eo x i d ei n c l u s i o n si ns t e e l A c c o r d i n gt os t e e lt y p ea n dt h ep l a n t s(N i p p o nS t e e l，J F E，P O S C O,B a o s t e e l，W I S C Oa n dA n g a n ge t e),t h ea d v a n c e ds t a t i s t i c so fp u r es t e e lp r o d u c t i o ni nt h ew o r l di sg i v e n T h ep r o p e r t yo fn o n m e t a l l i ci n c l u s i o n si no x i d em e t a l l u r g ys t e e la n dt h ef o r m a t i o nn u c l e a t i o nm e c h a n i s m so f i n t r a g r a n u l a rf e r r i t ea r ed i s c u s s e d,i n t r o d u c i n gt h ea p p l i c a t i o no f o x i d e sm e t a l l u r g yt e c h n o l o g y K E YW O R D S：B O F：t o t a lo x y g e n：n o n m e t a l l i ci n c l u s i o n s：o x i d em e t a l l u r g y；i n t r a g r a n u l a rf e r r i t e-9 3-钢中氧的控制及氧化物冶金钢中氧的控制及氧化物冶金作者：潘秀兰，李震，王艳红，梁慧智，冯士超，刘丽娟作者单位：鞍钢股份有限公司 技术中心,辽宁鞍山 114009 相似文献(0条)相似文献(0条)本文链接：http:/