炼钢-精炼-连铸钢中夹杂物控制蔡开科9-8

炼钢－精炼－连铸钢中夹杂物控制

蔡开科孙彦辉倪有金

北京科技大学

冶金与生态工程学院

2008年9月

目录

1 前言

2 洁净钢概念

3 转炉终点氧活度的控制

4 脱氧和夹杂物的控制

5 浇注过程中的二次氧化产物的控制

6 连铸坯中的夹杂物

7 炼钢生产过程中夹杂物控制对策

8 结语

1 前言

所谓连铸钢水准备，实质上就是连铸钢水质量控制。只有得到良好的钢水质量，连铸机才能达到生产率高、铸坯质量好。所谓良好的钢水质量：

●钢水温度

●钢水成分

●钢水可浇性

●钢水纯净度（S、P、N、H、T[O]）

●钢水夹杂物（数量、尺寸、形态、类型）

根据钢种和产品用途，对连铸钢水质量有不同的要求。通过炼钢和炉外精炼来达到上述要求，得到良好的连铸坯质量。

所谓连铸坯质量包括：

●铸坯洁净度（夹杂物数量、类型、尺寸、分布）

●铸坯表面质量（裂纹、夹渣…）

●铸坯内部质量（裂纹、夹杂物、疏松、偏析…）

图1.1 炼钢生产流程示意图

如图1.1所示，从炼钢生产流程来看，铸坯洁净度主要决定于钢水进入结晶器之前的炼钢精炼工序。铸坯表面质量主要决定于钢水在结晶器凝固过程，铸坯内部质量主要决定于二冷区的凝固过程。

下面主要讲炼钢-精炼-连铸过程钢中夹杂物控制问题：

☐洁净钢概念

☐转炉终点氧活度的控制

☐脱氧和炉外精炼的控制

☐浇注过程中的二次氧化产物的控制

☐连铸坯中夹杂物的控制

2 洁净钢概念

纯净钢(purity steel)：

ΣS+P+N+O+H总和水平：

60年代≤900ppm

70年代≤800ppm

80年代≤600ppm

90年代≤100ppm

2000年后 < 50ppm

高纯净钢对炼钢工艺要求：

（1）去除杂质元素

●超低[C]：如汽车板；

●超低[S]：如输气管线；

●超低[N]：如铁素体不锈钢废气管，冷锻线棒材；

●超低[P]：如高压容器钢板。

（2）去除夹杂物

●超低[O]：如滚珠钢，汽车板；

●形态控制：如拉拔钢丝，管线钢。

（3）成分控制

●化学成分控制在窄的范围；

●性能均一性。

国内外一些钢厂生产纯净钢水平如表1：

2000年后杂质元素含量预测水平如表2：

纯净钢除S＋P＋N＋H＋O五大元素外，随电炉短流程的发展，废钢用量的增加，还包括Cu、Zn、Sn、Bi、Pb等伴生元素。

洁净钢（clean steel）：

钢中非金属夹杂物总量、形态和尺寸。它决定于钢种和产品用途。不同用途的产品对钢中洁净度要求如表3。

备注:D指夹杂物直径

钢中夹杂物对钢质量的影响：

钢的清洁度与产品制造和使用过程中所出现的众多缺陷密切相关，一些厂家对某些高纯度钢种发生缺陷所作的调查如表4所示，可以看出钢中的夹杂物尤其是大颗粒夹杂物是引起产品缺陷的主要原因。

日本一向对钢材质量有着严格的要求，最近日本夹杂物委员会提出的不同成品对钢中夹杂物含量及尺寸的要求如表5所示。

注：表中夹杂物尺寸为板材加工后的夹杂尺寸，推算至铸坯中，约为50～60μm。

注：D A为Al2O3直径，D M为MnS 直径，D i 为所有夹杂物直径。

随着炉外精炼技术的发展，钢中的总氧含量不断降低，夹杂物越来越少，钢

水越来越“干净”，甚至追求“零夹杂物”，钢材性能不断改善。

1970－2000年钢中T[O]演变如图2.1所示。由图可知，由于引入炉外精炼，对硅镇静钢，T[O]可达15-20ppm，对铝镇静钢，T[O]可达到<10ppm。

图2.1 1970～2000年钢中平均T[O]水平

轴承钢T[O]由30×10-6降到5×10-6，疲劳寿命提高100倍如图2.2所示。

图2.2 钢中T[O]与轴承钢寿命关系

钢中T[O]与冷轧板表面质量存在明显对应关系，美国Weirton公司生产0.15mm厚薄板，在DTR生产线上检查120个板卷发现：

T[O]，10-6 质量指数

15-20 81

21-25 72

26-30 68

＞30 35

T[O]越低，冷轧板质量越好，T[O]在40～100ppm时废品率非常高。

产品质量缺陷不仅与钢中总氧T[O]有关，还与夹杂物种类、尺寸、形态和分布有关。产品质量缺陷与钢中夹杂物类型、尺寸关系如图2.3。

图2.3 夹杂物类型对产品质量危害

由上述讨论，可得出以下认识：

●纯净钢或洁净钢是一个相对概念；

●某一杂质含量降低到什么水平决定于钢种和产品用途；

●有害元素的降低的程度决定于装备和工艺现代化水平；

●不管生产什么用途的钢，总是要求钢中夹杂物数量、尺寸、形态得

到控制。

高附加值产品洁净度:

高附加值产品对洁净度要求是：

●T[O]要低<20ppm；

●夹杂物数量要少；

●夹杂物尺寸要小<50µm；

夹杂物形态要合适。

3 转炉终点氧控制

T[O]＝[O]

D ＋[O]

I

钢中T[O]越低，钢就越“干净”。要降低钢中夹杂物，必须降低转炉终点溶解氧a[O]，它决定于：

（1）终点[C]

从某厂转炉冶炼终点由副枪测定的C和a[O]统计关系如图3.1所示，由图可知：

图3.1 转炉冶炼终点C-O关系图

Ⅰ区： [C][O]=0.0027

炉龄＜2500炉

Ⅱ区： [C][O]=0.0031~0.0037

炉龄＞2500炉

处理好溅渣护炉高炉龄与复吹关系，也就是高炉龄与产品质量的矛盾，尤其是深冲冷轧薄板质量。

(2)终点温度