典型钢种冶炼

• 目前我省生产的主要钢种是通过LD-CC工 艺生产普碳钢，型线材比例很高，产品附 加值低，与钢铁大省的地位很不相衬。综 合省情，我省有必要在深冲钢板.镀锌板.造 船.电站.管线和集装箱用高强度钢板方面加 大投入力度，开展重大项目研发工作。微 合金钢高强度钢.洁净优质钢生产是重中之 重。生产线： • 高炉炼铁—铁水预处理—复吹转炉炼钢— 炉外精练（RH）—大型板坯连铸—热宽带 轧机—酸洗—冷轧板机—退火—表面镀层
“洁净钢”的概念不仅具有质量含义， 而且具有经济含义，无论是普通商品钢材 还是高档商品钢材乃至尖端商品钢材的工 业生产而言，都应建立起“洁净钢”的概 念。
经济洁净度 对于钢厂生产优质商品钢材而言，更应重视 构建经济洁净度的洁净钢生产平台。 经济洁净度的含义是：对钢厂而言，所生产 的产品易于实现生产的高效率、低成本特别是 质量稳定性等要求；对于用户而言，则是钢厂 生产的商品钢材，可以满足其加工过程和使用 过程的各类要求，同时这些商品钢材的性能是 稳定、均匀的，可以及时交货，价格也是合理 的。
典型钢种冶炼
• 4洁净钢（纯净钢）与品种钢生产 • 纯净钢（purity steel）一般指钢中∑S+P+N+H+O 总和水平： • 60年代≤900PPm； • 70年代≤800PPm； • 80年代≤300--500PPm • 90年代≤100PPm； • 2000年代≤50PPm。 • 纯净钢除S+P+N+H+O五大元素外，随废钢用量 的增加，还包括Cu.Zn.Sn.Pb等残余元素。 • 国内外一些钢厂生产纯净钢水平如表1
钢绞线用 盘线
模具钢 不锈钢板 合计
• 4.2洁净钢生产的工艺路线 • 洁净钢生产的工艺路线可归纳为： • 高炉炼铁—铁水预处理—复吹转炉炼钢— 炉外精练—板坯连铸 • 废钢、海绵铁、热压块—电炉炼钢—炉外 精练—板坯连铸 • 工艺路线中最为关键的是炉外精炼。主要 有：（LF）、（VD）、（RH）等。
• ⑼深脱硫工艺流程的制定与深脱硫精练技术。 • 铁水脱硫无论从反应条件还是经济性都有炼 钢脱硫无法比拟的优势．在低的硫含量的情 况下，必须针对具体情况从脱硫角度制定合 适的铁水入炉条件；另一方面，转炉出钢后 由于设备条件和技术条件也需要适宜的脱硫 工位和脱硫工艺进行比较、研究．再者，无 论采用炉后吹氩喷粉脱硫、ＬＦ炉脱硫还是 ＲＨ真空处理脱硫也都需对相应的脱硫剂的 研究和脱硫工艺、脱硫效果及脱硫的经济性 进行研究与对比。
• 4.3洁净钢生产的典型钢种 • （1）管线钢 • 管线钢是指专门用于制造石油、天然气输 送管道的低合金高强度钢。X60、X65及含 TiX60G实际成分如表5。品种规格为：612mm×1050-1550mm卷板。 • 表5 管线钢实际控制成分（%）
钢种 级别
C
S
M
P
S
Nb、V、 Ti
RE/S
• ⑷转炉档渣出钢（扒渣）及钢包顶渣处理、渣改 性技术。 • ⑸钢包吹氩、喷粉脱硫相关技术。 • ⑹ＲＨ真空处理快速深脱碳、氧钢水工艺技术。 • ＲＨ真空处理无论对洁净钢的质量还是洁净钢的 冶炼周期都构成关键性的影响．ＲＨ真空处理碳、 氧行为与处理工艺的优化是研究的中心内容。 • ⑺二次氧化的防止（覆盖剂、保护渣等功能渣系 的开发）。 • ⑻夹杂物的去除、控制与变形技术。 • 连铸过程夹杂物来源调查与行为研究，喂线处理 工艺。
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高附加值产品对纯净度要求是： ★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。 目前，洁净钢的概念基本上涵盖了洁净钢、纯净 钢的全部内容。 ★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。
厂家 爱知钢厂
元素
C O 9-12 N P <50 S 5-10 H
总和
备注
新日铁
名古屋 迪林根厂
10
25
20-30 24
15
25
3
1
60
80-100 70 66
〈30 19
林茨公司 20
中钢公司 〈25 〈11 14-17 宝钢
〈30 15-26 20-30 31-42 1
66 80
• 洁净钢（clean steel）是指钢中非金属夹 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2。
X60
＜0.016 0.004－ 0.014
＜2.0
X65
＜3.0
X80
0.06
0.07
1.79
0.009
0.003
其他 CuNi-Ti
• 为了抗氢诱裂纹腐蚀(HIC),管线钢生产的关键在 于: • ★生产硫含量低于0.003%钢水,并采用硫化物变 性处理(如钙处理); • ★降碳增锰:碳含量低于0.05%,锰含量保持于 1.1%以上; • ★生产含铌、钛管线钢必须保证有效的硼含量; • ★降低硫含量以降低T.O为前提,为此,T.O＜ 20PPm • 管线钢生产工艺为: • 铁水脱硫－转炉复吹－吹氩（ＲＨ及钙处理）－ 板坯连铸－带钢热连轧机轧制－层流冷却－卷取
表2 典型纯净钢的纯净度和洁净度要求（国际先进水平）
产品 汽车板 DI罐 大规模集成电路用引线 枢 显象管阴罩用钢 轮胎钢帘线，大桥悬索 用冷拉钢丝 滚珠轴承 管线钢 [Ti]<15 [s]<10,[N]<50 [N]<50 纯净度（ppm） [C]<30,[N]<30 洁净度 (D,;T[0],ppm) T[o]<20 D<100 T[o]<20 D<20 D<5 D<5 T[o]<20,D<20不含或含极少 不变形夹杂物 T[o]<10,D<15 D<100,氧化物形转状制
• 4.1洁净钢生产研究开发的重大意义 • 随着工业化和现代化水平的提高，市场对钢材品 种结构和质量水平提出了新的要求，即要求钢材 品质向优质.功能.高技术含量和高附加值的方向发 展。其重要的标志之一是板带的比重提升，日本. 美国，西欧.韩国等先进产钢国，一般板管比已占 到60%以上，各类钢材中高附加值产品占到40% 左右。而我国，板带管材的比重只占到40%，且 集中于几大钢铁集团。目前，国民经济需要的关 键产品，只能满足1/3，如小轿车用的冷轧超深冲 优质钢板无论质量还是数量都无法满足国内需要； 石油.大型电站.造船及化工.化肥.化纤所专用钢材 产品由于生产能力不足或工艺装备落后而不能满 足国内市场。石油管线.镀锡板和冷轧硅钢板的国 内市场占有率分别为60%.40%.15%。
• ⑵高效转炉少渣吹炼工艺与技术 • 转炉少渣冶炼可将转炉渣量由１５０kg/t 降至５ ０kg/t，从而减少造渣剂的消耗，如何在少渣条件 下快速造渣、有效脱磷及少渣冶炼对溅渣护炉的 影响转炉冶炼的预测与控制模型的开发是研究的 内容。 • ⑶转炉流程超低Ｐ、Ｎ含量钢水生产技术 • 由于超低磷钢的生产需要转炉炉外处理手段，铁 水预处理与转炉及之后工序的脱磷任务如何分配、 分解；炉外处理脱氮能力有限（如，ＲＨ只能脱 除２０－３０％），如何采取措施降低钢水中的 氮含量及防止转炉出钢后增氮。
表3
我国关键钢材品种生产情况
1998年
品种 镀锌板 镀锡板 集装箱板 轿车用板
产量 100 50 60、9 13、1
进口 101 26 37 13
消费 170 74 97 26、16
占有率 （%） 59 67 67 50
国外实物水平 N≤50PPM d≤40μ m N≤50PPM d≤40μ m d≤40μ m C+N≤50PPM s≤50μ m
• 对低温条件使用的管线钢： • ★当C>0.04%时，继续增加C，将导致钢抗HIC能 力下降，使裂纹率大大增加。 • ★当C>0.05%时，将导致锰和磷的偏析加剧。 • ★当C<0.04%时，可防止HIC。 • 对寒冷状态下含S环境的管线钢，如果C<0.07%, 热影响区从晶界将脱化，并引起热影响区发生抗 HIC和韧性的降低。 • 综合：管线钢C=0.01~0.05%最佳。靠炉外精练 实现C的精确控制，如RH、LF-VD。 • 注意：精练后避免耐材增加C，其方法是使用不 含C或低C耐材和同一耐材的重复使用。
＋
＋＋ ＋＋＋
尖端商品
注：
＋＋＋
＋＋：较高；
＋
＋
＋＋＋：很高；
＋＋＋＋
＋＋＋＋：极高
＋：一般；
洁净钢制造平台需要有一系列支撑技术和集 成技术构建而成。其中应该包括： 1）解析-优化的铁水预处理技术； 2）高效-长寿的转炉冶炼技术； 3）快速-协同的二次冶金技术； 4）高效-恒速的全连铸技术； 5）优化-简捷的“流程网络”技术； 6）动态-有序运行的物流技术。
钢轨
高强度级船板，海军舰 艇板 [N]〈20[24]，[S] 〈20，[P]〈50， [H]〈1.0
T[o]<20,单个D<13,链状 D<200
T[o]<10，低的不变形夹杂 物，D<100
“洁净钢”
“洁净钢”不同于“纯净钢”的概念。“洁 净钢”并不意味着越纯越好。 “洁净钢”定义：当钢中的非金属夹杂物或 其它有害物质直接或间接地影响产品的加工性 能或使用性能时，该钢就不是洁净钢；而如果 钢中的非金属夹杂物和有害杂物的数量、尺寸 或分布对产品的加工性能、使用性能都没有不 良影响，则这种钢就可以被认为是洁净钢。
X60G
0.05－ 0.05－ 0.45－ ＜ 0.12 0.30 0.80 0.035
0.05－ 0.2－ 0.11 0.24 0.05－ 0.2－ 0.11 0.26 1.08－ 0.01－ 1.25 0.020 1.20－ 0.01－ 1.28 0.022
＜0.035
Ti0.07－ 0.14
Nb0.05－ 0.02 Nb0.03－ 0.040 Nb Mo 0.04 0.24
• ⑽钢包喂丝及钙处理技术 • 钢包喂丝工艺对脱硫效果的影响及对夹杂物变性的作 用；钙处理改善超低碳钢水的可浇性也是研究的重要 内容之一． • ⑾中间包、结晶器内钢水流动的控制技术 • 中间包是钢水去除夹杂物的理想场所．而结晶器是夹 杂物上浮的最后机会．钢水面上覆盖剂要有效吸收夹 杂物，但同时必须采取措施（档渣＋坝 （weir+dam）、多孔挡墙（baffe）、阻流器 （turbostop）、水口倾角、直径与插入深度）改变 钢水在中间包和结晶器内的流动路径和方向，促进夹 杂物上浮．为此需要以研究中间包和结晶器内钢水流 动情况为基础，理论模拟与水模相结合，研究中间包 和结晶器内的流场，从而优化中间包与水口的结构， 达到最大限度去除夹杂的目的．
家电用板
冷轧硅钢 片 石油管 重轨
30
21、8 66 109 35 20 5（28） 875
90ຫໍສະໝຸດ Baidu
41 32 0、1 10 3 63 772
120
67、8 91、6 104、2 45 25 68 1607.6
25
40 72 100 77 80 30 63
C≤50PPM无Al2O3夹杂
C+N≤50PPM ，s≤20μ m T.0≤20PPM S≤20PPM P≤50PPM T.0≤20PPM T.0≤20PPM H≤1.5PPM d≤40μ m 无Al2O3脆性夹杂 d≤20μ m 硫化物控制
• 洁净钢生产的关键技术 • ⑴全量铁水预处理三脱（Ｓi、S、P）技术 与工艺的研究与开发 • 铁水脱Ｓi是深脱P的前提，也是转炉少渣冶 炼的前提．脱Ｓ、Ｐ则是生产洁净钢的必 要条件（如，生产管线钢要求铁水硫含量 必须小于８０－１００ＰＰm）．研究开发 脱Ｓi、深脱Ｓ、脱Ｐ的工艺与方法（包括 脱除剂）,为后续工艺供应稳定的铁水条 件．
• 高纯净度管线钢中元素控制 • 对管线钢质量要求：高强度、高刚性、抗 氢致裂纹(HIC)、抗硫应力致裂纹（SSC） 以及良好的野外可焊接性。由于HIC是目前 管线钢失效和发生事故的主要原因，应了 解各成分对HIC的影响。 • C的控制 • 按照API的标准规定，通常管线钢C为 0.18~0.28%，但目前C在逐渐下降。尤其 是高等级的管线钢，如X80，C仅为0.06%。
表1 典型钢种洁净度的建议控制水平
注：*表示要求严格控制连铸坯的中心偏析，/表示不作要求。
图1 不同商品钢材的市场份额和技术难度
表2 不同商品钢材的技术难度比较 技术难度 质量稳定性难度 项目 生产效率难度 成本难度 性能难度
普通商品
中档商品 高档商品
＋
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