連鑄板坯的高潔凈化技術(shù)

1、連鑄板坯的高潔凈化技術(shù) 近十幾年來，由于用戶對(duì)薄鋼板的質(zhì)量要求越來越高，對(duì)用于生產(chǎn)薄鋼板的板坯質(zhì)量要求也越來越苛刻。國內(nèi)外許多鋼鐵企業(yè)為此投入了大量的人力、財(cái)力，進(jìn)行了大量的技術(shù)開發(fā)。川崎鋼鐵公司的千葉、水島兩廠為了能夠高效、高質(zhì)量地生產(chǎn)板坯，進(jìn)行了持續(xù)地鋼水高潔凈化生產(chǎn)技術(shù)、缺陷極少的連鑄板坯生產(chǎn)技術(shù)的開發(fā)研究。從鐵水預(yù)處理到連鑄主要進(jìn)行了以下的技術(shù)開發(fā)： ·鐵水預(yù)處理技術(shù)的改善； ·爐渣組成的適宜化； ·二次精煉工藝的最佳化； ·防止中間包鋼水的二次氧化； ·結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動(dòng)控制。 采用這些技術(shù)后，近10年間板卷的缺陷率降低到原先的1/10

2、。下面對(duì)這些技術(shù)作簡(jiǎn)要介紹。1.鐵水預(yù)處理 在千葉、水島的兩個(gè)鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中，煉鋼采用約98%的高鐵水比，享受著長(zhǎng)壽命的大型高爐的廉價(jià)豐富的鐵水。為有效利用這種高鐵水比所具有的富余熱量，幾乎全量采用脫磷率高的噴吹氧化鐵的鐵水預(yù)處理，降低了總的冶煉成本。 鐵水在高爐出鐵溝使用氧化鐵預(yù)脫硅，除去脫硅渣后，在魚雷車中噴吹氧化鐵，實(shí)施全量脫磷處理。然后，噴吹Na2CO3或CaO系熔劑進(jìn)行脫硫處理。鐵水磷含量由約0.15%降低到0.02%0.05%左右后，用轉(zhuǎn)爐進(jìn)行脫碳。由于鐵水預(yù)處理率的提高，轉(zhuǎn)爐磷污染的減少，轉(zhuǎn)爐冶煉穩(wěn)定，進(jìn)一步降低熔劑的成本成了現(xiàn)實(shí)。另外，由于轉(zhuǎn)爐渣中磷含量的降低，轉(zhuǎn)爐渣就可全量用

3、于燒結(jié)工藝中，有效地回收利用其中的Fe、CaO，可以使煉鐵、煉鋼過程中的渣量大幅度的減少。2.爐渣組成的適宜化 通過鐵水預(yù)處理，由于轉(zhuǎn)爐中脫磷負(fù)荷減輕，轉(zhuǎn)爐中CaO使用量減少了，結(jié)果可減少到約16kg/t。通過采用熱力學(xué)計(jì)算軟件Chem-Sage的探索，減少過量地使用了未熔化的CaO，促進(jìn)脫磷用CaO效率的提高，同時(shí)進(jìn)行了含Al2O3、MgO渣組成的適宜化。進(jìn)一步隨著裝入轉(zhuǎn)爐中鐵水的硅、磷濃度的降低，結(jié)果使流入鋼包中的渣量及渣中磷濃度也減少，防止渣中磷向鋼液中遷移(回磷)和用鋁灰進(jìn)行鋼包渣的還原處理成為可能。由此，降低鋼液潔凈度的Al2O3系夾雜物的生成源，鋼包渣中的(T.Fe)獲得了大幅度地

4、降低，提高了鋼液潔凈度。3.二次精煉RH脫氣裝置進(jìn)一步導(dǎo)入氧氣頂吹裝置(RH-KTB)后，提高了脫碳和熱補(bǔ)償功能，結(jié)果在冶煉極低碳素鋼時(shí)，可以大幅度地提高出鋼碳的含量及降低出鋼溫度。采用KTB可防止RH中的溫度降低，結(jié)果使轉(zhuǎn)爐的出鋼溫度約降低了26。這樣轉(zhuǎn)爐在冶煉極低碳素鋼中的脫碳及升溫的負(fù)荷降低了，結(jié)果轉(zhuǎn)爐精煉可防止過氧化，轉(zhuǎn)爐耐火材料、鐵合金等消耗也可降低。表1列出了千葉鋼鐵廠轉(zhuǎn)爐冶煉極低碳素鋼(100×)時(shí)的轉(zhuǎn)爐出鋼溫度、(T.Fe)、Al的單耗的例子。表1 千葉鋼鐵廠冶煉極低碳素鋼時(shí)的平均值出鋼溫度1626出鋼時(shí)0.035%出鋼時(shí)467×10出鋼時(shí)(T.Fe)11.

5、3%噸鋼鋁耗量1.39kg/t進(jìn)一步利用KTB的功能，在極低碳素鋼冶煉中也能夠?qū)H處理前，用鋁灰進(jìn)行鋼包渣的還原處理。由此，在極低碳素鋼冶煉中，通過降低渣中的(T.Fe)，可提高鋼液的潔凈度，可大幅度地降低薄板表面缺陷。 根據(jù)汽車等用冷軋薄板的加工性高要求，進(jìn)行了將極低碳素鋼的碳濃度由20×進(jìn)一步降低的試驗(yàn)研究，探索了以下那樣為增加脫碳常數(shù)的反應(yīng)工藝措施。表2 水島鋼鐵廠RH脫氣的設(shè)計(jì)參數(shù)與脫碳常數(shù)No.2RH 普通真空室No.2RH 新真空室No.4RH 普通真空室D(m)0.61.00.60.75Q(t/min)12024090180A(m2)3.55.15.14.9Kcalc

6、(min-1)0.18(Base)0.300.190.26Kabs(min-1)0.180.310.180.242),Kcalc為脫碳常數(shù)的計(jì)算值，Kabs為脫碳速度的實(shí)測(cè)值。圖1表示用No.2RH通常的下部真空室(d=0.6m,A=3.5m2)和新型的下部真空室(d=1.0m, A=5.1m2)的場(chǎng)合與No.4RH(d=0.75m，A=4.9m2)的場(chǎng)合的碳濃度變化。d和A同時(shí)都大的新型下部真空室的脫碳速度要比普通的下部真空室的脫碳速度大，在處理時(shí)間20min時(shí)可獲得(612)×<20×的極低碳素鋼。另外，在脫碳反應(yīng)停滯的極低碳區(qū)，為了促進(jìn)其反應(yīng)速度，研究了噴吹氫法

7、。圖2表示噴吹氫和普通的RH法的到達(dá)C濃度的比較。由圖可見，處理時(shí)間20min左右<10×的脫碳是可能的。在普通的RH中<20×時(shí)，鋼液中CO氣泡生成由于停滯，脫碳速度顯著降低。但是，噴吹氫法中吹入到環(huán)流管中氫的一部分溶解于鋼中，且在真空室內(nèi)從熔鋼中容易發(fā)生氣泡，濃度即使小于20×，脫碳速度也只輕微降低。4.中間包熱循環(huán)和鋼液再氧化的防止 水島鋼鐵廠第4號(hào)連鑄機(jī)上采用了中間包熱循環(huán)，中間包內(nèi)的殘鋼放出后，通過2臺(tái)連鑄機(jī)的中間包的交互使用，中間包可以實(shí)現(xiàn)不要維護(hù)保養(yǎng)或修理。該場(chǎng)合下準(zhǔn)備中的中間包在加熱時(shí)，由于沾掛著的冷鋼的氧化而生成FeO,惡化了澆鑄初期

8、的板坯潔凈度。為了克服此問題，川崎制鐵公司開發(fā)成功氮?dú)鈬娚浼訜崞鳌D3表示氮?dú)鈬娚浼訜崞鞯氖疽鈭D。氮?dú)馔ㄟ^加熱器A或加熱器B的熱交換，被加熱到1500。在情況1下，加熱器A的蓄熱體通過LDG和COG的混合氣體加熱，該期間純氮被送到已被加熱了的加熱器B的蓄熱體，且繼續(xù)被加熱。加熱了的氮被送到中間包。情況2時(shí)，反之氮?dú)獗患訜崞鰽加熱，加熱器B的蓄熱體用氧化燃燒器加熱。這樣通過情況1和情況2的約每100s反復(fù)交換，即便待機(jī)20h，也無再氧化。另外，熱損失也與氣體燃燒器等同，中間包可保溫在約900。圖4表示頭一塊和第二塊板坯的熱軋板卷的表面缺陷比較。采用氮噴射加熱器，表面缺陷得到了大幅度降低。5 結(jié)晶

9、器內(nèi)鋼液流動(dòng)控制為了解決傳統(tǒng)的EMBR(電磁制動(dòng))的問題，該公司開發(fā)成功新型電磁制動(dòng)FC模型(流動(dòng)控制模型)。FC模型與傳統(tǒng)的EMBR不同：結(jié)晶器整個(gè)寬度上擁有二對(duì)直流線圈，在寬度方向上產(chǎn)生均勻的磁場(chǎng)。上部磁極使彎月面部的鋼液流速或變動(dòng)減少，防止結(jié)晶器保護(hù)渣的刮入或渦流卷入。另外，下部磁極降低流向鑄坯內(nèi)部的下降流速，從而減少夾雜物侵入板坯內(nèi)部。 由于采用FC模型，在高速澆注中也可與傳統(tǒng)法相比，表面缺陷發(fā)生率減少了(見圖5)。另外，磁粉探傷(MT)缺陷也可大幅度地降低(見圖6)。其次，對(duì)使用FC模式的表面缺陷降低的機(jī)理也進(jìn)行了探討。通過模型實(shí)驗(yàn)，查明了鋼液速度變動(dòng)對(duì)保護(hù)渣卷入鋼液中有很大影響。采

10、用FC模式，保護(hù)渣缺陷的減低被認(rèn)為是由于磁場(chǎng)作用，減少鋼液的速度變動(dòng)的結(jié)果。 再次，在水島鋼鐵廠No4號(hào)連鑄機(jī)，連鑄機(jī)與熱軋廠熱坯采用無人搬送臺(tái)車連接，火焰切割、板坯堆集、板坯搬運(yùn)、裝入加熱爐完全自動(dòng)化。連鑄機(jī)加熱爐間的搬運(yùn)所需時(shí)間為2.5min，移動(dòng)強(qiáng)車減少了板坯在輸送中的溫降，同時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)考慮了可以耐高溫、高頻率的使用條件。圖7表示火焰切斷后經(jīng)過時(shí)間的板坯溫度變化。采用本設(shè)備，被裝入加熱爐的板坯溫度可確保850以上。另外，為了中碳鋼的達(dá)成DHCR，根據(jù)防止內(nèi)部裂紋的觀點(diǎn)， 在矯直部為避開脆性溫度區(qū)域，控制停止角部的氣霧冷卻或板坯的表面溫度。結(jié)果抑制了中碳素鋼的表面裂紋，達(dá)到了90%的DHCR率，以DHCR為對(duì)象的No.4加熱爐的燃料單位消耗可降低200MJ/t。 通過上述技術(shù)以及通過浸入水口，保護(hù)渣的高粘度化等改善，如圖8所示，冷軋板卷因煉鋼原因所致的缺