潔凈鋼生產(chǎn)工藝及技術(shù)

潔凈鋼生產(chǎn)工藝及技術(shù)概述報告人：亓捷指導(dǎo)老師：姜茂發(fā)教授

劉承軍教授WWH什么是潔凈鋼？鋼為什么不潔凈？如何生產(chǎn)潔凈鋼？2潔凈鋼用來標志近來鋼鐵冶煉發(fā)展及其應(yīng)用特別是針對與氧化物夾雜相關(guān)的潔凈度問題。在鋼中要盡可能地去除有害組元，在冶金熔體、鑄坯和鋼材中要求有非常均勻的分布。潔凈度因鋼種和用途不同而不同。3潔凈鋼當鋼中的非金屬夾雜物直接或間接地影響產(chǎn)品的生產(chǎn)性能或使用性能時，該鋼就不是潔凈鋼。如果非金屬夾雜物的數(shù)量、尺寸或分布對產(chǎn)品的性能都沒有影響，那么這種鋼就可以被認為是潔凈鋼。4鋼中的夾雜物---分類內(nèi)生夾雜物：與鋼液成分處于平衡狀態(tài)，自然生成，只能減少，無法完全去除。外來夾雜物：與冶煉過程相關(guān)，采用合適的冶煉工藝可以減少或避免。5鋼中的夾雜物---來源加入脫氧劑后生成的脫氧產(chǎn)物、裸露的鋼液被大氣氧化和被耐火材料氧化生成的二次氧化產(chǎn)物。煉鋼過程中，由于鋼液或渣對耐火材料的化學(xué)或熱侵蝕作用以及固態(tài)耐火材料顆粒脫落進入鋼液。卷渣產(chǎn)生的夾雜物，渣鋼界面上鋼水流速較大以及渣的乳化使液態(tài)渣滴卷入鋼液。6鋼中的夾雜物---控制/去除避免生產(chǎn)過程中夾雜物的生成。促使夾雜物向渣/氣、鋼/渣或鋼液/耐火材料界面移動，使其進一步脫離鋼液進入界面并從界面分離。深度脫氧，出鋼時確保穩(wěn)定的、低的氧化性保護性氣氛，防止二次氧化改良覆蓋劑、保護渣和耐材，防止卷渣和大顆粒夾雜氬氣或電磁攪拌促進及雜物的上浮合理改進、選取生產(chǎn)設(shè)備7潔凈鋼生產(chǎn)工藝及技術(shù)圖1.鋼鐵生產(chǎn)工藝流程圖8鋼包操作氣體攪拌圖2.頂吹氧氣攪拌真空脫氣RH、RD、REDA、鋼包脫氣、V-KIP圖3.REDA裝置圖4.鋼包脫氣9鋼包操作鋼包加熱不提高出鋼溫度，可獲得更多的精煉時間。降低鑄坯由于溫度導(dǎo)致的降級處理率，有利于夾雜物去除。增加對鋼水潔凈度和成分的控制。更容易生產(chǎn)低磷、碳、硫、氧、氮和氫含量的鋼種。10鋼包操作鋼包爐圖5.鋼包爐合適的頂渣成成分。需大吹氣量攪攪拌鋼液，增增加了卷渣和和二次氧化。。長時間小氣量量吹氬促進夾夾雜物上浮。。能精確控制鋼鋼液成分、鋼鋼液潔凈度和和溫度。11鋼包操作真空電弧加熱熱脫氣圖6.真空電弧加熱熱(VAD)真空、攪拌、、加熱和合成成渣利于脫氫氫、脫硫、去去除夾雜物。。真空加合金調(diào)調(diào)節(jié)鋼液成分分，提高收得得率。喂鈣變性夾雜雜。連鑄前精確控控制鋼水溫度度。促進渣鋼間的的反應(yīng)，利于于去除夾雜物物。12鋼包操作CAS-OB圖7.CAS(-OB)裝置化學(xué)方式加熱熱鋼水。底吹氬、脫氧氧、加入合金金。吹氧加鋁加熱熱鋼水→≥5min攪拌→20min左右靜置。13鋼包操作鋼液成分出鋼條件耐火材料脫氧劑和合金金的加入鋼包襯與鋼包包殘留物鋼包渣夾雜物變性精煉時間14爐渣乳化乳化渣產(chǎn)生機機制出鋼鑄流沖擊擊渣層渣鋼界面氣泡泡引起的攪動動鋼流速度和方方向變化引起起渣鋼界面之之間的漩渦和和剪切力彌散在連鑄結(jié)結(jié)晶器鋼液表表面的渣滴最最容易引起鑄鑄坯缺陷15爐渣乳化連鑄結(jié)晶器內(nèi)內(nèi)的卷渣機理理通過連鑄結(jié)晶晶器窄邊的上上升回流流股股。不穩(wěn)定的回流流產(chǎn)生的高剪剪切應(yīng)力。定期在SEN后方卡門漩渦渦區(qū)產(chǎn)生的下下排流。從SEN出口到表面的的大的氬氣泡泡。SEN出口布流不均均勻引起在較高鋼通量量的情況下，，鋼水和保護護渣之間聚集集的泡沫。與過大的氬氣氣流量有關(guān)，，塞棒系統(tǒng)1.9L/min，滑板系統(tǒng)最最大6L/min。16爐渣乳化影響卷渣的參參數(shù)Kelvin-Helmholtz不穩(wěn)定性標準準（不同層流之之間相對運動動波動性）Taylor-Saffman不穩(wěn)定性標準準（不同黏度與與密度）產(chǎn)生剪切應(yīng)力力，同時由于于表面張力的的作用產(chǎn)生頸頸縮。流體不穩(wěn)定性性標準與脈動流有關(guān)關(guān)，從結(jié)晶器器流入的不同同流股會產(chǎn)生生波動，從而而發(fā)生卷渣。。Δv約為42cm/s，適于高拉速速17爐渣乳化量綱分析法臨界速度隨著著黏度的增大大和渣層厚度度的減小而增增加。增大保護渣黏黏度可減少保保護渣卷入，，減少缺陷。。保護渣密度和和表面張力等等亦對卷渣行行為有所影響響，不能僅僅僅靠改變保護護渣成分實現(xiàn)現(xiàn)。18爐渣乳化渣鋼的物理化化學(xué)性能流動行為系統(tǒng)的幾何尺尺寸浸入式水口的的浸入深度拉速氬氣流量結(jié)晶器尺寸水口外形流動控制機制制堵塞程度19爐渣乳化漩渦下排(漩渦型漏斗)和匯流下排(非漩渦型漏斗斗)穩(wěn)態(tài)漩渦和非非穩(wěn)態(tài)漩渦表面微凹、表表面漩渦、全全面發(fā)展卷吸吸空氣的漩渦渦低流速下，漩漩渦隨著流出出速度的增加加而達到最大大穩(wěn)定的高流速速下，隨著流流出速率的增增加，熔池臨臨界深度減小小漩渦卷渣20爐渣乳化K-流動能量損失失隨著渣鋼比率率的增加，臨臨界熔池深度度增大漩渦卷渣21爐渣乳化限制渦流的方方法在水口附近設(shè)設(shè)置流體障礙礙物吹氣可延緩渦渦流產(chǎn)生改變水口形狀狀或暫時關(guān)閉閉水口效果不不明顯22二次氧化圖8.表面缺陷與結(jié)結(jié)晶器中T[O]之間的關(guān)系圖9.宏觀夾雜物數(shù)數(shù)量與T[O]之間的關(guān)系鋼液二次氧化化的原因被合金中的氧氧化物污染在鋼包和中間間包中與渣的的反應(yīng)上一爐附著在在鋼包內(nèi)壁或或者RH浸漬管內(nèi)的渣渣瘤污染鋼液液鋼液與空氣之之間的反應(yīng)（（出鋼、精煉煉、中間包內(nèi)內(nèi)）鋼液與不同容容器或長水口口耐火材料內(nèi)內(nèi)襯之間的反反應(yīng)23二次氧化渣中FeO含量和厚度的的檢測Mo/Cr+Cr2O3//ZrO2//aO渣/Fe(鋼液)圖10.Quick-Slag原電池示意圖圖圖11.化學(xué)分析檢測測渣中FeO含量與原電池池檢測值的比比較24二次氧化渣脫氧減少二二次氧化圖12.渣脫氧后ULC鋼板表面指數(shù)數(shù)降低圖13.渣脫氧后表面面缺陷率降低低RH操作中最普遍遍的方法25二次氧化減少中間包覆覆蓋劑引起的的二次氧化圖14.中間包覆蓋劑劑采用鋁酸鈣鈣代替碳化稻稻殼后，缺陷陷率減低圖15.內(nèi)陸鋼鐵公司司使用堿性中中間包覆蓋劑劑后，IF鋼表面裂紋缺缺陷指數(shù)降低低產(chǎn)生的液態(tài)爐爐渣會增加對對中間包耐火火材料的侵蝕蝕BC26二次氧化防止連鑄過程程中的下渣（鋼包→中間間包、結(jié)晶器器）留鋼操作電磁下渣檢測測系統(tǒng)(改進激活下滑滑板)增加耐材擋壩壩，抑制旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)力和漩渦圖16.鋼包與中間包包底部建耐材材擋壩防止下下渣(POSCO)27二次氧化減少中間包到到結(jié)晶器的下下渣鋼液高度低于于形成漩渦的的臨界高度大容量中間包包換包時間過過長小容量中間包包塞棒控制奧鋼聯(lián)旋轉(zhuǎn)閥閥塞棒ARVA開發(fā)PCV(精確控制閥)，配合具有水水平偏心出口口的SEN中間包增加側(cè)側(cè)擋墻(如圖16所示)28二次氧化減少中間包卷卷渣雙澆鋼槽操作長水口完全浸浸入中間包分岔、鐘形、、喇叭形長水口底部使使用金屬錐圖17.為防止鋼包開開澆時產(chǎn)生的的乳化行為開開發(fā)的雙澆鋼鋼槽操作29二次氧化中間包加蓋與與密封注入惰性氣體體后中間包預(yù)預(yù)密封，防止止開澆時的二二次氧化利于對中間包包進行預(yù)熱，，降低耐材含含水量防止使用非氧氧化性堿性中中間包覆蓋劑劑時自由表面面的熱損失增加安全性圖18.NSCKimitsu使用的密封中中間包圖圖19.SanyoSteel使用的密封中中間包30二次氧化圖20.DH鋼包和結(jié)晶器器吸氮(德-迪令根)圖21.DH結(jié)晶器中測量量的鋼液總氧氧量(德-迪令根)圖22.氣體密封與傳傳統(tǒng)中間包對對鑄坯夾雜物物的影響(POSCO)31二次氧化控制耐火材料料引起的二次次氧化鋼包耐火材料料脫落至鋼液造造成污染與爐渣發(fā)生間間接反應(yīng)中間包氧化鎂鎂耐火材料無碳MgO耐火材料造成成鋼液二次氧氧化，主要為為耐材中不穩(wěn)穩(wěn)定的氧化物物被金屬脫氧氧劑還原，如如氧化鐵、二二氧化硅、水水分等。32二次氧化控制耐火材料料引起的二次次氧化---中間包耐火材材料鋼液與中間包包襯的反應(yīng)導(dǎo)導(dǎo)致二次氧化化產(chǎn)物產(chǎn)生圖23.1h后鋼液中氧化化鋁固定的氧氧含量與耐材材中FeO含量之間的關(guān)關(guān)系二次氧化隨MgO含量減少而增增加。主反應(yīng)為氧化化鐵的還原，，該反應(yīng)隨著著耐材中SiO2含量增加而增增加。水含量的影響響。MgO含量高于75%，尖晶石夾雜雜物較多。33水口堵塞水口堵塞機理理非金屬夾雜物物在水口內(nèi)壁壁沉積造成水水口內(nèi)徑減小小圖24.鋁鎮(zhèn)靜低碳鋼鋼水口沉積物物結(jié)構(gòu)碳的氧化及耐耐材內(nèi)部反應(yīng)應(yīng)沉積物的起源源；耐材內(nèi)部部反應(yīng)產(chǎn)生氧氧化氣體與脫脫氧劑反應(yīng)鋼包內(nèi)脫氧(氮)產(chǎn)物；中間包包鋼水二次氧氧化產(chǎn)物；34水口堵塞水口堵塞控制制控制初生夾雜雜物的數(shù)量控制連鑄工位位鋼水純凈度度減少一次脫氧氧產(chǎn)物；去除鋼包冶金金過程中的雜雜物；減少二次氧化化生成的夾雜雜物；鈣處理解決鋁鎮(zhèn)靜鋼鋼水口堵塞，，簇狀三氧化化二鋁轉(zhuǎn)化為為液態(tài)鋁酸鈣鈣35水口堵塞鈣處理鈣加入量太低低，形成CA6和CA2，堵塞加重。。發(fā)生二次氧化化，改變夾雜雜物的組成與與成分，形成成富氧化鋁型型夾雜。鈣處理強度過過大，鋼液表表面翻騰產(chǎn)生生二次氧化。。對不同硫含量量的鋼種，易易發(fā)生夾雜物物種類的轉(zhuǎn)變變36水口堵塞吹氬密封增加水口內(nèi)的的壓力，防止止二次氧化，，減少夾雜物物聚集。降低氧化性氣氣體分壓，減減緩鋼液與耐耐材之間的反反應(yīng)。在水口壁上形形成氬氣薄膜膜，降低接觸觸時間，機械械清理，降低低吸附力。氬氣泡吸附夾夾雜物，將其其從水口內(nèi)壁壁分離。氣泡流動、環(huán)環(huán)形流動37水口堵塞改良耐材配合緊密，防防止二次氧化化無碳耐材內(nèi)襯襯，減少第一一層反應(yīng)的厚厚度降低來自耐材材內(nèi)部的氧化化性氣體增加絕熱性能能降低表面粗糙糙度通過鋼液與耐耐材之間的反反應(yīng)對夾雜物物進行變性圖25.內(nèi)襯為低碳質(zhì)質(zhì)耐火材料的的設(shè)計方案圖26.沉積物比較左:標準水口，第第6爐澆鑄670t時發(fā)生堵塞右:內(nèi)襯無碳型SEN，澆鑄1200t后無堵塞圖27.無碳內(nèi)襯水口口底部的沉積積物觀察38水口堵塞合理選用與改改良水口小斷面鑄坯采采用小的定徑徑水口，大尺尺寸鑄坯采用用浸入式水口口通鋼量一定，，增加水口內(nèi)內(nèi)部截面，降降低鋼水流速速水口內(nèi)部安裝裝環(huán)形階梯穩(wěn)穩(wěn)定鋼液流動動圖28.Shinagawa耐火材料廠開開發(fā)的具有雙雙層環(huán)形階梯梯的SEN圖29.具有雙層環(huán)形形階梯的SEN對水口堵塞的的影響a-孔徑較低處；；b-出鋼口周圍39水口堵塞漩渦流圖30.PCV-旋流水口圖31.裝有旋流器的的旋流水口40中間包冶金41中間包冶金中間包容量與與設(shè)計表1.歐洲中間包容容量及鋼液平平均最大深度度(2000年前)圖32.隨著中間包容容量增加，鋼鋼液潔凈度增增加促進夾雜物上上浮去除有效避免頂渣渣漩渦卷入42中間包冶金中間包形狀設(shè)設(shè)計圖33.兩流板坯鑄機機中間包形狀狀圖圖34.不同形狀中間間包內(nèi)夾雜物物去除的數(shù)學(xué)學(xué)模擬43中間包冶金開澆前惰性氣氣體保護(應(yīng)用，中間包包覆蓋劑)減少鋼包下渣渣(下渣檢測，擋擋墻，壩，拉拉速控制)中間包材料(氧化鎂、硅酸酸鎂)，優(yōu)化使用浸入式水口圖35.澆鑄過程的短短暫污染（a-小方坯；b-板坯）防止鋼液氧化化和耐火材料料的污染圖36.降低中間包內(nèi)內(nèi)鋼液的增氧氧44中間包冶金中間包鋼水加加熱換包時鋼包溫溫度波動，中中間包鋼水溫溫度降低，缺缺少熱浮力，，將渣卷入結(jié)結(jié)晶器。中間包鋼水加加熱(日本、亞洲)圖37.中間包包內(nèi)鋼鋼液波波動圖38.通過中中間包包鋼水水加熱熱控制制鋼水水溫度度45中間包包冶金金促進夾夾雜物物的分分離優(yōu)化中中間包包鋼水水流動動中間包包吹氬氬合理選選擇覆覆蓋劑劑圖39.采用壩壩和堰堰對鋼鋼水純純凈度度的影影響圖40.堿性中中間包包覆蓋蓋劑的的成分分范圍圍圖41.非氧化化性中中間包包覆蓋蓋劑對對鋼中中總氧氧量的的影響響46結(jié)晶器器內(nèi)流流場控控制彎月面面處液液面波波動鋼液流流速、、拉速速(宏觀)；鋼液液流速速、流流場變變化(微觀)湍動的的注流流引起起結(jié)晶晶器內(nèi)內(nèi)鋼液液流速速、流流場得得變化化；澆注速速度波波動時時產(chǎn)生生湍流流；夾輥對對鑄坯坯的壓壓力引引起的的鑄坯坯中未未凝固固的鋼鋼液流流動。。鋼液碰碰撞結(jié)結(jié)晶器器窄面面凝固固坯殼殼，產(chǎn)產(chǎn)生向向上分分流和和窄面面附近近彎月月面向向上涌涌動，，還產(chǎn)產(chǎn)生了了從結(jié)結(jié)晶器器邊緣緣向中中心的的表面面流。。47結(jié)晶器器內(nèi)流流場控控制彎月面面液面面控制制20世紀80年代中中期---彎月面面液面面?zhèn)鞲懈衅?0世紀80年代中中期至至1990年---改善注注流機機械設(shè)設(shè)備操操作準準確性性1990年后---解決設(shè)設(shè)備反反應(yīng)速速度、、湍流流問題題，引引入現(xiàn)現(xiàn)代控控制理理論48結(jié)晶器器內(nèi)流流場控控制結(jié)晶器器內(nèi)卷卷渣鋼液回回流導(dǎo)導(dǎo)致鋼鋼液與與保護護渣之之間產(chǎn)產(chǎn)生剪剪切流流導(dǎo)致致靜態(tài)態(tài)下渣渣。流場快快速變變化導(dǎo)導(dǎo)致動動態(tài)卷卷渣。。由偏流流引起起的SEN附近的的卡門門漩渦渦導(dǎo)致致卷渣渣。由SEN出來的的氬氣氣泡上上升到到液面面處破破裂導(dǎo)導(dǎo)致渣渣帶入入鋼液液。鋼流以以固定定速度度流經(jīng)經(jīng)SEN時，由由于回回壓降降低引引起卷卷渣。。圖42.保護渣渣卷渣渣的圖圖示49結(jié)晶器器內(nèi)流流場控控制保護渣渣卷渣渣缺陷陷的預(yù)預(yù)防與與控制制控制結(jié)結(jié)晶器器內(nèi)流流場選擇最最優(yōu)的的SEN形狀和和最佳佳浸入入深度度；電電磁攪攪拌應(yīng)用高高粘度度保護護渣高粘度度，低低缺陷陷，渣渣耗少少，潤潤滑不不足SEN吹氣控控制減小氬氬氣流流速(卷渣，，Al2O3沉積、、水口口堵塞塞)圖43.高粘度度低結(jié)結(jié)晶溫溫度的的改良良渣對對鑄坯坯缺陷陷的影影響50鑄坯中中夾雜雜物分分布51鑄坯中中夾雜雜物分分布52鋼中氧氧化物物潔凈凈度53潔凈鋼鋼生產(chǎn)產(chǎn)的工工業(yè)實實踐54潔凈鋼鋼生產(chǎn)產(chǎn)的工工業(yè)實實踐55潔凈鋼鋼生產(chǎn)產(chǎn)的工工業(yè)實實踐56潔凈鋼鋼生產(chǎn)產(chǎn)的工工業(yè)實實踐57總結(jié)589、靜夜四四無鄰，，荒居舊舊業(yè)貧。。。12月-2212月-22Wednesday,December28,202210、雨中黃葉樹樹，燈下白頭頭人。。21:27:4821:27:4821:2712/28/20229:27:48PM11、以我獨沈沈久，愧君君相見頻。。。12月-2221:27:4821:27Dec-2228-Dec-2212、故人江海海別，幾度度隔山川。。。21:27:4821:27:4821:27Wednesday,December28,202213、乍乍見見翻翻疑疑夢夢，，相相悲悲各各問問年年。。。。12月月-2212月-2221:27:4821:27:48December28,202214、他鄉(xiāng)生白發(fā)發(fā)，舊國見青青山。。28十二月月20229:27:48下午21:27:4812月-2215、比不了了得就不不比，得得不到的的就不要要。。。十二月229:27下午午12月-2221:27December28,202216、行動出出成果，，工作出出財富。。。2022/12/2821:27:4821:27:4828December202217、做前，，能夠環(huán)環(huán)視四周周；做時時，你只只能或者者最好沿沿著以腳腳為起點點的射線線向前。。。9:27:49下午午9:27下午午21:27:4912月-229、沒有失敗敗，只有暫暫時停止成成功！。12月-2212月-22Wednesday,December28,202210、很多事情情努力了未未必有結(jié)果果，但是不不努力卻什什么改變也也沒有。。。21:27:4921:27:4921:2712/28/20229:27:49PM11、成成功功就就是是日日復(fù)復(fù)一一日日那那一一點點點點小小小小努努力力的的積積累累。。。。12月月-2221:27:4921:27Dec-2228-Dec-2212、世間成事，，不求其絕對對圓滿，留一一份不足，可可得無限完美美。。21:27:4921:27:4921:27Wednesday,December28,202213、不知知香積積寺，，數(shù)里里入云云峰。。。12月月-2212月月-2221:27:4921:27:49December28,202214、意意志志堅堅強強的的人人能能把把世世界界放放在在手手中中像像泥泥塊塊一一樣樣任任意意揉揉捏捏。。28十十二二月月20229:27:49下下午午21:27:4912月月-2215、楚塞三三湘接，，荊門九九派通。。。。十二月229:27下午午12月-2221:27December28,202216、少年十十五二十十時，步步行奪得得胡馬騎騎。。2022/12/2821:27:4921:27:4928December202217、空山新雨后后，天氣晚來來秋。。9:27:49下午9:27下下午21:27:4912月-229、楊柳散和和風(fēng)，青山山澹吾慮。。。12月-2212月-22We