炼钢过程钢中氧的控制
1 钢中的氧——钢洁净度的量度
炼铁是一个还原过程。 高炉内加入还原剂(C、CO)把铁矿石中的氧(Fe3O4、Fe2O3)脱除,使其成为含有C、Si、Mn、P、S的生铁。焊锡炉
炼钢是一个氧化过程。 把纯氧吹入铁水熔池,使C、Si、Mn、P氧化变成不同碳含量的钢液。 当吹炼到终点时,钢水中溶解了过多的氧,称为溶解氧[O]D或a[O]。出钢时,在钢包内必须进行脱氧合金化,把[O]D转变成氧化物夹杂,它可用[O]I表示,所以钢中氧可用总氧T[O]表示:T[O]=[O]D+[O]I 微型振动电机 出钢时,钢水中[O]I→0,T[O]→[O]D; 脱氧后:根据脱氧程度的不同[O]D→0,T[O]=[O]I。 因此,可以用钢中总氧T[O]来表示钢的洁净度,也就是钢中夹杂物水平。钢中T[O]越低,则钢就越“干净”。 为使钢中T[O]较低,必须控制: (1)降低[O]D:控制转炉终点a[O],它主要决定于冶炼过程; 转炉采用复吹技术和冶炼终点动态控制技术可使转炉终点氧[O]D控制在(400~600)×10-6范围。 (2)降低夹杂物的[O]I:控制脱氧、夹杂物形成及夹杂物上浮去除——夹杂物工程概念 (Inclusion Engineering)。
随着炉外精炼技术的发展,钢中的总氧含量不断减低,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,由于引入炉外精炼,对于硅镇静钢,T[O]可达(15~20)×10-6,对于铝镇静钢,T[O]可达到<10×10-6。
(3)连铸过程:一是防止经炉外精炼的“干净”的钢水不再污染,二是要进一步净化钢液,使连铸坯中的T[O]达到更低的水平。
钢中T[O]量与产品质量关系举例如下:
(1)轴承钢T[O]由30×10-6降到5×10-6,疲劳寿命提高100倍。
数字标签 (2)钢中T[O]与冷轧板表面质量存在明显的对应关系。 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]越低,冷轧板质量越好,T[O]在(40~100)×10-6时废品率非常高。 (3)川崎Mizushima把中间包T[O]作为钢水结晶度标准,生产试验表明: 中间包钢水总氧含量: 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,如表1所示。 由以上数据表明: ①钢中T[O]低,说明钢中夹杂物数量少,钢水较“干净”; 台历架②洁净钢是一个相对概念,钢中T[O]控制到什么水平,决定于钢种和产品用途;
转向助力油管 ③产品质量不仅要控制夹杂物数量,而且夹杂物的形态、尺寸和分布也要得到控制。
2 转炉终点钢中氧的控制
T[O]=[O]D+[O]I
出钢时:[O]I→0,T[O]=[O]D
生产统计表明,终点[O]D(a[O])决定于:
(1)终点[C]
转炉冶炼终点由副测定的C和a[O]统计关系可知:
I区:[O]D波动在C—O平衡曲线附近
[C][D]=0.0027 炉龄<2500炉
连接轴 II区:[O]D远离C—O平衡曲线
[C][D]=0.0031~0.0037 炉龄>2500炉
当炉龄大于3000炉,达到7500炉甚至10000炉,钢水中[C][D]积远离平衡线,且波动较大,这可能与采用溅渣护炉操作,降低了复吹冶金效果有关。
(2)终点温度
生产统计转炉终点钢水温度与a[O]的关系所示:
当终点[C]=0.025%~0.040%时,随着温度的升高,终点[O]D呈上升趋势。当t>1680℃
时,终点[O]D明显增加。
(3)终渣(FeO)
&n 当终点[C]=0.02%~0.06%时,终点渣中(FeO+MnO)为14%~24%,而终点[O]D波动较大。
(4)氧耗量
终点[C]=0.02%~0.06%,氧耗量在48~58m3/t之间,而终点[O]D波动在(400~1400)×10-6。说明终点[C]越低(或后吹),吹入氧主要用来氧化铁,使渣中FeO大增,同时增加了终点[O]D。
(5)转炉终点[O]D预报模型
根据确定的控制变量,采用多元回归分析,得到转炉终点氧含量预报模型:
[O]D=-3712.923+16.383[C]iron+248.706[Si]iron-1014.045[Mn]iron-3523.575
iron-1.221Tiron-1.254Rscrap+18.057/ [C]end-2640.148[Mn]iron+3523.575
end+3.749Tend-3.55×10-2Q+8.917(FeO)
预报结果:预报值与实测值相对误差在±(11.3%~11.8%)
由以上统计方程可知,在铁水成分和吹炼制度一定的条件下,要降低转炉终点[O]D,必须准确控制好以下参数:
①控制[C]end≥0.035%;
②控制终点温度在1640~1680℃;r>
③渣中(FeO+MnO)在14%~18%;
④提高转炉终点碳和温度的命中率,杜绝后吹;
⑤强化复吹效果(尤其是对低碳钢)
&n [C]end=0.02%~0.05 顶吹终点[O]D=(700~900)×10-6
[C]end=0.02%~0.05 复吹终点[O]D=(250~600)×10-6
采用动态控制,提高转炉[C]和温度的双命中率,减少后吹,加强溅渣护炉后高炉龄的复吹效果是降低转炉终点[O]D含量的有效措施,既可节约铁合金消耗,更重要的是从源头上减少钢中夹杂物生成,提高钢的洁净度,这对生产低碳钢或超低碳钢的冷轧薄板是非常重要的。