轉爐流程特殊鋼工藝技術演示教學

轉爐流程特殊鋼工藝技術特殊鋼零部件的疲勞破壞機械設備零部件多在交變（沖擊、扭轉、彎曲、擠壓、摩擦等）載荷下工作；疲勞破壞是導致工件失效的重要原因，而鋼中非金屬夾雜物往往成為疲勞裂紋的起源；特殊鋼非金屬夾雜物控制要求最為嚴格（數(shù)量、尺寸、組成、性能等）。2夾雜物引發(fā)疲勞破壞的機理夾雜物的彈性模量、熱膨脹系數(shù)等與鋼基體顯著不同：不能均勻傳遞基體所經(jīng)受的應力、應變；鋼熱加工后夾雜物周邊產(chǎn)生壓應力或拉應力。夾雜物周邊各種應力疊加，當超過鋼的強度極限時，夾雜物－鋼基體界面產(chǎn)生裂紋成為疲勞破壞源3不同類別夾雜物對鋼疲勞性能的影響J.Monnot,etal.,Amer.Soc.ForTestMat.,1988,p.1494夾雜物臨界尺寸Lasson等研究發(fā)現(xiàn)：夾雜物小于10m時，夾雜物萌生疲勞裂紋的幾率非常?。粖A雜物大于10m時，疲勞裂紋則在夾雜物周圍萌生。齋藤誠研究發(fā)現(xiàn)：10m程度的TiN夾雜物導致彈簧疲勞破壞。Kiessling等認為：大多數(shù)疲勞破壞起源于表面或亞表面的單個夾雜物，萌生疲勞裂紋的表面或表面附近的夾雜物尺寸并不太重要。M.Lassonetal.Mater.Sci.Tech.,1993,9(3),p235齋藤誠，熱処理，1987,vol.27,No.1,p.23R.Kiessling,etal.,ProductionandApplicationofCleanSteel,1970,p1795特殊鋼超低氧含量控制上世紀80年代日本山陽特殊鋼公司發(fā)現(xiàn)將軸承鋼氧含量降低至超低含量范圍（4~7ppm），可以大幅提高軸承疲勞壽命；其后十幾年時間里，降低氧含量一直是軸承鋼等特殊鋼冶金質(zhì)量的控制重點；國內(nèi)高水平特殊鋼廠生產(chǎn)軸承、軸件、彈簧等特殊鋼已能夠將總氧含量降低至4~7ppm范圍。6K.Kawakami,etal.,Proceedingsofthe3rdInternationalCongressontheScienceandTechnologyofSteelmaking,May9-12,2005,Charlotte,AIST,2097超低氧特殊鋼中大型夾雜物問題對特殊鋼實現(xiàn)了超低氧含量控制之后，近年來業(yè)界開始側重關注鋼中個別大尺寸夾雜物控制問題：即便將氧含量降低至4~7ppm范圍，鋼中仍有個別數(shù)十、數(shù)百m的大尺寸夾雜物存在；超低氧特殊鋼疲勞壽命離散度較大問題，即認為是由于鋼中個別大尺寸夾雜物所造成的；超低氧特殊鋼中大尺寸夾雜物數(shù)量很少，采用常規(guī)檢驗方法很難檢測到其存在，特鋼廠開始采用高頻超聲波探傷、極值統(tǒng)計法等檢測評價方法。8軸承鋼控制策略轉變（山陽特殊鋼）由重點控制鋼總氧含量（“鋼中酸素量の低減”）轉為“控制鋼總氧含量控制鋼中最大夾雜物尺寸（“最大介在物の大きさを抑制”）。SanyoTechnicalReport，Vol.13(2006)，No.1，77主要目的：提高穩(wěn)定性高信頼性長壽命軸受鋼PremiumJ2，SanyoTechnicalReportVol.20(2013)No.1，70國產(chǎn)特殊鋼冶金質(zhì)量穩(wěn)定性問題重要用途特殊鋼材仍主要依賴進口，國產(chǎn)鋼材的差距主要體現(xiàn)在鋼材性能穩(wěn)定性方面，其中很大程度源于冶金質(zhì)量控制不穩(wěn)定，而鋼中夾雜物尺寸大是最突出問題之一。以重要裝置用高端軸承、彈簧、高鐵車輪、車軸為例，即便將總氧含量控制在4~7ppm極低含量范圍，鋼中仍有個別數(shù)十、數(shù)百微米，甚至毫米級大型夾雜物存在。11德國Mubea公司泰倉廠彈簧鋼試樣分析德國Sarrstahl鋼廠韓國浦項制鐵國內(nèi)高水平特鋼廠：A廠B廠汽車彈簧鋼盤條不變形夾雜物尺寸比較42CrMo鋼疲勞斷口（T.O：10ppm）旋轉彎曲疲勞實驗：三種熱處理制度得到三個不同強度水平的材料，進行疲勞實驗22個疲勞斷口裂紋起源為夾雜物；最大夾雜物為66m，最小夾雜物為14.8m，平均為33.3m尺寸60μm的夾雜物個別大型夾雜物為外來夾雜物？含量（%）夾雜物尺寸（m）尺寸60μm的夾雜物鋼中非金屬夾雜物檢驗標準常規(guī)夾雜物檢驗標準（ASTME45）GB/T10561-2005特殊鋼冶金工藝流程脫磷效率高；出鋼下渣少；混雜元素含量高（Cu、Sb等）。電爐流程：18特殊鋼生產(chǎn)轉爐工藝流程混雜元素含量低（Cu、Sb等）;脫磷效率低；出鋼不易擋渣.轉爐流程：BOFLadlefurnaceRHdegasserContinuouscaster19日本特殊鋼廠電爐流程：山陽特殊鋼、愛知制鋼、大同特殊鋼等。轉爐流程：室蘭鋼鐵廠、小倉鋼鐵廠、和歌山鋼鐵廠、倉敷鋼鐵廠、加古川鋼鐵廠、神戶鋼鐵廠等。20轉爐煉鋼脫磷問題低磷、超低磷鋼種成分控制需要；高拉碳以減少增碳量。21轉爐冶煉脫磷率：90%鐵水[%P]吹煉終點[%P]22轉爐冶煉脫磷率：85%鐵水[%P]吹煉終點[%P]23雙渣法冶煉第一次倒爐：脫磷率40%第二次倒爐：脫磷率80%24雙渣法冶煉第一次倒爐：脫磷率40%第二次倒爐：脫磷率80%25雙渣法冶煉第一次倒爐：脫磷率40%第二次倒爐：脫磷率80%26提高轉爐煉鋼脫磷效率吹煉前期（第一次倒渣前）：快速成渣（供氧、槍位、石灰等）；增強底吹攪拌強度。吹煉中后程（第一次倒渣后）：盡量倒出前期渣；二批渣快速成渣（熔劑、石灰、供氧等）：吹煉后期強攪拌。27吹煉前期脫磷反應機理金屬熔池內(nèi)部：a[O]為[C]所控制：溫度：1330~1380℃；[C]：3.3~4.5%；a[O]：0.0001~0.00015。熔池內(nèi)部脫磷反應基本不能進行。渣/鐵界面：可通過氧槍槍位、供氧速率等將渣中FetO控制在8~18%；脫磷反應能夠進行：

2[P]+5(FeO)=(P2O5)+5Fe28脫磷階段脫磷反應機理脫磷反應機理：熔池內(nèi)部[P]向渣/鐵界面運動傳輸；在渣/鐵界面發(fā)生脫磷反應：

2[P]+5(FeO)=(P2O5)+5Fe高效脫磷的關鍵：加強鐵液熔池攪拌，促進熔池內(nèi)部[P]向渣/鐵界面?zhèn)鬏?；通過調(diào)整供氧或加入鐵礦石提高渣中FetO活度。29住友和歌山鋼廠脫磷轉爐終點[P]Fig.8.Therelationshipbetweenbasicityand[P]aftertreatmentT.Ueki,etal.,ToshiyukiUeki,etal.,9thChina-JapanSymposiumonScienceandTechnologyofIronandSteelMaking,2004,Chiba30轉爐出鋼防下渣問題K.Kawakami,etal.,Proceedingsofthe3rdInternationalCongressontheScienceandTechnologyofSteelmaking,May9-12,2005,Charlotte,AIST,20931EBT(EccentricBottomtapping)32山陽特殊鋼冶金工藝流程3334扒渣器35完全除渣36大同特殊鋼公司生產(chǎn)軸承鋼3738超低氧特殊鋼LF精煉關鍵工藝：高堿度精煉渣（堿度：5~10）；鋁脫氧（[Al]s:0.02%）；強擴散脫氧（爐渣FetO：0.8%）；適當強攪拌（比攪拌功：~140w/t）。39高堿度精煉渣降低渣中SiO2的活度，抑制下式反應：

降低渣中FetO活度系數(shù)。(Si02)+4/3[Al]＝2/3[Al203]夾雜物+[Si]40日本愛知制鋼公司齒輪鋼精煉福本一郎，第126127回西山紀念技術講座，日本鉄鋼協(xié)會，大阪東京，1988，12141大同特殊鋼精煉渣SiO2含量影響福本一郎，第126127回西山紀念技術講座，日本鉄鋼協(xié)會，大阪東京，1988，12142山陽特殊鋼精煉渣堿度對軸承鋼總氧含量與夾雜物的影響K.Kawakami,T.Taniguchi,etal,Tetsu-to-Hagane,93(2007),74143愛知制鋼公司爐渣FetO+MnO含量控制福本一郎，第126127回西山紀念技術講座，日本鉄鋼協(xié)會，大阪東京，1988，12144鋼包內(nèi)下渣層與下渣量關系包內(nèi)鋼水H/D:1.3545IRIS-遠紅外下渣監(jiān)測系統(tǒng)46即將開始下渣47大量下渣（PostIndex）48即將下渣49大量下渣50國際鋼鐵協(xié)會.潔凈鋼-潔凈鋼生產(chǎn)工藝技術.北京：冶金工業(yè)出版社，200651擋渣與減少爐內(nèi)殘留鋼水量的矛盾！52轉爐出鋼出凈鋼水（鋼鐵料消耗減少）；爐后鋼包扒渣（基本扒凈）；LF精煉時加入石灰等渣料造渣。增設爐后扒渣53超低氧鋼中大尺寸DS類夾雜物？內(nèi)生類夾雜物去除程度不夠（精煉工藝問題）；采用鈣處理；鋼水二次氧化控制不夠；凝固過程聚集為大尺寸夾雜物(幾乎全部采用弧形鑄機)。超低氧特殊鋼精煉工藝升溫，脫氧，合金化，去除夾雜物等。脫氣（H，N），脫氧，合金化，去除夾雜物等。去除夾雜物：LForRH（哪個更高效？）LF精煉優(yōu)勢：加熱鋼水、爐渣；強擴散脫氧（高堿度、極低FeO含量爐渣）；鋼液成分控制（合金化）。去除夾雜物方面的不足：對鋼水攪拌能不足。LF精煉過程T.O含量變化LF爐精煉時間（min）RH工藝優(yōu)點鋼水為強還原性爐渣所覆蓋；渣-鋼界面“平靜”，爐渣卷入鋼液形成的夾雜物量減少；鋼水大范圍、合理方向“循環(huán)流動”，促進微小夾雜物碰撞、聚合、上浮去除；夾雜物被提升氣體氣泡捕捉（單位截面供氣強度：~9Nm3/m2/min）。新爐外精煉工藝LF精煉時間由70min以上減少至45~50min，除升溫和合金化外，主要完成兩項任務：將鋼液[Al]控制在0.04%以上（鋼液溶解氧近乎全部轉化為脫氧產(chǎn)物夾雜物）；將爐渣FeO含量控制在1%以下（基本喪失對鋼水的氧化能力）。去除夾雜物任務主要由RH精煉承擔，為此將RH真空精煉時間延長至30min以上。RH精煉過程T.O含量的變化RH精煉時間（min）RH精煉過程鋼中非金屬夾雜物數(shù)量與尺寸變化特殊鋼采用鈣處理目的：提高鋼水可澆性（生成12CaO7Al2O3等液態(tài)夾雜物）；問題：鋼液中喂入鈣線周邊，[Ca]濃度過飽和，與[S]、[O]、Al2O3等激烈反應，生成大尺寸夾雜物；微小夾雜物聚集為大尺寸夾雜物。X80管線鋼X80管線鋼超低氧鋼中大尺寸DS類夾雜物？內(nèi)生類夾雜物去除程度不夠（精煉工藝問題）；采用鈣處理；鋼水二次氧化控制不夠；凝固過程聚集為大尺寸夾雜物(幾乎全部采用弧形鑄機)。山陽特殊鋼工藝流程山陽特殊鋼立式鑄機2#鑄機（60t）1#鑄機（150t）投產(chǎn)年月2012年6月1982年11月鑄機類型立式鑄機鑄機長度25.3m（彎月面~拉矯輥上段）鋼包容量90t165t中間包容量10t20t鑄機流數(shù)23鑄坯尺寸380530mm電磁攪拌結晶器電磁攪拌拉速最高0.60m/min液面控制方式渦流式川上潔，第2號連続鋳造機（60tCC）の建設と稼動，SanyoTechnicalReportVol.20(2013)No.1，51川上潔，第2號連続鋳造機（60tCC）の建設と稼動，SanyoTechnicalReportVol.20(2013)No.1，51立式連鑄機優(yōu)勢大同特殊鋼公司新建300mm圓坯鑄機不同類型鑄機冶金效果比較川上潔，第2號連続鋳造機（60