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先進(jìn)鋼鐵企業(yè)超低碳if鋼的生產(chǎn)應(yīng)用

汽車工業(yè)的快速發(fā)展導(dǎo)致if(interdial自由steel)鋼的生產(chǎn)。世界許多先進(jìn)鋼鐵企業(yè)都非常重視IF鋼的生產(chǎn),安賽樂米塔爾、新日鐵、JFE、蒂森克虜伯、美鋼聯(lián)、浦項(xiàng)和我國寶鋼等IF鋼年產(chǎn)量均在200萬t以上。20世紀(jì)末,日本IF鋼年產(chǎn)量已超過1000萬t,并呈逐年上升趨勢。近年來,為適應(yīng)汽車減重、降低材料消耗和節(jié)約燃油的需要,對汽車用鋼板強(qiáng)度的要求越來越高。超低碳IF鋼是鋼鐵材料的高端產(chǎn)品,鋼的化學(xué)成分、夾雜物含量以及每道工序必須嚴(yán)格控制。國內(nèi)外一些鋼廠積累了很多IF鋼生產(chǎn)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn),值得我國IF鋼生產(chǎn)與研究人員借鑒。1鈦和鈮元素為保證IF鋼的性能,必須對鋼的化學(xué)成分及夾雜物含量嚴(yán)格控制。碳作為固溶于鋼中的間隙原子,隨著其含量的增加,鋼的屈服極限也升高,加大了變形抗力,影響成形性能,因此制作轎車外殼的IF鋼含碳量越低越好。鈦和鈮元素在IF鋼中主要起固定碳、氮的作用。因而IF鋼必須具有超低碳(≤0.003%)、氮(≤0.003%)、微量的鈦或鈮合金化、夾雜物含量低等特點(diǎn),國內(nèi)外部分先進(jìn)鋼鐵廠IF鋼的化學(xué)成分見表1。從表1看出,目前IF鋼中的碳含量可以控制到0.0010%。2國內(nèi)外先進(jìn)生產(chǎn)工藝IF鋼生產(chǎn)流程的每一道工序都會影響最終產(chǎn)品的深沖性能。國內(nèi)外先進(jìn)鋼廠IF鋼的生產(chǎn)工藝流程一般為:鐵水預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐冶煉→真空精煉→連鑄→熱軋→冷軋→退火→平整。該流程的前4道工序尤為重要。2.1提高爐渣堿度生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)IF鋼必須進(jìn)行鐵水脫硫預(yù)處理,以減少轉(zhuǎn)爐煉鋼渣量,進(jìn)而減少出鋼下渣量,降低轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)鋼液和爐渣的氧化性,提高轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)爐渣的堿度。噴吹金屬鎂和活性石灰或使用復(fù)合脫硫劑,可將鐵水硫含量脫至0.001%以下。2.2出鋼擋渣技術(shù)國內(nèi)外研究成果表明,轉(zhuǎn)爐冶煉IF鋼采用高鐵水比,入爐鐵水的硫含量低于0.003%,采用高純度氧氣,爐內(nèi)保持正壓;轉(zhuǎn)爐冶煉后期,增大底部惰性氣體流量,加強(qiáng)熔池?cái)嚢?采用低槍位操作;保持吹煉終點(diǎn)鋼液中合適的氧含量;提高吹煉終點(diǎn)鋼液碳含量和溫度的雙命中率;采用出鋼擋渣技術(shù);出鋼過程中不脫氧,只進(jìn)行錳合金化處理;多數(shù)鋼廠使用鋼包頂渣改質(zhì),降低鋼包頂渣氧化性;降氮主要在轉(zhuǎn)爐煉鋼工序,真空處理工序不降氮(密封效果不好反而會增氮)。2.3微合金化后成分調(diào)解壓RH真空精煉是生產(chǎn)超低碳IF鋼的關(guān)鍵工序,該工序的任務(wù)是降碳、提高鋼水的潔凈度、控制夾雜物的形態(tài)以及微合金化和成分微調(diào)。國內(nèi)外研究表明,IF鋼的真空精煉工序應(yīng)嚴(yán)格控制真空精煉之前鋼液中的碳含量、氧含量和溫度;根據(jù)碳含量、氧含量確定采用強(qiáng)制脫碳還是自然脫碳;真空脫碳后期,增大驅(qū)動氣體流量,增加反應(yīng)界面。減少真空槽冷鋼,采用海綿鈦替代鈦鐵合金;精煉過程采用動態(tài)控制模型和爐氣在線分析。2.4中間包和結(jié)晶器IF鋼連鑄生產(chǎn)工序應(yīng)保證鋼包滑動水口自動開啟,鋼包下渣自動檢測,鋼包與長水口之間密封良好,采用浸入式水口,中間包使用前用氬氣清掃,優(yōu)化中間包鋼液流場,采用結(jié)構(gòu)合理、大容量中間包;保證連鑄中間包內(nèi)鋼水液面相對穩(wěn)定,且在臨界高度之上;中間包采用低碳堿性包襯和覆蓋劑,結(jié)晶器使用低碳高粘度保護(hù)渣;結(jié)晶器液面自動控制,確保液面波動小于±3mm。3生產(chǎn)應(yīng)用分析3.1脫磷、ld-orp法新日鐵的IF鋼生產(chǎn)水平世界領(lǐng)先,為了適應(yīng)安全和輕量化的要求,開發(fā)了抗拉強(qiáng)度級別340~1270MPa的各類冷軋及鍍鋅高強(qiáng)度汽車板,新日鐵君津制鐵所用KR法脫硫(S≤0.002%),LD-ORP法冶煉IF鋼。脫磷轉(zhuǎn)爐弱供氧,大渣量,堿度為2.5~3.0,溫度為1320~1350℃,純脫磷時(shí)間約為9~10min,冶煉周期約20min,廢鋼比通常為9%,將脫磷后鋼水(P≤0.020%)兌入脫碳轉(zhuǎn)爐,總收得率>92%。脫碳轉(zhuǎn)爐強(qiáng)供氧,少渣量,冶煉周期為28~30min,脫碳轉(zhuǎn)爐不加廢鋼。日本新日鐵公司IF鋼的煉鋼生產(chǎn)工藝及其控制措施見表2。從表2看出,新日鐵對IF鋼的每道工序都有預(yù)定目標(biāo),并采取相應(yīng)的控制措施。3.2爐渣改性劑JFE生產(chǎn)超深沖IF鋼鐵水100%三脫預(yù)處理,采用復(fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼,增大吹煉后期底吹氣體流量,加強(qiáng)熔池?cái)嚢?將終點(diǎn)碳含量控制在0.03%~0.04%,提高終點(diǎn)命中率,減少補(bǔ)吹率。出鋼后,立即向鋼包內(nèi)加入由CaCO3和金屬鋁組成的爐渣改性劑,其中金屬鋁比率為30%~50%;將渣中TFe降低到2%~4%。3.3轉(zhuǎn)爐控制工藝德國蒂森克虜伯公司IF鋼冶煉流程為:鐵水脫硫→轉(zhuǎn)爐煉鋼→吹氬→RH精煉→連鑄。先在復(fù)吹轉(zhuǎn)爐中將碳脫至0.03%,然后在RH中脫至0.02%;轉(zhuǎn)爐工序控制氮含量;RH工序加入鋁和鈦。3.4-ob工藝脫碳安賽樂米塔爾旗下的美國內(nèi)陸公司采用復(fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉IF鋼,RH-OB工藝脫碳,先吹氧強(qiáng)制脫碳不到8min,將碳含量降到0.008%,然后自然脫碳4min,將碳含量降到0.002%。RH-OB工藝采用了工藝控制模型,爐氣在線分析,動態(tài)控制。3.5鐵水中磷、硫含量的控制寶鋼IF鋼生產(chǎn)工藝流程為:鐵水預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)法煉鋼→RH真空脫氣→連鑄(中間包冶金,保護(hù)澆鑄)→熱軋→冷軋→退火→平整。寶鋼主要通過鐵水預(yù)處理工序降低鐵水中的磷、硫含量,為轉(zhuǎn)爐冶煉創(chuàng)造良好的前提條件。三脫處理后,鐵水中的硅、磷、硫含量分別可以達(dá)到0.5%、0.025%和0.003%以下。寶鋼開發(fā)了低磷、低氮轉(zhuǎn)爐冶煉技術(shù),通過采用三脫鐵水、提高轉(zhuǎn)爐吹煉的入爐鐵水比、實(shí)現(xiàn)大渣量操作、復(fù)合吹煉等技術(shù),對磷、氮的控制取得了較大的進(jìn)步,IF鋼中氮的平均含量0.0019%以下,磷可以控制在0.010%以下。鋼包渣改質(zhì)處理后,提高了渣的堿度,降低了渣的氧化性,為鋼中全氧的合理控制創(chuàng)造條件。3.6出鋼、落鋼、管井鞍鋼IF鋼煉鋼流程為:鐵水預(yù)處理→復(fù)吹轉(zhuǎn)爐→RH-TB→板坯連鑄。鐵水預(yù)處理采用復(fù)合脫硫劑,降低鐵水中硫含量。采用180t復(fù)吹轉(zhuǎn)爐煉IF鋼時(shí),全程底吹氬氣,吹煉后期加大供氧強(qiáng)度,進(jìn)一步降碳。冶煉過程頂吹氧槍槍位采取高-低-低模式操作,出鋼過程采取“留氧”操作,氧含量為0.04%~0.06%,出鋼鋼水的碳含量≤0.05%。精煉采用RH-TB裝置。如果轉(zhuǎn)爐出鋼后鋼水中碳為0.04%,氧為0.05%時(shí),該工序深脫碳分為3個(gè)階段:第一階段碳由0.04%降至0.02%;第二階段碳由0.02%降至0.003%;第三階段碳由0.003%降至0.001%以下。如果轉(zhuǎn)爐出鋼后鋼水中碳為0.05%以上,第一階段則采取“強(qiáng)制脫碳”模式。如果轉(zhuǎn)爐出鋼后鋼水中碳為0.02%左右,可直接進(jìn)入第二階段。連鑄IF鋼采用立彎式板坯連鑄機(jī),采取了一系列防止增碳的措施,如及時(shí)清理真空室壁上的殘留物,控制鋼包、中間包、水口等處耐火材料和結(jié)晶器保護(hù)渣的碳含量等。還采用降低RH脫碳后鋼水中的殘余氧等措施,使IF鋼因夾雜物引起的廢品比例下降了0.05%。4鋼中夾夾物的形態(tài)特點(diǎn)超低碳IF鋼是鋼鐵材料的高端產(chǎn)品,為保證其性能,應(yīng)嚴(yán)格控制以下幾點(diǎn):一是鋼的化學(xué)成分;

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