純凈鋼的生產(chǎn)與質(zhì)量控制研究

王立志

摘 要：隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，鋼板在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用都有了新的要求。如具有高焊接特性的高碳鋼、高強(qiáng)度鋼、高性能油井、耐H2S和CO2腐蝕的高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。

關(guān)鍵詞：純凈鋼;生產(chǎn);質(zhì)量控制

所謂的純凈鋼是含有少量非金屬夾雜物的鋼。大部分鋼中含有五種有害物質(zhì)：氧、硫、磷、氫和氮。純度高意味著成品鋼中雜質(zhì)元素的含量非常低，顯示成品鋼中非金屬夾雜物的數(shù)量非常少，尺寸很小。鋼中非金屬夾雜物的數(shù)量或五種有害元素的數(shù)量可以表明鋼的純度，非金屬夾雜物的尺寸和形狀也可以表明鋼的純度。通常，鋼材的夾雜物指數(shù)為3至5mg/10kg，夾雜物的尺寸為10至30微米。

1 純凈鋼生產(chǎn)

鋼鐵生產(chǎn)的發(fā)展趨勢(shì)是不斷減少鋼中夾雜物和有害元素的數(shù)量，不斷提高鋼的純度。在純鋼生產(chǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，引入了“超純鋼”的概念。純鋼的生產(chǎn)是一個(gè)基于鋼鐵冶煉和鋼板質(zhì)量的系統(tǒng)工程，這對(duì)鋼鐵生產(chǎn)（包括高溫金屬預(yù)處理）、精煉、連鑄和軋制有很大影響。本文介紹了在接觸轉(zhuǎn)爐進(jìn)行連續(xù)鑄造后如何清潔鋼水，如何去除有害元素O、S、P、H、N等。在精煉過(guò)程中可除去的有害元素主要是O、S、H和N，鋼中S通常是在高溫金屬預(yù)處理過(guò)程中去除。鋼中S、O、H、N可在凝固過(guò)程中形成沉淀，形成非金屬夾雜物，因此這些元素的存在極大地影響鋼的性質(zhì)。對(duì)鋼鐵的純度提高要求意味著三個(gè)好處：避免缺陷、提高可制造性和提高質(zhì)量。鋼材質(zhì)量改進(jìn)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，包括冶煉、精煉、連鑄和軋制，從冶煉和精煉的角度來(lái)看，這意味著掌握控制有害元素的最新技術(shù)。

1.1 冶煉純凈鋼的工藝路線

純凈鋼的冶煉是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的過(guò)程。目前，國(guó)內(nèi)外純凈鋼的生產(chǎn)工藝主要有兩個(gè)過(guò)程，其中之一是爐內(nèi)熱金屬的預(yù)處理——轉(zhuǎn)爐——精煉——連鑄;另一種是海綿鐵或廢料預(yù)熱。熱金屬預(yù)處理可以進(jìn)行所謂的“三脫操作”操作，即“脫硅、脫硫、脫磷”。在轉(zhuǎn)爐中，進(jìn)行脫硅、脫碳、脫磷、脫氧操作。在精煉階段，主要完成脫硫、脫氮、脫氫和非金屬夾雜去除等任務(wù)。

1.2 當(dāng)今世界對(duì)純凈鋼的要求水平

鋼鐵質(zhì)量朝著更加發(fā)達(dá)的方向發(fā)展，以滿足現(xiàn)代鋼鐵工業(yè)的嚴(yán)格要求。例如，汽車工業(yè)需要高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼和高強(qiáng)度面板鋼。汽車工業(yè)所用鋼的30%至40%要求鋼的強(qiáng)度為350MPa或更高，耐用的鋼板可以減少車輛重量、節(jié)約能源;現(xiàn)代石油工業(yè)用鋼為適應(yīng)在深、冷和高強(qiáng)度地區(qū)的石油和天然氣的發(fā)展，要求鋼材有高強(qiáng)度和低H、S、P、O含量和高耐腐蝕性。

1.3 我國(guó)爐外精煉的技術(shù)現(xiàn)狀

從20世紀(jì)50年代末到60年代中期，我國(guó)在冶金行業(yè)開發(fā)了一種精煉技術(shù)，當(dāng)時(shí)真空裝置遠(yuǎn)低于最初的世界平均值。而目前，大型鋼廠則是一個(gè)接一個(gè)地建造了大量板坯連鑄機(jī)，從而增加煉鋼廠的冶煉設(shè)備數(shù)量，如寶鋼、武鋼、鞍鋼、太鋼等主要形成典型的高溫金屬預(yù)處理和復(fù)合精煉現(xiàn)代化工藝流程。

2 純凈鋼的質(zhì)量控制

2.1 爐外精煉用耐火材料

由于鋼水的類型，原材料的狀態(tài)和操作水平不同，每種冶煉方法在技術(shù)上都有很大差異。雖然方法不同，但精煉過(guò)程中鋼包用耐材的狀態(tài)幾乎相同，即承受高壓強(qiáng)、高溫、和急劇的溫度變化。因此，鋼包的使用壽命比爐子的使用壽命短得多，并且耐火性的消耗和成本要高得多。所有材料特性都在不斷優(yōu)化和改進(jìn)，并且逐漸開發(fā)出一系列耐火產(chǎn)品，以適應(yīng)各種爐外精煉設(shè)備和特定的生產(chǎn)條件。

2.1.1 RH—OB裝置用耐火材料

RH—OB裝置生產(chǎn)不銹鋼的過(guò)程中，循環(huán)流量的增加以及注入大量氣體的方法是密集推進(jìn)的主題，這使得可以獲得穩(wěn)定的鋼產(chǎn)量，且碳含量極低。循環(huán)流量增加會(huì)增加耐火襯里的磨損并增加結(jié)構(gòu)分層和腐蝕。因此，在現(xiàn)代RH-OB涂層中，與MgO-C10磚的直接結(jié)合占主導(dǎo)地位。通常，MgO-CrO增加，磚中的MgO含量會(huì)減少磨損。隨著輻條吸收的爐渣量增加，MgO-Cr的磚磨損增加。根據(jù)多年的研究，優(yōu)質(zhì)鉻磚（Cr2）不適合在困難條件下直接粘結(jié)用于高溫烘烤的MgO-Cr20磚石材料。然而，最近的MgO-C磚已應(yīng)用于相對(duì)濕度的淹沒窯，并取得了良好的效果。例如，當(dāng)在下部罐的內(nèi)表面和HR爐的浸入管上使用MgO-C磚時(shí)，使用壽命分別為417次和94次。MgO-C石材用于側(cè)塊，其使用壽命從20%增加到30%。事實(shí)上，對(duì)于具有結(jié)構(gòu)的烤箱，RH耐火爐在高溫下具有薄片。由于MgO-C計(jì)算略高于MgO-Cr和O石，因此它們是防止側(cè)渣MgO-C進(jìn)入和熱沖擊的合適耐火材料。

2.2 加強(qiáng)中間包冶金操作

為了減少鋼中的夾雜物數(shù)量，鞍鋼在連鑄工序采取了以下措施：

2.2.1 保護(hù)澆注

防止熔體二次氧化，熔融純鋼的注入受到長(zhǎng)期粘合和氬氣密封的保護(hù)，與二次氧化的現(xiàn)象隔離。實(shí)際上，它可以被添加到保護(hù)層和氧含量中，該層與中間接受體的熔點(diǎn)從5℃降至8℃，也起到熱保護(hù)作用。

2.2.2 加大中間包容量

金屬液體在中間包的平均停留時(shí)間為80S，通過(guò)中間包的深度增加至1000mm，可提高中間包的容量，使鋼水在中間包的平均停留時(shí)間延長(zhǎng)至100S。

2.2.3 中間包鋼液流動(dòng)的控制

模擬用于乳制品的旋轉(zhuǎn)臺(tái)，使中間包中鋼水的流動(dòng)性得到改善，黨派鋼控制器的停留時(shí)間增加到成本的80%，距離表面流量為20%。從中間罐占總距離的約90%，其余10%被耐火材料吸附。

2.2.4 改良中間包覆蓋渣性能

從爐渣輸送到鋼水中的氧氣量的位移取決于爐渣中的含量（FeO）和鋼中的Al（s）線性增加，即隨著爐渣有效堿度（MD）的增加，脫氧物含量（FeO）降低，F(xiàn)eO+MnO含量不斷降低，堿渣中Al2O3含量相應(yīng)增加。

3 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于大量技術(shù)，需要完美的設(shè)備，這是市場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)。最終，我們需要設(shè)計(jì)和執(zhí)行完美的操作，以提高客戶滿意度。

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