1、如何建立高效低成本洁净钢平台,刘 浏钢铁研究总院2009年8月太原,前 言,洁净化是现代钢铁材料发展的主要潮流，洁净钢生产是当代炼钢技术发展的重大方向。 欧美国家采用传统流程生产洁净钢，其特点是以炉外精炼作为控制钢水洁净度的主要手段，采用铁水脱硫预处理-转炉冶炼-炉外精炼工艺。日本开发的洁净钢生产新流程强调采用全量铁水“三脱”预处理工艺，实现转炉少渣冶炼，通过铁水预处理控制钢水洁净度，达到降低成本和提高效率的目标。 目前，世界金融危机使全球钢铁业进入萧条时期，如何降低洁净钢制造成本、降低能耗和减少制造过程中的环境污染成为今后全球钢铁业市场竞争的焦点。为此，迫切需要建立起高效低成本洁净钢生产技术
2、平台。 本文对如何建立高效低成本洁净钢生产平台提出具体的看法。,汇报内容,洁净钢与洁净钢制造平台 两种洁净钢制造流程 传统流程的基本矛盾 建立高效低成本洁净钢平台的关键技术 结论,提高钢材洁净度是钢铁技术发展的方向,钢材洁净度的预测与实际水平比较/10-6,典型高品质钢种的性能与洁净度要求,关于“质量过剩”的讨论： 没有质量过剩只有产品差异； “质量过剩”的观念应转变为保证质量、降低成本、提高市场竞争力； 今后的发展不应以降低产品质量为前提，而应以大幅度降低生产成本作为主攻目标。,生产工艺与钢材洁净度,随着社会的发展进步，市场对钢材洁净度的要求日益增加。超纯净、高均匀度和高性能是21世纪钢铁产
3、品质量发展的主要技术方向，为了提高钢材的各种性能，延长服役寿命，提高强度，要求钢材的杂质含量（S、P、N、O、H）和夹杂物总量越低越好。,典型钢种的纯净度水平（10-6）,典型国外厂家超纯净钢生产工艺与技术水平（10-6）,洁净钢与洁净钢制造平台,洁净钢并非特指某一类具体的钢种，而是代表实际生产过程中控制钢水洁净度所能达到的工艺水平。因此，洁净钢不是一个钢种的概念，而属于生产工艺范畴，反映出洁净钢具体的生产工艺和制造水平。,工艺进步与洁净度水平的提高（10-6）,钢材洁净度水平预测,两种洁净钢制造流程,传统洁净钢制造流程 日本洁净钢制造新流程 21世纪的新型炼钢厂 两种洁净钢生产流程的比较,主
4、要技术问题： 工艺流程长 钢水质量不稳定 生产成本高 渣量大，能耗、铁耗高 CO2排放量大,传统洁净钢制造流程,传统洁净钢制造流程可以生产出高洁净度钢水，但由于工艺流程长，生产工艺的波动造成钢水质量不稳定；钢水提纯主要依靠炉外精炼，造成能耗高、成本高、CO2排放量高。,流程特点,采用全量铁水脱硫预处理工艺 采用传统转炉炼钢工艺 采用LF炉还原精炼工艺 采用RH真空精炼工艺 采用全连铸工艺,日本洁净钢制造新流程,洁净钢生产新流程,转炉“三脱”,高炉,少渣冶炼,RH,CC,铁水罐“三脱”,一罐到底,日本学者认为：传统的洁净钢生产流程存在着生产成本高、能耗高、CO2排放量大和产品质量不稳定等缺点。为
5、改进这些缺点，提出采用分阶段冶炼工艺，并经过20年的发展完善，形成了洁净钢制造新流程。,流程特点,采用高炉低硅冶炼和铁水脱硅预处理，严格控制硅含量； 采用铁水脱硫和脱磷预处理工艺; 采用转炉少渣冶炼工艺； 采用定碳出钢和RH-KTB技术； 采用全连铸工艺。,主要技术优点：（1）减少渣量，比传统流程减少渣量4060%；（2）缩短转炉冶炼周期3050%；（3）减少吨钢铁耗1520kg；（4）减少吨钢铝耗1.52kg，铁合金消耗310kg。,21世纪的新型炼钢厂日本住友和歌山厂,100%铁水“三脱”预处理 100%快节奏生产，周期20分钟 100%钢水真空处理 100%连铸坯热装直轧(850),技术
6、特点,工厂配置：年产钢量420万吨(实际产量) 采用1座210吨转炉进行铁水“三脱” 采用2座210吨转炉少渣炼钢（二吹一） 采用2座RH-KTB真空精炼 采用3台铸机实现全连铸生产,和歌山厂的基本经验全量铁水“三脱”预处理工艺,优化KR脱硫预处理工艺： 控制搅拌时间1013min； 控制粉剂消耗7kg/t钢； 提高处理温度1360； KR脱硫率稳定在90%以上。,优化转炉铁水脱磷预处理工艺： 控制炉渣碱度1.82.0, 保证处理终点P0.025%； 采用底吹强搅拌, 底吹供气强度为0.4Nm3/t.min; 铁水初始Si从0.2%提高到0.6%; 入炉废钢比从12%提高到18%; 降低处理终
7、点温度至13001320.,和歌山厂的基本经验全流程高效快节奏生产,（1）提高供氧强度达到5Nm3/t.min。 （2）采用非对称氧枪，降低粉尘发生量20%。 （3）采用快速出钢技术，取消终点副枪取样测温。快速出钢比例达到96%。 （4）提高动态控制精度，当C30m)钢包精炼6575%中间包2025%结晶器 510%,铝脱氧与夹杂物控制,铁液中铝-氧夹杂物平衡,铝强化脱氧是传统流程采用的最主要脱氧方法，可以保证钢水的洁净度，但也带来了夹杂物控制的难题。铝脱氧引起的夹杂物控制难题： （1）采用铝脱氧产生大量的Al2O3夹杂难以上浮去除。 （2）精炼过程中不断产生零星的 Al2O3二次夹杂，难以聚
8、合上浮。 （3）铝脱氧降低了钢水流动性，需采用Ca处理工艺。,解决措施： （1）避免钢水过氧化，减少铝加入量 （2）尽可能采用真空碳脱氧，减少Al2O3脱氧产物对钢水的污染。 （3）改变Al2O3上浮机制，缩短弱搅时间。 （4）优化Ca处理工艺。,控制钢中夹杂物的工艺方法： 出钢大量用铝沉淀脱氧； 精炼过程采用铝扩散脱氧，降低炉渣氧位； 采用高碱度高铝钙比渣系有利于吸附Al2O3夹杂； 为保证夹杂物充分上浮需采用长时间弱搅工艺； 为保证钢水流动性，需要进行Ca处理； 完成以上工作增加了钢水精炼成本。,铁液中Ca/TO对夹杂物形态的影响,渣系与FeO对TO的影响,强还原精炼,碱度对TO的影响,炉
9、渣成分对夹杂物形态的影响,终点C对渣中FeO的影响,为了保证钢水脱硫，控制钢中夹杂物形态和降低钢水氧位，传统洁净钢流程常采用LF炉强还原精炼工艺以保证钢水的洁净度。强还原精炼带来的技术问题： （1）铝消耗高，需要用大量铝脱除钢水和炉渣中的氧。 （2）为降低钢中TO需用铝还原渣中SiO2，提高炉渣碱度。 （3）为改变夹杂物形态需采用高碱度高Al2O3渣系，增加渣量。 （4）铝脱氧产生的大量一次和二次夹杂污染了钢水，并延长了精炼时间。 （5）为满足强还原精炼的要求，明显增加了精炼成本。,冶炼过程中不同尺寸夹杂物个数变化,夹杂物造成钢板表面缺陷,钢中夹杂物特别是大型夹杂物是造成钢板表面缺陷的主要原因
10、。 银白色缺陷是薄板的一种典型表面缺陷，主要是由于铸坯表面层下25mm范围内大于150200m的夹杂物引起的。,微细裂纹(Sliver),鼓泡(Pencil blister),银白色缺陷分为以下三种： 主要含有MgO和CaO的渣基银白色缺陷，由中间包卷渣造成(占0.3%); Al2O3基的银白色缺陷，以Al2O3夹杂簇群为主(占49.7%); Al2O3和保护渣基的银白色缺陷，来源于结晶器液面波动卷入的Al2O3和保护渣(占50%)。影响钢板表面缺陷的主要因素： 钢中T.O3010-6表面缺陷显著增加; 钢包渣中(FeO+MnO)2%表面缺陷增加; 结晶器液面波动14mm表面缺陷明显增,表面缺
11、陷的形成机理,加,建立高效低成本洁净钢平台的关键技术,采用铁水“三脱”预处理工艺 实现转炉少渣冶炼 高碳出钢与真空碳脱氧 改变夹杂物上浮机制,转炉铁水“三脱”工艺的发展,日本各公司转炉铁水“三脱”预处理工艺比较,总结日本近20年转炉铁水“三脱”预处理工艺的发展，主要采用以下三种工艺路线： （1）低碱度、高FeO渣铁水脱磷工艺，其特点是渣量大、工艺简单，但脱磷效率低，铁损高。 （2）中、高碱度、低FeO渣铁水脱磷工艺，其特点是控制炉渣FeO5%，炉渣碱度2.5，初始铁水Si0.2%，可以达到较高的脱磷效率和低的回硫率。 （3）铁水同时脱磷、脱硫工艺，脱硫率一般为60%，不能满足低硫钢的要求。,转
12、炉脱磷预处理工艺,碱度对磷分配比的影响,转炉铁水脱磷的行为,碱度对磷分配比的影响,碱度对脱磷率的影响,转炉脱磷预处理的优化原则： （1）实现高效脱磷，降低终点磷含量。 （2）提高渣钢间磷分配比，减少渣量。 （3）提高渣中P2O5含量，促进化渣。 （4）抑制脱碳，减少处理过程热损失。脱磷预处理的工艺优化： 降低铁水处理温度; 提高炉渣碱度； 提高化渣速度； 控制铁水Si,减少渣量； 降低渣中FeO含量，减少铁损； 加快生产节奏，缩短处理周期。,抑制回硫,炉渣碱度对(%S)/%S的影响,%TFe对(%S)/%S的影响,半钢冶炼由于碳含量较高，熔池氧位低，有利于提高渣钢间硫的分配比，达到抑制回硫的冶
13、金效果。抑制半钢回硫的技术措施： （1）采用低氧位脱磷工艺，控制炉渣TFe5%。 （2）抑制脱磷过程中碳的氧化，控制处理终点C3.2%。 （3）采用高碱度脱磷、脱硫工艺，控制渣钢间硫的分配比20。 （4）控制渣中FeO5%，保证渣钢间硫分配比20。,炉渣碱度对渣钢间硫分配比的影响,炉渣碱度与P2O5的关系,logP2O5=-11.05+0.018*MgO+0.069*FeO-0.80*CaO/SiO2-11328/T,logP2O5,转炉少渣冶炼,少渣冶炼的冶金特点： 碳氧反应更接近平衡，减轻了钢水过氧化趋势； 熔池脱碳速度快，熔池碳氧反应由氧扩散控制转变为碳扩散控制的临界碳含量由0.6%降低
14、到0.15%，有利于避免钢渣过氧化； 渣钢间脱磷、脱硫效率进一步高； 实现锰矿熔融还原，当C0.08%时锰收得率达到90%以上； 钢水洁净度高：N1510-6，H1.510-6 。少渣冶炼的主要工艺措施:（1）严格控制渣量，吨钢20kg左右。（2）适当提高供氧强度，减少粉尘排放量。（3）采用定碳出钢工艺，实现高拉碳。,终点CO平衡,对末期脱碳速度的影响,对渣钢间LMn的影响,初始P、Si含量对渣量的影响,高碳出钢与真空碳脱氧,传统脱氧工艺,真空碳脱氧工艺,采用铁水“三脱”预处理和转炉少渣冶炼工艺后，解决了转炉低碳脱磷的技术难题，可以实现高碳出钢。为避免钢渣过氧化，生产低碳钢应将转炉出钢C稳定在
15、0.060.08%，钢中O从800100010-6降低到30040010-6；生产中、高碳钢应将转炉出钢C提高到0.3%以上，使钢中O降低到10010-6以下。这对于大幅度减少脱氧铝耗和脱氧生成的Al2O3夹杂总量具有重要意义，有利于提高铝脱氧的收得率，降低钢中夹杂物总量。,真空碳脱氧的意义： 利用碳脱氧脱氧产物为气体，不会污染钢水; 真空有利于碳氧反应，达到理想的脱氧效果; 真空碳脱氧可大幅度降低脱氧和去除夹杂物的成本。,真空碳脱氧的工艺措施:（1）采用沸腾出钢工艺避免钢水污染。（2）适当提高转炉终点C，实现RH热补偿。（3）优化RH工艺参数，促进碳氧反应平衡。（4）提高铝深脱氧的收得率，减
16、少铝耗。,改变夹杂物上浮机制,NK-PERM处理后夹杂物分布的变化情况,ko和搅拌能量的关系,RH精炼通常采用铝脱氧工艺，生成的脱氧夹杂物大多为细小的Al2O3夹杂，RH精炼过程中钢水氧含量的变化可以表示为：,RH处理钢水中夹杂物的形貌和成份,渣中FeO+MnO含量和脱氧速度常数k间的关系,夹杂物的控制措施： （1）优化RH处理模式，降低脱氧前钢水氧含量；（2）降低渣中FeO+MnO含量；（3）提高熔池搅拌能，促进Al2O3夹杂聚合上浮（4）强化钢水脱氢，利用析出的微小氢气泡携带细小夹杂物上浮（NK-PERM法）。,结 论,（1）洁净钢并非特指某一类具体的钢种，而是代表实现生产过程中控制钢水洁净度所能达到的工艺水平。 （2）以全量铁水“三脱”预处理和转炉少渣冶炼工艺为基础的洁净钢生产新流程是今后洁净钢生产工艺的重要发展方向。 （3）传统洁净钢生产流程存在以下基本矛盾：炼钢回硫，低碳脱磷，铝脱氧与夹杂物控制和采用强还原精炼工艺，也是造成钢质量不稳定，生产成本高、能耗高的主要原因。 （4）建立起高效低成本洁净钢生产技术平台需要进一步研究解决：全量铁水“三脱”预处理、少渣冶炼、高碳出钢和真空碳脱氧以及改变夹杂物上浮方式等关键技术。,谢谢！,
