无取向电工钢(硅钢)生产流程[S]、[C]、[N课件.ppt

无取向电工钢（硅钢）生产流程S、C、N的控制,钢铁研究总院连铸技术国家工程研究中心仇圣桃2008.11,一、 C、S、 N对无取向电工钢的危害 二、转炉流程生产无取向电工钢的关键工序 三、铁水预处理工序 S、 N的控制 四、转炉工序C、S、 N的控制 五、RH精炼工序C、S、 N的控制 六、精炼后钢水C、 N的控制 七 、LF精炼工序C、S、 N的控制,目 录, 电工钢中C对磁性能的影响,钢中C的作用：1、成品C含量增加，碳化物也随之增加，磁感降低，铁损增加；2、无取向电工钢要求：C30ppm。,一、 C、S、N对无取向电工钢的危害, 电工钢中S对磁性能的影响,钢中S含量增加，铁损增加，存在铁损急剧增加的S含量，由此，电工钢中S控制成分为小于50ppm。, 电工钢中N对磁性能的影响,N含量在25ppm以上时，铁损急剧增加，由此，钢中N含量控制应以25ppm为极限。, 电工钢中Mn对磁性能的影响,钢中Mn的作用：1、形成MnS，防止FeS引起的热脆；2、扩大相区；3、Mn/S10，保证良好热加工性能和MnS粗化；4、改善组织和织构。, 电工钢中Al对磁性能的影响,钢中Als的作用：1、Als0.15%,其作用与Si的作用相同，提高值，缩小相区， 促进晶粒长大，粗化AlN，改善织构，减轻时效；2、Als在50140ppm，P15显著增加；3、 Als30ppm， P15显著降低；,二、转炉流程生产无取向电工钢的关键工序,关键工序与任务： 铁水预处理工序，脱S、控制N； 转炉冶炼工序，脱C、脱N、控S； RH 精炼工序，脱C、脱S、控N； 连铸工序，控C、控N、控S。, 转炉流程脱硫工序的选择,三、铁水预处理工序 S、N的控制,3.1 铁水预处理脱S3.2 铁水预处理控N,1）铁水脱硫的优点: 铁水中碳、硅含量高，提高了硫的反应能力，从而有利于脱硫； 铁水中氧含量低，提高了渣铁之间的硫分配比，脱硫效率高； 铁水脱硫因其较好的动力学条件，脱硫剂利用率高，而且脱硫速度快； 铁水脱硫费用低，如高炉、转炉、炉外精炼每脱除1kg硫，其费用分别约为铁水脱硫的2.5倍、16倍和6倍。,3.1 铁水预处理脱S,2）铁水脱硫的方法 铁水脱硫可分为四大类： 投入法(铺撒法) 铁水容器转动法(摇包法) 机械搅拌法(KR法) 喷吹法(鱼雷罐、铁水包),3）当前最常用的铁水脱硫方法 机械搅拌法(KR)与喷吹法: KR日本、韩国等亚洲国家 喷吹法俄罗斯、中国等国家,4）常用铁水脱硫剂 碳化钙系脱硫剂 CaC2脱硫的基本反应式： CaC2+S=CaS(s)+2C CaC2脱硫能力较强。在动力学条件较好时，最低S可达 0.001%，广泛用于机械搅拌和喷吹脱硫方法； 提高脱硫速度的主要措施包括：减小CaC2粒度、强化搅拌、提高铁水温度等； 添加适量的碳和CaCO3等成份，形成复合CaC2脱硫剂，有利于提高脱硫效率。 主要缺点： 易吸水，运输和存贮需要采取特殊安全措施； 比较昂贵; 脱硫渣对环境污染较大。, 石灰系脱硫剂 CaO脱硫的基本反应式： CaO(s)+S=CaS(s)+O 纯CaO的脱硫能力低于CaC2，脱硫速度慢，脱硫效果不稳定； 添加适量C等反应促进剂，形成复合石灰系脱硫剂，提高脱硫效率； 提高脱硫效率的主要措施： 加大搅拌 增大反应面积 提高铁水温度 适用于KR机械搅拌脱硫工艺, 金属镁脱硫 金属镁脱硫的基本反应式： Mg(g)+S=MgS(s) 主要优点： 脱硫能力强，速度快，脱硫后渣量少、铁损少、热损少； 脱硫反应为放热过程，适应温低铁水脱硫。 主要缺点： 价格昂贵，容易挥发。 措施： 制作成钝化镁粒； 添加CaO进行复合喷吹。 广泛用于喷吹法脱硫工艺,某厂100吨铁水罐喷吹颗粒镁脱硫主要设计参数,5）铁水脱硫实例介绍,脱硫效果：S0.005%的比例达到9.92%；S平均为0.003%；S最低可控制到0.002%以下；“深脱”的平均脱硫率达到90%。,1) 氮在铁中的溶解,在一定温度，1atm大气压下，N在钢中存在形式： 自由状态的氮原子， 间隙固溶体； 化合物状态的氮原子，AlN、TiN、ZrN、VN、Fe4N。,3.2 铁水预处理控N,2）影响氮在钢中溶解度的元素,铁的状态或晶体结构； 温度与氮气分压； 合金元素含量。,氮在-Fe、 Fe、 Fe、液态铁中的溶解度,氮在铁液中的溶解度,氮在铁中的溶解度, 铁的状态或晶体结构对氮的溶解度的影响,C、Si：降低溶解度；Nb、V、Cr、Mn、Zr、Ti、Al：增加溶解度；Mo、Ni、Co ：影响不大。, 合金元素含量对氮在铁液中溶解度的影响, 低氮铁水的获得,铁水N含量：3040ppm低氮铁水的措施： 高炉顺行； 高温； 高锰； 高硅。,四、转炉工序C、S、 N的控制,4.1 转炉冶炼工序脱C4.2 转炉冶炼工序脱N4.3 转炉冶炼工序控S,4.1 转炉冶炼工序脱C, 转炉终点碳、氧的控制： 根据RH真空脱碳原理，要求处理前初始钢水的C和O应达到一定的范围，以求最佳脱碳效果。 对于生产成品C30ppm的电工钢来说， RH真空脱碳的最佳含量： C：0.030.04； O：600ppm700ppm。, 氮在渣中的存在形式：自由氮离子，N代替O；化合氮离子，N-4代替O-2,4.2 转炉冶炼工序脱N, 转炉顶低复合吹炼：形成CO、O2气泡、惰性气体Ar气泡为氮的去除创造良好条件；转炉终点氮含量可达：1015ppm。,新日铁八幡厂氧气转炉炼钢过程N的变化, 氧气流量对转炉终点N的影响, 渣层厚度对转炉终点N的影响,尽可能提高入炉铁水温度，缩短废钢熔化时间，保证炉渣脱硫反应的时间；铁水残渣带入硫量占总硫量的8%12%，扒渣时应尽量扒尽，应保证较高的终渣碱度(R=4.4)、较低的终渣(FeO)(不大于16.40%)及适宜的终点温度(t1680)，以增强炉渣脱硫能力；控制转炉残留渣量，应考虑停止溅渣12炉后再冶炼，在炉况允许的情况下，连续冶炼电工钢时也应该停止溅渣；造渣材料要满足低硫要求。,4.3 转炉冶炼工序控S,1）转炉吹炼过程“回硫”的控制,2）影响转炉“回硫”的因素分析,铁水脱S扒渣对回硫的影响入炉铁水S对回硫的影响废钢种类对回硫的影响石灰中S对回硫的影响,3）控制转炉回硫的主要措施,扒除脱硫后铁水面上的脱硫渣；选用低硫废钢；控制转炉炉料中硫含量，严格相关技术标准；选择回硫稳定的脱硫工艺。,五、RH精炼工序C、S、 N的控制,5.1 RH脱碳技术5.2 RH脱硫技术5.3 RH处理控氮,部分内容源于余志祥教授讲学,5.1 RH脱碳技术,真空条件下脱碳行为的特点： 决定真空脱碳速度的主要参数之一是体积传质系数ak，与真空室截面(Av)、钢水循环量(Q)及钢水碳含量(Cv)成正比：ak Av0.32 . Q1.17 . Cv1.48；RH真空脱碳速度的限制环节是钢水侧碳和氧的传质阻力，由碳扩散向氧扩散转变的临界条件为： 当钢水C0.05%进行脱碳时,脱碳速度的限制性环节为碳在钢液侧的扩散，反应速率可表达为:, 脱碳影响因素的分析,插入管直径对脱碳速度的影响： 脱碳速度随插入管内径的增大而增大；循环量Q与插入管内径d4/3成正比。最大限度延长内径为700750mm的时间段。真空降压制度对脱碳的影响 快速降压可加大脱碳速度； 其脱碳速度增大主要体现在脱碳的前5分钟内。,不同插入深度下的脱碳曲线,不同浸渍管径下脱碳比较,快速降压前后的降碳曲线, 改进真空脱碳效果的措施,1）提高抽气速度，实行真空快速降压，提高脱碳速度；2）尽可能加大插入管直径，加大驱动气体流量，增大钢水循环量，提高脱碳速度；3）强制（吹氧）脱碳。,效果：RH真空脱碳可在1520分钟之内，将钢水中的碳降低到(1015)10-6 。最佳脱碳效果可达10ppm。,强制（吹氧）脱碳的特点：可提高初始C，达到0.040.06%；可降低初始O，降至250 400ppm。脱碳速度比传统RH脱碳快。,RH、RHKTB工艺脱碳曲线,改进前后的降碳曲线,保证真空系统的密封性，确保处理过程的真空度不变； 气体流量调节由小到大，防止处理过程喷溅； 控制钢水温度，控制真空室的烘烤； 减少处理过程温降。处理过程中通常每5分钟测温一次，以判断温降及钢液循环情况。, RH脱碳在操作中需注意的几个问题,5.2 RH脱硫技术, RH脱硫基础,RH脱硫的化学反应平衡式为： (CaO)+ S= (CaS) + O 脱硫的条件： CaO的活度高； 氧的活度低； 渣碱度高，提高渣的硫容量。,对于铝脱氧电工钢钢水，其基本反应式为： 3(CaO)+2Al+3S=(Al2O3)+3(CaS)优势： 铝参与脱硫反应速度快 在石灰粒子表面生成铝酸盐，可提高石灰的硫容量和脱硫效率； 可使钢中S脱至 0.001%； RH脱硫反应的限制性环节是钢液一侧边界层中的硫向氧化钙表面扩散；,脱硫速度可表示为： 脱硫速度取决于： 渣的硫容量 影响质量传输系数的搅拌能 在RH真空精炼条件下，借助于上升管的驱动氩气，使进入真空室内的钢液形成乳化液态区，极大地扩大了表面积； 另一方面，钢液经下降管以一定速度返回钢包中，加速钢液搅拌，其搅拌能与钢包底吹氩气搅拌能相当，可达200瓦/吨钢,良好的热力学和动力学条件，显示了RH在脱硫方面的优势！, RH脱硫实际操作中需讨论的问题,不同CaO系渣的Cs,1）脱硫剂的选择 选择CaO-CaF2脱硫率最高，CaO与CaF2比例以6：4为宜。2）对钢包渣的要求 钢包渣中氧势越高，硫分配比越低钢水回硫量随钢渣氧势的升高而增大。,CaO-CaF2 的相图,3）脱硫时机的选择 钢中O越高，则脱硫效率越低。因此，脱硫的时机应选择在： 钢水脱氧后； 钢水进行合金化后。4）脱硫剂消耗对脱硫率的影响 脱硫率随脱硫剂消耗的上升而提高，最高脱硫率达83.3%，最低S为0.001%。5）钢水温度对脱硫率的影响 脱硫率随RH处理钢水温度的上升而提高。,RH脱硫需要注意的问题： 钢液温度损失。当添加1.5kg/t.钢脱硫剂时，温度降低5； 对耐材侵蚀速度加快，平均达到每炉1.11mm。, RH脱硫的效果,1）国内某厂利用RH工艺生产高牌号无取向硅钢时，成品中S含量稳定控制在10 ppm以下。2）新日铁某厂利用RH-PB工艺生产超低硫钢，脱硫剂采用1:1的CaO-CaF2，脱硫剂添加速度max300kg/min，氩气流量：1666.7NL/min，处理20min，可使S由2030 ppm降至5 ppm。3）新日铁另一钢厂采用RH-喷吹法，采用6:4 CaO-CaF2+(10%15%)MgO，添加速度100kg/min，氩气量max3500NL/min，处理20min，使S由20ppm57ppm降至5 ppm。,5.3 RH处理控N,对于低碳、低氮钢液，工艺很难进行有效的脱氮！获得超低氮钢的方法： 炼钢过程最大程度地脱N； 炼钢后最大程度地控N。钢液的脱氮方式： 熔渣脱氮 气泡脱氮； 真空脱氮。,真空处理是减少和控制钢中氮主要手段，为增加氮在钢中传质系数、加大钢渣反映界面积，应该采用真空吹氩同时进行。,6.1 精炼后钢水增碳的控制6.2 精炼后钢水增氮的控制,六、精炼后钢水C、 N的控制,6.1 精炼后钢水C的控制, 钢水增碳的控制,1）控制脱碳过程中从真空室结瘤残钢的增碳； 2）控制冷却废钢的增碳；3）控制合金的增碳；通过上述措施增碳可控制在：12ppm, 连铸过程的增碳,1）钢包衬砖对增碳的影响 AL-Mg-C砖罐和低碳砖罐钢水增碳情况，钢包采用无碳砖是十分重要的措施，可控制增碳1ppm；2） 中包覆盖剂对增碳的影响 中包覆盖剂的碳含量高低直接影响钢水增碳。因此必须选用无碳中包渣，使增碳1ppm。3） 浸入式水口增碳的控制 选用低碳无硅复合水口可控制增碳1.5ppm。 通过上述各项措施，使真空脱碳结束至连铸坯的总的增碳可控制在610ppm。,6.2 精炼后钢水N的控制,连铸过程控制二次吸氮的措施：1）大包到中间包使用长水口，连接处采用氩气密封；2） 中间包到结晶器使用浸入式水口和保护渣。,7.1 LF精炼工序脱S7.2 LF精炼工序控N,七、 LF精炼工序 S、C、N的控制,7.1 LF精炼脱S,钢包炉脱硫效果受制于三因素： 钢液的充分脱氧和炉渣尽可能低的氧势； 高碱度钢包渣，良好的流动性，高硫容量； 良好的搅拌及升温和温度控制。, 炉渣的氧势(FeO%+MnO%)随着炉渣氧势的提高，硫的钢、渣分配系数(Ls)及脱硫率下降。深脱硫的钢种要求渣中FeO+MnO 1%。 钢包渣的碱度 钢包渣的主要成份： CaO, SiO2, Al2O3, MgO, CaF2, FeO, MnO 硫的分配系数(Ls)和脱硫率随着钢包渣碱度提高而提高。 当以CaO/(SiO2+Al2O3) 表示碱度时，应为1.35 3.0 钢包渣流动性 钢包渣的流动性以CaO/(SiO2*Al2O3) 为渣指数来表示 钢水温度 脱硫率随钢水温度的提高而提高, 影响钢包炉脱硫的因素分析, 钢包炉脱硫的主要措施：根据对以上各种因素的分析，应在实际操作中采取以下各项对策和措施，以保证钢包炉脱硫获得理想效果 。 钢液充分脱氧，O 5ppm； 出钢挡渣，控制下渣量 50 mm(厚度)； 使用炉渣改质剂，进行炉渣初脱氧； 快速升温化渣，形成一定碱度和流动性的脱硫渣； 升温成渣后期添加部分铝丸，对炉渣进行脱氧； 电工钢处理， 控制渣中% (FeO + MnO) 1%,7.2 LF 防止增氮的措施,1）采用埋弧加热；2）控制炉内气氛；3）提高供电功率、减少通电时间；4）合理控制吹氩强度；5）采用中空电极，降低电弧空洞处氮气分压。,Thank You !,