IF钢冶炼关键技术及碳、氧和夹杂物行为研究.pdf

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1、 IF钢冶炼关键技术及碳、氧和夹杂物行为研究 钢冶炼关键技术及碳、氧和夹杂物行为研究 李朋欢李朋欢 北京科技大学北京科技大学 论文题目：IF 钢冶炼关键技术及碳、氧和夹杂物钢冶炼关键技术及碳、氧和夹杂物 行为研究行为研究 学 号：_ 作 者：_ 专 业 名 称：_ 2011 年 05 月 30 日 李朋欢 钢铁冶金 B20070129 密 级：密 级：_ 公开 IF 钢冶炼关键技术及碳、氧和夹杂物行为研究 Research on Key Technologies of IF Steel Making and the Behavior of Carbon, Oxygen and Inclusio

2、ns in Steel 研究生姓名：李朋欢 指导教师姓名：包燕平 北京科技大学冶金与生态工程学院 北京 100083，中国 Doctor Degree Candidate：Li Penghuan Supervisor：Bao Yanping School of Metallurgical and Ecological Engineering University of Science and Technology Beijing 30 Xueyuan Road，Haidian District Beijing 100083，P.R.CHINA 分类号：_ 密 级：_ ：_ 单位代码：_ 北京科

3、技大学博士学位论文北京科技大学博士学位论文 论文题目：论文题目： 作者：作者：_ 指指 导导 教教 师：师： 单位：单位： 指导小组成员：指导小组成员： 单位：单位： 单位：单位： 论文提交日期：论文提交日期：2011 年 05 月 30 日 学位授予单位：北学位授予单位：北 京京 科科 技技 大大 学学 包燕平 教授 冶金与生态工程学院 IF 钢冶炼关键技术及碳、氧和夹杂物行为研究 李朋欢 公开 10008 TF703.5 6 北京科技大学博士学位论文 - I - 致致 谢谢 本论文是在导师包燕平教授的悉心指导下完成的。在论文的选题、设计 实验以及论文的撰写过程中，包老师都给予了耐心指导。在

4、博士研究生期间 包老师创造了大量学术交流和科研实践的机会，使我能够深入了解行业动态 和生产实践，开拓了视野和科研能力。包老师不仅学术上严格要求，而且在 生活上给予我无微不至的关心和照顾。包老师严谨的治学态度、敏锐的洞察 力和平易近人的生活态度，使我受益匪浅。在此谨对包老师给予的指导、关 心和照顾，表示衷心的感谢。 本论文还得到了岳峰研究员的指导，岳峰老师在课题研究工作中给予了 大力支持，在此深表感谢。特别感谢杜建新老师在编程以及实验设计上给予 的指导和帮助。此外特别感谢董履仁教授对论文的指导，先生勤奋严谨的治 学风格，渊博的专业知识，使我获益良多。本课题工业试验主要在马鞍山钢 铁股份有限公司进

5、行，特别感谢马钢技术中心的舒宏富博士及相关工作人员 的鼎力配合和支持。 在博士研究生期间得到了刘建华教授的指导和关怀，在此表示深深的谢 意。博士研究生期间还得到了徐保美老师在生活和学习上的关心和帮助，使 我在课题组感受到了家一样的温暖。感谢崔恒、吴华杰、冯美兰老师的指导 和帮助，感谢实验室袁晓峰、黄杰、彭尊、林路、陈功、卢颖等同学在研究 工作中给予的帮助和支持。 最后向在学习期间所有关心、帮助过我的老师、同学和朋友，表示衷心 的感谢。 北京科技大学博士学位论文 - III - 摘摘 要要 汽车工业的飞速发展带动了 IF 钢需求量的快速增长。 随着汽车生产厂商 对 IF 钢的深冲性能和表面质量的

6、要求越来越高，对 IF 钢的碳含量和洁净度 的要求也越来越苛刻。从全冶炼流程去控制钢液的碳和氧，不仅减轻了 RH 精炼的压力，还可以提高生产效率和产品质量。因此控制整个冶炼流程中的 碳和氧是 IF 钢冶炼环节的关键所在。 对于转炉冶炼，为 RH 提供理想成分的钢水，可以起到事半功倍的效果。 本文从全流程系统优化的角度， 通过理论计算结合数据统计， 得出了马钢 300t 转炉终点碳含量的理想范围。 高氧势的钢包顶渣是造成 IF 钢二次氧化的主要 原因，通过试验发现高铝渣的改质效果优于传统的石灰石加铝粒。在实际取 样分析的基础上，结合国外经验讨论了操作工艺对 RH 脱碳的影响。 RH 具有优异的脱

7、碳能力，是 IF 钢碳控制的核心。本文通过研究钢包顶 渣和 KTB 吹氧对脱碳的影响， 在此基础上建立了同时考虑质量平衡、 脱碳反 应发生部位以及钢包顶渣与钢液之间传氧行为的 RH 碳氧反应模型，可以同 时实现 RH 脱碳过程中钢水碳、氧含量以及顶渣成分较准确的预报。应用模 型分析了吹氧时机、钢水成分、真空室压力、提升气体流量等因素对 RH 脱 碳的影响。对于济钢 BOF-LF-RH-ASP 工艺生产 IF 钢，RH 脱碳前，钢水经 脱氧和 LF 精炼之后，溶解氧降至极低水平。在实验分析的基础上，利用 RH 碳氧反应模型，研究了 RH 脱碳过程中极低氧钢水的碳、氧行为。 RH 作为 IF 钢去

8、除夹杂物最关键的设备，完成了绝大部分脱氧产物的去 除，决定了 IF 钢洁净度的基础，因此研究 RH 处理过程中全氧的行为具有重 要意义。过去的全氧预报模型往往只将脱氧后的夹杂物结合氧作为研究对象 进行分析。本文建立了以脱碳结束时溶解氧为研究对象，分别考虑钢液溶解 氧和夹杂物结合氧的 RH 终点全氧预报模型，并分析了真空室压力、提升气 体流量、初始溶解氧含量以及顶渣中 FeO 含量对全氧的影响。 采用电解+激光粒度分布仪的方法，测定了钢中 1m100m 夹杂物的尺 寸分布情况，填补了 20m80m 夹杂物尺寸测定的空白，实验发现 IF 钢正 常坯中 1m100 m 夹杂物中大于 30m 的夹杂物

9、所占的比例可达 4.25%， 这 对冷轧板的表面质量存在极大的威胁。 通过热力学计算了 IF 钢夹杂物生成的 平衡相图，计算结果显示 IF 钢稳定的夹杂物为 Al2O3，但在钢渣界面区域发 生严重二次氧化时会产生 Al-Ti 复合氧化物。 利用阴极发光显微镜等手段对 IF 钢水口结瘤物进行了详细研究， 发现反 IF 钢冶炼关键技术及碳、氧和夹杂物行为研究 - IV - 应层中含 Ti 结瘤物所占的面积比例以及质量分数均高于其它部位， 同时在反 应层中发现大量高 Si 含量的冷钢，冷钢周围经常存在高 Ti 含量的结瘤物； 在脱碳层发现了高 Ti 含量的 Al-Ti 复合氧化物，从侧面证实这种物质

10、在高温 下为液相，否则难以进入脱碳层。基于以上发现认为钢液与耐材反应生成低 熔点的 Al-Ti 复合氧化物是 Ti-IF 钢结瘤严重的根本原因。 对“BOF-LF-RH-ASP”工艺流程中钢水碳、氧、温度和顶渣性能进行了 研究。 “BOF-LF-RH-ASP”工艺可以实现 IF 钢的稳定生产，具有一些常规工 艺不可比拟的优点，但存在氮的控制困难、洁净度低于传统工艺等问题。 关键词：关键词： IF 钢，钢， RH 碳氧反应模型，碳氧反应模型，RH 全氧预报模型，夹杂物，水口结瘤全氧预报模型，夹杂物，水口结瘤 北京科技大学博士学位论文 - V - Research on Key Technolog

11、ies of IF Steel Making and the Behavior of Carbon, Oxygen, Inclusions in Steel Abstract Driven by rapid development of automobile, the demand of IF steel has shown remarkable growth in recent years. Meanwhile, higher standards of deep drawability and surface quality are required by automobile manufa

12、cturers, leading to more rigorous requirements on carbon content and cleanliness of IF steel. To control carbon and oxygen content of steel throughout the smelting process does not only ease RH refining, but also boost productivity and quality. Therefore, its essential to control carbon and oxygen c

13、ontent throughout the smelting of IF steel. The RH process can be optimized by providing molten steel with ideal composition in the BOF process. In terms of systematic process optimization, the ideal carbon content range for the 300 ton BOF utilized in Ma Steel is obtained in this paper through theo

14、retical calculation combined with production data statistics. Reoxidation of IF steel is mainly caused by top slag with high oxygen potential in ladle, and its found that the top slag can be improved by adding high aluminum slag than the traditional lime and aluminum particles. The influence of oper

15、ation technology on decarburization in RH is studied with sampling analysis and former experiences. RH, which is the crucial part of carbon control for IF steel, has an outstanding decarburization capacity. A RH carbon-oxygen reaction model involving mass balance, location of decarburization reactio

16、n, and oxygen transfer between top slag and molten steel is established by studying the effect of top slag and blowing oxygen on decarburization. And the model accurately forecasts carbon and oxygen content in steel and slag composition during RH process. The effects of oxygen blowing time, molten s

17、teel composition, vacuum pressure and flow rate of rising gas are also analyzed by applying the model. As for IF making process of BOF+LF+RH+ASP, solute oxygen drops to a minimum level after deoxidation and LF refining, and right before RH decarburization. The behavior of oxygen and carbon in the st

18、eel with extreme low oxygen level is studied by both experiment and model. As the key equipment for inclusions removal, RH manages to remove most of the deoxidizing products and determines the cleanliness of IF steel. Hence, it is of vital importance to clarify the total oxygen behavior in RH proces

19、s. Previous RH total oxygen forecasting models only take combined oxygen in inclusions into IF 钢冶炼关键技术及碳、氧和夹杂物行为研究 - VI - consideration, while in this dissertation a model with free oxygen content after decarburization as an important research object was established, in which free oxygen and combine

20、d oxygen were considered separately as independent variable for calculation. In addition, the effects on total oxygen decreasing of vacuum pressure, rising gas flow rate and initial solute oxygen content are analyzed by the model. The size distribution of inclusions between 1m to 100m in diameter wa

21、s obtained by middle size sample electrolysis combined with laser grain size analyzer, which provides a new method to measure the size of inclusions ranging from 20m to 80m. Its observed that 4.25% of the inclusions in the normal slab are larger than 30m, which significantly affect the surface quali

22、ty of cold-rolled steel products. Generation equilibrium phase diagram of inclusions in IF steel calculated with thermal dynamic theory indicates that the stable inclusions in IF steel are Al2O3 and Al-Ti compound oxides emerge only if severe reoxidation occurs in the interface region of slag and st

23、eel. Cathodoluminescence pictures of dissected submerged entry nozzles reveal that the substance containing Ti has a higher area ratio and weight percentage in reaction layer than in the other parts. Meanwhile, large amount of high Si cold steel surrounded by substance rich in Ti is discovered in re

24、action layer. In addition, Al-Ti compound oxides rich in Ti are found in decarburized layer, which indicates that this substance is liquid under high temperature, or else it could hardly infiltrate into decarburized layer. All the discoveries lead to a conclusion that the essential cause of severe c

25、logging of Ti-IF steel casting is the low melting Al-Ti compound oxides generated by the reaction between molten steel and refractories. Through the study of temperature, carbon and oxygen content, and top slag oxidizing property during the BOF+ LF+RH+ASP process, several incomparable advances of th

26、is process are verified to be beneficial to stabilize IF steel producing. However, problems also exist such as nitrogen controlling difficulty, lower cleanliness level, et al. Key Words： IF steel， RH carbon-oxygen reaction model, RH total oxygen prediction model, inclusions, nozzle clogging 北京科技大学博士

27、学位论文 - VII - 目目 录录 致 谢 I 摘 要 III Abstract . V 1 引言 1 2 文献综述 2 2.1 IF 钢的特点及生产工艺 2 2.1.1 IF 钢的化学成分及冶金学特点 2 2.1.2 IF 钢的生产工艺 2 2.2 顶渣改质工艺 3 2.2.1 钢包顶渣的氧化性 3 2.2.2 超低碳钢的顶渣改质处理 4 2.2.3 国外钢包顶渣改质概况 5 2.3 RH 精炼 7 2.3.1 生产 IF 钢对 RH 精炼的要求 . 7 2.3.2 RH 深脱碳技术 8 2.3.3 RH 脱碳模型 11 2.3.4 RH 去除夹杂物及全氧预报模型 14 2.4 IF 钢的

28、洁净度 16 2.4.1 国内研究状况 16 2.4.2 国外研究状况 17 2.4.3 相关热力学 18 2.5 IF 钢的浇铸性能 19 2.5.1 水口结瘤机理研究 19 2.5.2 阴极发光技术在水口结瘤研究中的应用 21 2.5.3 Ti-IF 钢的水口结瘤 21 2.5.4 Ti 对钢液与 Al2O3润湿性能的影响 . 22 2.6 课题的研究意义及研究内容 23 2.6.1 课题的研究背景及意义 23 2.6.2 研究内容 24 3 IF 钢冶炼关键技术研究 26 3.1 IF 钢的转炉终点控制 26 3.1.1 实际转炉终点控制水平 26 IF 钢冶炼关键技术及碳、氧和夹杂物行

29、为研究 - VIII - 3.1.2 影响转炉终点碳氧的因素 . 27 3.1.3 最优转炉终点碳含量的确定 . 29 3.2 钢包顶渣改质工艺研究 . 33 3.2.1 “一步法”顶渣改质工艺研究 . 33 3.2.2 顶渣改质对 RH 脱碳的影响 36 3.2.3 “两步法”顶渣改质工艺探讨 . 38 3.3 RH 脱碳技术研究 40 3.3.1 RH 装备水平与最佳初始成分 40 3.3.2 提升气体流量 . 41 3.3.3 RH 压降制度分析 41 3.3.4 KTB 吹氧时机对脱碳速率的影响 . 42 3.3.5 实际 RH 脱碳效果 44 3.4 小结 . 45 4 RH 脱碳过

30、程中碳和氧的行为研究 46 4.1 RH 碳氧反应模型 46 4.1.1 RH 脱碳机理 46 4.1.2 基本假设 . 47 4.1.3 基本方程 . 47 4.1.4 程序实现 . 51 4.1.5 主要参数的确定 . 52 4.1.6 模型的验证 . 54 4.2 模型的应用与分析 . 56 4.2.1 不同脱碳部位对 RH 脱碳的贡献 56 4.2.2 RH 吹氧对脱碳速率的影响 57 4.2.3 初始碳含量对 RH 脱碳的影响 58 4.2.4 不同压降制度对 RH 脱碳的影响 59 4.2.5 提升气体模式对脱碳速率的影响 . 61 4.3 RH 脱碳过程中极低氧钢水的碳、氧行为研

31、究 61 4.3.1 实验方法 . 62 4.3.2 RH 脱碳过程中碳的行为 62 4.3.3 RH 脱碳过程中氧的行为 64 4.4 小结 . 67 5 RH 脱氧行为研究 70 5.1 RH 处理过程中钢液全氧和氮的行为研究 70 北京科技大学博士学位论文 - IX - 5.1.1 实验方案和研究方法 70 5.1.2 RH 处理过程钢液的全氧含量 71 5.1.3 RH 处理过程中钢液氮含量 74 5.2 RH 全氧预报模型 74 5.2.1 基本假设 75 5.2.2 模型的数学方程式 76 5.2.3 主要参数的确定 76 5.2.4 求解与验证 79 5.2.5 结果与讨论 80

32、 5.3 小结 83 6 IF 钢铸坯洁净度研究 85 6.1 实验方案 85 6.1.1 取样方案 85 6.1.2 试样加工 85 6.1.3 研究方法 86 6.2 实验结果 87 6.2.1 铸坯氧氮变化规律 87 6.2.2 铸坯中显微夹杂物 88 6.2.3 非水溶液电解结果 90 6.2.4 大样电解结果 92 6.2.5 铸坯中夹杂物粒径分布 96 6.3 钛铁合金对 IF 钢洁净度的影响 99 6.3.1 钛铁对全氧的影响 99 6.3.2 钛铁对铸坯大型夹杂物含量的影响 100 6.3.3 钛铁质量对 IF 钢洁净度的影响 101 6.4 IF 钢夹杂物形成热力学 104

33、6.4.1 Al、Ti 单独脱氧平衡. 104 6.4.2 Fe-Al-Ti-O 平衡相图 . 105 6.4.3 讨论 107 6.5 铸坯中 30m 以上夹杂物的来源探讨 111 6.5.1 铸坯中较大型夹杂物的种类 111 6.5.2 铸坯中高 Ti 高 Si 类大型夹杂物的来源探讨 . 111 6.5.3 铸坯中其它类夹杂物的来源 115 6.6 小结 116 IF 钢冶炼关键技术及碳、氧和夹杂物行为研究 - X - 7 Ti-IF 钢水口结瘤机理研究 . 117 7.1 研究方法 . 117 7.2 实验结果 . 117 7.2.1 水口结瘤宏观形貌和分层结构 . 117 7.2.2

34、 水口结瘤物各层的厚度 . 119 7.2.3 结瘤物各层的原始形貌和成分 . 120 7.2.4 CLM+SEM+EDS 检测结果 124 7.2.5 结瘤物各层的化学成分 . 127 7.3 Ti-IF 钢水口结瘤机理分析 . 127 7.3.1 初始结瘤物 . 127 7.3.2 高 Si 含量的冷钢 129 7.3.3 反应层里的孔洞 . 131 7.3.4 Ti-IF 钢水口结瘤机理分析 . 131 7.4 小结 . 134 8 BOF-LF-RH-ASP 工艺生产 IF 钢的特征研究 135 8.1 不同工艺生产 IF 钢基本特征研究 135 8.1.1 温度 . 136 8.1.

35、2 顶渣氧化性 . 137 8.1.3 碳和氧 . 138 8.1.4 氮的控制 . 140 8.2 精炼渣性能研究 . 140 8.2.1 氧化性 . 141 8.2.2 熔点和黏度 . 142 8.2.3 吸附夹杂物的能力 . 143 8.2.4 脱硫能力 . 144 8.3 铸坯洁净度 . 146 8.4 冷轧板的性能 . 147 8.5 小结 . 148 9 结论 . 149 参考文献 . 151 作者简历及在学研究成果 . 163 独创性说明 . 164 关于论文使用授权的说明 . 164 学位论文数据集 . 1 北京科技大学博士学位论文 - 1 - 1 引言引言 汽车产业是国民经济

36、重要的支柱产业，产业链长、就业面广、消费拉动 大，在国民经济和社会发展中发挥着重要作用。2009 年 3 月国务院出台了汽 车和钢铁产业调整和振兴规划细则，大力扶持和加快汽车和钢铁行业的技术 进步和竞争力，这对钢铁行业特别是 IF 钢的生产来说是个良好的机遇。 随着汽车生产厂商对 IF 钢冷轧板的深冲性能和表面质量的要求越来越 高，对 RH 脱碳和脱氧都提出了新的挑战。从全冶炼流程去控制钢液的碳和 氧，不仅可以减轻 RH 精炼的压力，还可以稳定生产、提高产品质量。因此 本文开展了 IF 钢冶炼关键技术及碳、氧和夹杂物的行为研究。 RH 作为生产 IF 钢不可或缺的关键设备，是整个冶炼过程的核心

37、。对于 传统工艺路线，钢包顶渣改质后，引起钢液溶解氧降低，RH 脱碳过程中需 吹氧强制脱碳。对于 BOF-LF-RH-CC 工艺路线，RH 脱碳前，钢液经脱氧和 LF 精炼后，钢液氧含量降到 1010-6以下的极低水平。因此研究 RH 脱碳过 程中低氧和极低氧钢水中碳和氧的行为，建立以钢液中碳和氧的传质为限制 性环节，考虑质量平衡、脱碳发生部位以及钢液与顶渣之间传氧行为的碳氧 反应模型具有重要意义。过去的全氧预报模型往往只将脱氧后的夹杂物结合 氧作为研究对象进行分析。而实际生产中 RH 脱碳结束的溶解氧含量是唯一 实时的数据，因此建立以脱碳结束时的溶解氧为研究对象，分别研究溶解氧 和结合氧的全

38、氧预报模型具有一定的实用价值。 IF 钢冷轧板对表面质量的要求非常严格，特别是用作汽车面板的高级表 面质量 O5 板。国内大部分钢厂生产的 IF 钢冷轧板的表面质量与国外相比存 在较大差距，主要原因是洁净度控制不高，钢中大中型夹杂物数量偏多引起 的。国际钢铁协会的调查结果显示，超过 30m 的夹杂物就会引起超低碳钢 的表面缺陷。目前关于 30m80m 之间的夹杂物缺乏相应的研究。因此研 究 30m80m 之间夹杂物的种类和尺寸分布具有重要意义。 水口结瘤不仅降低了 IF 钢的生产效率，还严重威胁铸坯的洁净度。由于 水口结瘤的复杂性，目前关于 IF 钢结瘤严重的原因尚无确切的结论。本文利 用阴极

39、发光显微镜等手段对 IF 钢的各层结瘤物，特别是对反应层、脱碳层的 结瘤物进行了详细研究，分析了 IF 钢结瘤严重的原因。 目前生产 IF 钢的厂商基本都采用中厚板坯铸机生产，采取 BOF-RH-CC 的工艺路线。而对于薄板坯、中薄板坯铸机生产 IF 钢来说，BOF-LF-RH-CC 是理想的工艺路线。本文对 BOF-LF-RH-CC 工艺生产 IF 钢的特征进行了研 究，并与传统工艺进行对比，掌握两种工艺的优缺点。 IF 钢冶炼关键技术及碳、氧和夹杂物行为研究 - 2 - 2 文献综述文献综述 2.1 IF 钢的特点及生产工艺钢的特点及生产工艺 2.1.1 IF 钢的化学成分及冶金学特点钢的

40、化学成分及冶金学特点 IF(Interstitial-Free Steel)钢是采用钛、铌等强碳氮化合物形成元素，将超 低碳钢中的碳、氮间隙原子完全固定为碳氮化合物，从而得到无间隙原子的 洁净铁素体钢。钢中的碳、氮间隙原子不利于111织构的形成，急剧降低了 值，因此需在钢中加入与碳、氮结合力强的钛、铌元素，将碳、氮间隙原 子从铁素体中清除出来， 从而获得较纯净的铁素体， 有利于111而增大值， 并保证了冲压用钢的非时效性1。因此 IF 钢具有超低碳、超低氮、钛或铌微 合金化、钢质洁净等特点2。 总结了国内外部分钢铁厂 IF 钢的化学成分3-6，结果如表 2-1 所示。 表表 2-1 国外部分钢

41、铁厂国外部分钢铁厂 IF 钢的化学成分（质量分数）钢的化学成分（质量分数） % 成分 新日铁 川崎 蒂森 宝钢 C 0.0025 0.0028 0.026 0.0020.005 Si 0.03 0.015 0.0100.030 Mn 0.200.30 0.12 0.19 0.100.20 P 0.0150.025 0.012 0.007 0.0030.0015 S 0.0120.022 0.008 0.009 0.0070.010 Ti 0.0350.060 0.029 0.0200.040 N 0.0030 0.0011 0.0028 0.0010.004 Al 0.0200.060 0.0

42、62 0.035 0.0200.070 2.1.2 IF 钢的生产工艺钢的生产工艺 IF 钢的生产工艺流程一般如图 2-1 所示： 图图 2-1 IF 钢的生产工艺流程钢的生产工艺流程 北京科技大学博士学位论文 - 3 - 工艺流程的每一步，都影响着 IF 钢成品的质量和性能。冶炼工序的主要 任务就是降低钢液碳、氮含量到目标范围，并防止后续工序中回升；其次是 尽可能降低钢液中的非金属夹杂物，减少铸坯缺陷和轧制缺陷；再次是进行 微合金化，有效的固定间隙原子，达到 IF 钢需要的深冲性能。 BOF-RH-CC 的冶炼工艺流程简单、 紧凑， 适合中厚板坯铸机生产 IF 钢。 生产 IF 钢的厂商一般

43、均采用该工艺流程生产 IF 钢，如新日铁7、川崎8、奥 钢联9、宝钢10等国内外知名钢铁企业。 由于薄板坯、中薄板铸坯与中厚板坯相比，后续轧制压下量小，具有一 定的成本优势，或者由于设备局限，近年国内一些企业开始尝试采用薄板坯 和中薄板坯铸机生产 IF 钢1113。但是薄板坯、中薄板坯铸机生产 IF 钢，存 在浇铸性能差、成分难以控制等难点，因此常规的 BOF-RH-CC 的冶炼工艺 并不适合薄板坯铸机连铸。本钢的实践证实，采用 LF+RH 的双联精炼工艺， 可以成功实现薄板坯铸机浇铸 IF 钢11。通过 LF 的白渣精炼，大幅降低了钢 水二次氧化，提高了钢水的纯净度和浇铸性能，实现了多炉连浇

44、，而 LF 精 炼置于 RH 之前，解决了 C、N、Si 成分难以稳定控制的问题12。马钢采用 RH+LF 的精炼成功实现了超低碳钢在 CSP 上的批量生产13，但是该工艺路 线对 LF 精炼提出了更严苛的要求， 特别是要严格控制 LF 精炼过程的增碳和 吸氮，因此在操作上比较困难。 2.2 顶渣改质工艺顶渣改质工艺 高 FeO 和 MnO 含量的转炉渣的带入会给钢水洁净度带来严重的问题， 降低了脱氧效率、显著增加了夹杂物的数量、增加了水口堵塞的几率。因此 对高氧化性的钢包渣进行改质处理，可以降低对钢液的二次氧化程度。 2.2.1 钢包顶渣的氧化性钢包顶渣的氧化性 炉渣的氧势与渣中 FeO 的

45、活度有直接的关系， 通常为了简便， 将渣中 FeO 和 MnO 的含量作为衡量炉渣氧势的指标。 超低碳钢炼钢渣中 FeO+MnO 的含 量一般在 20%左右，渣中大量的是 CaO、Al2O3组元，这些组元可能通过相 互作用影响 FeO 和 MnO 的活度。因此炉渣中 FeO 和 MnO 的活度系数，受 到炉渣碱度和其它性质的影响。因而单纯的用渣中 FeO 和 MnO 的含量，很 难准确的描述炉渣的氧势。 与分子模型、完全离子溶液模型相比，正规溶液模型具有准确度高、使 用范围广等优点14 、15， 因此建立正规溶液模型计算值与实测值之间更精确的 IF 钢冶炼关键技术及碳、氧和夹杂物行为研究 -

46、4 - 数学关系对于理论研究和实际生产都具有重要的意义。 在正规溶液模型中，组元 i 的活度系数可由下列方程描述： 2 ln() iijjijikjkjk jjk RTrxx x (2-1) 式中，xj为离子分数，aij为组元i的相互作用能。 W.W.Huh和W.G.Jung研究了炉渣对Al镇静钢的二次氧化行为，通过回 归的方式确立了FeO活度与正规溶液模型计算值之间的数学关系16： tt Fe O(l)Fe O(R.S) =exp( 0.239 1567/)aaT (2-2) 式中， t Fe O(l) a为以纯物质为参考态的活度； t Fe O(R.S) a为正规溶液模型计算的FetO 的

47、活度；T为温度，K。 S.H.Kim和B.Song通过实验， 建立了炉渣中FeO活度与正规溶液模型计 算值之间的关系17： 对于CaO-MgOsat-SiO2- Al2O3- P2O5-MnO(15 10.5 9.5 45 68 使用改质剂1处理， 存在的问题是终渣FeO含量偏高。 改用改质剂2时， 因为改质剂中CaCO3含量多， 所以反应迅速， 但是终渣内FeO含量仍比较高， 加之CO2逸出时会降低铝的收得率。改质剂3虽然可以避免以上不足，但反 应时间长，产生大量烟气，污染环境。最后试验了粒度比较小，金属Al含量 比较高、CaCO3含量很少的改质剂4，发现它的改质效果最好。 (3) 韩国浦项

48、光阳厂 浦项光阳的渣处理工艺如下18： 转炉出钢采用挡渣球、挡渣杆及气动挡渣设备尽可能减少下渣量。 出钢过程中向钢包加入4.5kg/吨钢的块状石灰和0.9kg/吨钢的萤石。 出钢 结束后， 向钢包渣中加入12kg/吨钢的CaCO3-Al团块， 以降低渣中的FeO 和 MnO。CaCO3-Al团块中CaO的含量为15%25%，金属Al的含量为50%。 在氩站，通过顶枪和炉底透气砖吹氩来提高CaCO3-Al团块和其它熔剂 的反应效率。 RH精炼过程中，在Al脱氧后向真空室内加入0.71.4kg/吨钢的合成渣， 合成渣的组成为48%的CaO和52%的Al2O3。 北京科技大学博士学位论文 - 7 - 2.3 RH 精炼精炼 2.3.1 生产生产 IF 钢对钢对 RH 精炼的要求精炼的要求 (1) RH 脱碳前最佳成分控制 RH最优的初始钢水成分， 可以使RH以较快的脱碳速率轻松脱至合适的 终点碳以及得到较低的钢水溶解氧含量，减少了脱氧用铝量提高了钢水洁净 度；又可以减轻转炉负荷、耐材消耗，降低钢水的过氧化程度，进而提高钢 水收得率和洁净度。 图图 2-6 RH 脱碳前后的碳氧脱碳前后的碳氧 蒂森认为的RH脱碳前的最佳钢水成分26， 如图 2-6中“方块”区域所示，