钢中夹杂物去除技术的进展

第30卷第2期 ·34·2009年4月 特殊钢 SPECIALSTEEL Vol。30．No．2 April2009 钢中夹杂物去除技术的进展 幸伟倪红卫张华何环宇成日金 (武汉科技大学钢铁冶金及资源利用省部共建教育部重点实验室，武汉430081) 摘要钢中夹杂物去除的主要环节为夹杂物的长大、上浮和分离。钢中夹杂物去除技术的主要进展有：气 体搅拌-钢包吹氩、中间包气幕挡墙和RH-NK-RERM法；电磁净化．钢包电磁搅拌、中间包离心分离和结晶器电磁制 动；渣洗技术；过滤器技术。文中分析了各种夹杂物去除技术的冶金功能，将不同夹杂物去除技术进行合理组合， 实现多功能精炼，可取得最佳冶金效果。 关键词钢液精炼夹杂物去除技术 ProgressonTechniqueforRemovalofInclusionsinSteel XingWei，NiHongwei，ZhangHua，HeHuanyuandChengRijin (KeyLabforFerrousMetallurgyandResourcesUtilizationofMinistryofEducation，WuhanUniversityof ScienceandTechnology，Wuhan430081) AbstractMainlinksforremovalofinclusionsinliquidsteelareinclusiongrowth．floatingandseparating．Thekey progressontechniqueforremovalofinclusioninsteelisgasstirring·ladleargonblowing，gasshieldingweiranddamin tundish，RH—NK—RERMmethod；electromagneticcleaning-ladleelectromagneticstirring．tundishcentrifugalseparatingand moldelectromagneticbraking；slagwashingandfiltertechnique．Themetallurgyfunctionsofeachtechniqueforremovalof inclusionsinsteelareanalyzedinthisarticle．Itisavailabletogetoptimummetallurgicaleffectbyreasonablycombineddif- ferenttechniqueforremovalofinclusionstocarryoutmulti-functionrefining． MaterialIndexLiquidSteel，Refining。TechniqueforRemovalofInclusions 1钢中夹杂物的长大J：浮与分离 钢中尺寸较小的夹杂物颗粒不足以上浮去除， 必须通过碰撞聚合成大颗粒，较大的夹杂物陆续上 浮到渣层⋯，离开钢液。在强湍流下，夹杂物碰撞 聚合非常迅速旧J，例如在0．1in2／s3的强湍流条件 下，夹杂物半径长大到100灿m只要2min。直径为 100Ixin的A1：O，夹杂物从钢液表面下2．5nl上浮 到钢液表面需要4．8min，直径为20斗m的夹杂物， 上浮时问增加到119min¨1。 从钢液中分离夹杂物的主要途径包括两种： (1)被表面的渣层吸附；(2)被壁面耐火材料吸附。 2钢中夹杂物去除技术 2．1气体搅拌 2．1．1钢包吹氩 吹氩搅拌是钢包炉重要的精炼手段之一，钢中 夹杂物被气泡俘获去除的效率决定于吹入钢液中气 泡数量和气泡尺寸M1。钢包底吹氩用透气砖平均 孔径一般为2—4inin，在常用的吹氩流量范围产生 的气泡直径为10-20n'llnpl。而有效去除夹杂物的 最佳气泡直径为2～15Ininpl，并且气泡在上浮过程 会迅速膨胀。因此，底吹氩产生的气泡捕获小颗粒 夹杂物概率很小，对细小夹杂物去除效果不理想。 在钢包底吹氩过程中，过强的搅拌功会导致钢水的 二次氧化及卷渣。 为了去除钢中的细小夹杂物颗粒，必须钢液中 制造直径更小的气泡。将氩气引入到足够湍流强度 的钢液中，依靠湍流波动速度梯度产生的剪切力将 气泡击碎，可将大气泡击碎成小气泡。钢包与中间 包之间的长水口具有高的湍流强度，在此区域钢水 流速达到l一3m／s。在长水口吹氩水模型研究表 明拍1，可获得0．5—1rain的细小气泡。细小的气泡 捕获夹杂物的概率很高。这种 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 可显著提高氩气 泡去除夹杂物的效率。 2．1．2中间包气幕挡墙 通过埋设于中间包底部的透气管或透气梁向钢 液中吹入的气泡，与流经此处的钢液中的夹杂物颗 粒相互碰撞聚合吸附，同时也增加了夹杂物的垂直 向上运动，从而达到净化钢液的目的。 德国NMSG公司的应用结果表明，与不吹气相 比，50一200Ixm大尺寸夹杂物全部去除，小尺寸夹 杂物的去除效率增加50％⋯。为了获取细小气泡， 新日铁研制了一种旋转喷嘴，借助耐火材料制的旋 转叶轮，使吹人中间包的气泡分裂成微细气泡，与传 万方数据 第2期 幸伟等：钢中夹杂物去除技术的进展 ·35· 统的中间包设置挡墙法相比，小于50Ixm的夹杂明 显减少¨1。 本溪钢厂中间包底吹氩试验证实一]：底吹氩形 成的气幕挡墙对夹杂物去除效果明显，同不吹氩相 比，铸坯中夹杂物数量下降50％，而且未观察到 30—50Ixm的夹杂物。 2．1．3加压减压法 加压减压法(NK．PERM)是日本钢管公司开发 的精炼法¨0|，采用顶吹喷枪和包底透气砖吹氮和氢 强制性的溶解在钢水中，使钢中的氮或氢增到 (150～400)X10～，然后在RH真空循环脱气装置 中脱气去夹杂。钢中过饱和的氮或氢在迅速减压过 程中析出，形成微小气泡促使夹杂物上浮。与传统 的钢包吹氩相比，钢中夹杂物平均尺寸明显减小，且 直径在10斗m以上的夹杂颗粒全部去除。 2．2电磁净化 2．2．1钢包电磁搅拌 瑞典ASEA公司与SKF公司，于1965年建成了 第1座采用电磁感应搅拌的钢包精炼炉ASEA— SKF。用此方法生产钢的总氧量可小于20X10一， 夹杂物显著减少。 国内冶金工作者在对90tLF—VD钢包精炼电 磁搅拌的试验表明⋯]，电磁搅拌在降低尺寸在20 阻m以下的非金属夹杂物与吹氩搅拌相比有显著的 优越性，非金属夹杂物不论颗粒大小，都能以较快速 度从钢液中排除。此外，电磁搅拌能量分布均匀，流 场基本无死角。 一般来说，电磁搅拌比气体搅拌更容易准确掌 握，和气体搅拌相比，对钢渣界面的搅动强度还不够 大。电磁搅拌使钢液的流动比较稳定、均衡，避免钢 水流速过大导致的卷渣。但电磁搅拌不能提供促使 夹杂物上浮的气泡。 2．2．2中间包离心分离 利用夹杂物与钢液的密度差，可以用离心场中 分离夹杂物。在旋转的钢液中，由于夹杂物密度比 钢液小，夹杂物会向心运动，在钢液中心聚集长大、 上浮。钢液的旋转可以通过旋转磁场产生¨2|。 20世纪90年代，日本在中间包中进行旋转磁 场离心分离夹杂物的试验¨3|，离心流动中间包分为 圆筒形旋转室和矩形室，钢水由钢包长水1：3进入旋 转室，在旋转区受电磁力驱动进行离心流动，然后从 旋转区底部出I：1进入矩形室进行浇铸。离心搅拌后 全氧由(20～40)×10“降到(8一15)X10～，夹杂 物总量约减少一半。 2．2．3结晶器电磁制动 电磁制动是利用向上的电磁力阻止从浸入式水 口流出的钢液并改变其方向，借此减小钢液的穿透 深度，促使夹杂物上浮分离，同时，抑制弯月面的波 动，防止卷渣。 20世纪80年代，瑞典ASEA公司与日本川崎 公司联合开发的板坯结晶器电磁制动技术，取得较 好效果。90年代，成功开发出两段电磁制动技术， 上段用于抑制弯月面的波动，下段用于制动高速流 股。近年来又开发出了全幅三段电磁制动技术H引， 将下段磁场用于二次制动，13本JlI崎钢铁公司在采 用电磁制动后，即使在2．5m／min以上高速连铸时， 结晶器内的保护渣也不会卷入钢液中。 国内梅钢2号连铸机采用全幅两段电磁制动技 术，使用效果表明¨5|：采用电磁制动后，结晶器液面 波动幅度明显降低，铸坯夹杂物数量较少且尺寸≤ 20岬。 2．3渣洗 渣洗通过控制炉渣成分处理钢液，是最早出现 的二次精炼方法¨引。由于精炼渣可以吸附夹杂物， 为了保证渣洗的效果，一般要进行搅拌。渣洗通常 与其它工艺操作配合使用。 电渣重熔是在渣洗基础上发展起来的一项新技 术。在电渣重熔过程中，自耗电极的端部熔化的金 属汇集成液滴，分散细小的熔滴穿过渣层并最终进 人金属熔池，使金属液与熔渣的接触界面显著增 加ⅢJ。而且，电极端头温度高达1800℃，原有的固 态夹杂一般均能变成液态，更容易被渣吸附。经电 渣重熔的GCrl5钢轴承的寿命是电炉钢轴承的 3．35倍㈨。 2．4过滤器 过滤器主要通过机械拦截、表面吸附的作用去 除夹杂物隋】。夹杂物的去除率与过滤器的材质、过 滤器孔径和钢水流速有关【I9’驯。美国SELEE钢铁 公司研制的过滤器应用在中间包上，夹杂物去除效率 提高40％一80％。日本千叶厂研制的陶瓷狭孔过滤 器旧11，在最佳情况下能全部去除1>20pan的夹杂。 国内对钢水过滤器进行的研究也取得了较好的 效果m]。宝钢在中间包上使用CaO质过滤器，采用 有向上倾斜角度的小孔，以增加渣吸附夹杂的机会， 使用后发现对去除夹杂物中AI：O，、SiO：作用显著， 可使中间包第3、第4流钢水T[O]分别降低25％和 10％。 目前，过滤器的制作工艺比较复杂，生产成本较 ● 万方数据 ·36· 特殊钢 第30卷 高，过滤器的比表面积有限，难以满足钢水连续过滤 的 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 ，也仅限应用于高纯净度高价位钢材的生产。 应当用其它 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 尽可能多去除一些夹杂，剩余的难 去除的小型夹杂，再通过过滤器去除。随着过滤器 越来越多的应用于生产，为钢铁工业提供优质、廉 价、长寿的过滤器成为今后的研究重点。 3钢中夹杂物去除技术的冶金功能比较 随着夹杂物去除技术的不断进步，由最初的渣 洗发展到气体搅拌、电磁净化和过滤器等方法，应用 范围也涵盖了从钢包炉、中间包到连铸工艺过程。 冶金功能及处理效果取得了巨大进展。夹杂物去除 技术的冶金功能比较见表1。 表1不同夹杂物去除技术的冶金功能比较 Table1 Comparisonbetweenmetallurgicalfunctionsofdifferenttechniqueforremovalofinclusions 注；●●●强，●●一般．●较弱 4结论 (1)采用气体搅拌时，设法向钢液吹入数量更 多，尺寸更小的气泡，能有效减少夹杂物的数量，减 小夹杂物的尺寸。加强钢渣界面的搅动，促进夹杂 物分离，有利于提高电磁净化和渣洗去除夹杂的 效率。 (2)气体搅拌设备简单、方便，能有效去除钢中 参考文献 1陈家祥．钢铁冶金学(炼钢部分)．北京：冶金工业出版社，1999 2 ShojiTaniguehi，AtsushiKikuehi，TomokoIse．ModelExperimenton theCoagulationofInclusionParticlesinLiquidSteel．ISIJIntemation． al，1996，36(Supplement)：117 3国际钢铁协会编．洁净钢．洁净钢生产工艺技术．中国金属学会 译．北京：冶金工业出版社，2006 4 ZhengXiaofeng．HayesPeter，LeeHae．Geon．ParticleRemovalFrom LiquidPhaseUsingFineGasBubbles．ISU。1997，37(11)：1091 5 WangLaihua．LeeHae-Geon。HayesPeter．PredictionoftheOptimum BubbleSizeforInclusionRemovalFromMoltenSteelbyFlotation． ISU，1996，36(1)：7 6 WangL缸hua．LeeHae-Geon．HayesPeter．ANewApproachtoMolten SteelRefiningUsingFineGasBubbles．ISIJ，1996，36(1)：17 7张明华．中间包采用气体净化除去钢中夹杂物的探讨．炼钢， 2005。21(3)：30 8王进，孙维，刘玉兰．中间包钢水过滤净化技术．华东冶金学 院学报，2000，17(4)：288 9陶立群，姜茂发，王德永，等．连铸中间包底吹氩物理模拟和工业 实践．钢铁，2006．41(5)：32 10 MatsunoH，KikuchiY。KomatsuM．eta1．DevelopmentofaNewDe． oxidationTechniqueforRHDegassers．IronandSteelmaker，1993， 20(7)：35 ll 高海潮，颜根发．钢包电磁搅拌生产洁净钢的几个工艺理论问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ．钢铁研究，2000(3)：14 12 MikiY，KitankaH，BesshoN．InclusionSeparationFromMolten 夹杂，但对细小夹杂物去除效率不高。而电磁搅拌 和过滤器可以去除尺寸细小的夹杂，但成本较高。 生产中应根据工艺设备的情况，选择最经济，最实用 的夹杂物去除技术，满足钢种性能要求。 (3)在冶炼、精炼及连铸过程中，将各种夹杂物 去除技术进行合理组合，最有效地发挥各自的优势， 实现多功能精炼，将会取得更好的效果。 SteelinTundishwithRotatingElectromagneticField．Tetsu-to- Hagane，1996，82(6)：498 13 NakanishiK．JapaneseStateoftheArtContinuousCastingProces8． ISIJ，1996，36(Supplement)：14 14王军．连铸工艺中的电磁技术．宽厚板，2000。6(3)：1821 15战东平．宋景欣，姜周华．等．连铸结晶器电磁制动的使用效果分 析．中国冶金，2006(5)：23 16徐曾瞢．炉外精炼．北京：冶金工业出版社，1998 17丁永昌．钢和合金的特种熔炼．武汉：中围地质大学出版社。1989 18潘秀兰，王艳红，梁慧智．国内外电渣重熔技术的发展与展望．鞍 钢技术，2005(2)：5 19 XintianL．WeimingJ．FlowBehaviourandFiltrationofSteelMeltin ContinuousCastingTundish．IronmakingandSteelnutking，1992，19： 22l 20 GairingRW，CummingsM．OperatingExperienceUsingInclusion FiltrationTechnologyforContinuouslyCastSteels．Iron＆Steelmak- er，1993，20(3)：55 2l李扬洲，张大德，赵克文，等．高速板坯连铸的钢水净化技术及效 果．钢铁，2000，35(8)：21 22卢艳青，张崇民，戴云朵，等．中间包CaO质陶瓷过滤器滤除夹 杂效果的研究．冶金能源，2003，22(6)：9 幸 伟(1979．)。男，博士生，洁净钢冶炼研究。 收稿日期：2008-09-08 万方数据 钢中夹杂物去除技术的进展 作者： 幸伟， 倪红卫， 张华， 何环宇， 成日金， Xing Wei， Ni Hongwei， Zhang Hua， He Huanyu， Cheng Rijin 作者单位： 武汉科技大学钢铁冶金及资源利用省部共建教育部重点实验室,武汉,430081 刊名： 特殊钢 英文刊名： SPECIAL STEEL 年，卷(期)： 2009,30(2) 被引用次数： 2次 参考文献(22条) 1.Zheng Xiaofeng;Hayes Peter;Lee Hae-Geon Particle Removal From Liquid Phase Using Fine Gas Bubbles [外文期刊] 1997(11) 2.国际钢铁协会;中国金属学会 洁净钢-洁净钢生产工艺技术 2006 3.Shoji Taniguchi;Atsushi Kikuchi;Tomoko Ise Model Experiment on the Coagulation of Inclusion Particles in Liquid Steel 1996(zk) 4.卢艳青;张崇民;戴云朵 中间包CaO质陶瓷过滤器滤除夹杂效果的研究[期刊 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 ]-冶金能源 2003(06) 5.李扬洲;张大德;赵克文 高速板坯连铸的钢水净化技术及效果[期刊论文]-钢铁 2000(08) 6.Gairing R W;Cummings M Operating Experience Using Inclusion Filtration Technology for Continuously Cast Steels 1993(03) 7.陶立群;姜茂发;王德永 连铸中间包底吹氩物理模拟和工业实践[期刊论文]-钢铁 2006(05) 8.王进;孙维;刘玉兰 中间包钢水过滤净化技术[期刊论文]-华东冶金学院学报 2000(04) 9.张明华 中间包采用气体净化除去钢中夹杂物的探讨 2005(03) 10.Wang Laihua;Lee Hae-Geon;Hayes Peter A New Approach to Molten Steel Refining Using Fine Gas Bubbles 1996(01) 11.Wang Laihua;Lee Hae-Geon;Hayes Peter Prediction of the Optimum Bubble Size for Inclusion Removal From Molten Steel by Flotation[外文期刊] 1996(01) 12.陈家祥 钢铁冶金学(炼钢部分) 1999 13.Xintian L;Weiming J Flow Behaviour and Filtration of Steal Melt in Continuous Casting Tundish 1992 14.潘秀兰;王艳红;梁慧智 国内外电渣重熔技术的发展与展望[期刊论文]-鞍钢技术 2005(02) 15.丁永昌 钢和合金的特种熔炼 1989 16.徐曾啓 炉外精炼 1998 17.战东平;宋景欣;姜周华 连铸结晶器电磁制动的使用效果分析[期刊论文]-中国冶金 2006(05) 18.王军 连铸工艺中的电磁技术 2000(03) 19.Nakanishi K Japanese State of the Art Continuous Casting Process 1996(zk) 20.Miki Y;Kitaoka H;Bessho N Inclusion Separation From Mohen Steel in Tundish with Rotating Electromagnetic Field 1996(06) 21.高海潮;颜根发 钢包电磁搅拌生产洁净钢的几个工艺理论问题[期刊论文]-钢铁研究 2000(03) 22.Matsuno H;Kikuchi Y;Komatsu M Development of a New Deoxidation Technique for RH Degassers 1993(07) 引证文献(2条) 1.王树华.李俊国.曾亚南.李守章 20CrMnTi冶炼过程中气体含量的控制[期刊论文]-天津冶金 2010(1) 2.李俊芳.闫小林.李守章.李俊国.曾亚南 45号钢冶炼过程中气体含量及其控制研究[期刊论文]-山西冶金 2009(4) 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_tsg200902012.aspx