无取向电工钢(硅钢)生产流程[S]、[C]、[N课件.ppt
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1、无取向电工钢(硅钢)无取向电工钢(硅钢)生产流程生产流程SS、CC、NN的控制的控制钢铁研究总院钢铁研究总院连铸技术国家工程研究中心连铸技术国家工程研究中心仇圣桃2008.112008.11Central Iron & Steel Research Institute NERC-CCTNERC-CCTNERC-CCT 一、一、 C、S、 N对无取向电工钢的危害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、铁水预处理工序三、铁水预处理工序 S、 N的控制的控制 四、转炉工序四、转炉工序C、S、 N的控制的控制 五、五、RH精炼工序精炼工序
2、C、S、 N的控制的控制 六、精炼后钢水六、精炼后钢水C、 N的控制的控制 七七 、LF精炼工序精炼工序C、S、 N的控制的控制目目 录录NERC-CCTNERC-CCT 电工钢中电工钢中CC对磁性能的影响对磁性能的影响钢中钢中C的作用:的作用:1、成品、成品C含量增加,碳化物也随之含量增加,碳化物也随之增加,磁感降低,铁损增加;增加,磁感降低,铁损增加;2、无取向电工钢要求:、无取向电工钢要求:C30ppm。一、一、 CC、SS、NN对无取向电工钢的危害对无取向电工钢的危害NERC-CCTNERC-CCT 电工钢中电工钢中SS对磁性能的影响对磁性能的影响 钢中钢中S含量增加,铁损增加,存在铁
3、损急剧增加的含量增加,铁损增加,存在铁损急剧增加的S含含量,由此,电工钢中量,由此,电工钢中S控制成分为小于控制成分为小于50ppm。NERC-CCTNERC-CCT 电工钢中电工钢中NN对磁性能的影响对磁性能的影响 N含量在含量在25ppm以上时,铁损急剧增加,由此,钢中以上时,铁损急剧增加,由此,钢中N含量控制应以含量控制应以25ppm为极限。为极限。NERC-CCTNERC-CCT 电工钢中电工钢中 MnMn 对磁性能的影响对磁性能的影响钢中钢中Mn的作用:的作用:1、形成、形成MnS,防止防止FeS引起的热脆;引起的热脆;2、扩大、扩大相区;相区;3、Mn/S10,保证良好热加工性能和
4、保证良好热加工性能和MnS粗化;粗化;4、改善组织和织构。、改善组织和织构。NERC-CCTNERC-CCT 电工钢中电工钢中AlAl对磁性能的影响对磁性能的影响钢中钢中Als的作用:的作用:1、Als0.15%,其作用与其作用与Si的作用相同,提高的作用相同,提高值,缩小值,缩小相区,相区, 促进晶粒长大,粗化促进晶粒长大,粗化AlN,改善织构,减轻时效;改善织构,减轻时效;2、Als在在50140ppm,P15显著增加;显著增加;3、 Als30ppm, P15显著降低;显著降低;NERC-CCTNERC-CCT二、转炉流程生产无取向电工钢的关键工序二、转炉流程生产无取向电工钢的关键工序关
5、键工序与任务:v 铁水预处理工序,脱S、控制N;v 转炉冶炼工序,脱C、脱N、控S;v RH 精炼工序,脱C、脱S、控N;v 连铸工序,控C、控N、控S。NERC-CCTNERC-CCT钢钢 种种铁水脱硫铁水脱硫转炉转炉控硫控硫出钢出钢脱硫脱硫真空深真空深脱硫脱硫深深浅浅中低牌号无取向硅钢S 60 ppm高牌号无取向硅钢S 50 ppm 转炉流程脱硫工序的选择转炉流程脱硫工序的选择NERC-CCTNERC-CCT三、铁水预处理工序三、铁水预处理工序 SS、NN的控制的控制3.1 铁水预处理脱铁水预处理脱S3.2 铁水预处理控铁水预处理控NNERC-CCTNERC-CCT1)铁水脱硫的优点: 铁
6、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 3.1 铁水预处理脱铁水预处理脱SSNERC-CCTNERC-CCT2)铁水脱硫的方法 铁水脱硫可分为四大类: 投入法投入法( (铺撒法铺撒法) ) 铁水容器转动法铁水容器转动法( (摇包法摇包法) ) 机械搅拌法机械搅拌法(KR(KR法法) ) 喷吹法喷吹法( (鱼雷罐、铁水鱼雷罐、铁水包包) )3)当前最常用
7、的铁水脱硫方法 机械搅拌法机械搅拌法(KR)(KR)与喷吹法与喷吹法: : KRKR日本、韩国等亚洲国家日本、韩国等亚洲国家 喷吹法喷吹法俄罗斯、中国等国家俄罗斯、中国等国家NERC-CCTNERC-CCT4)常用铁水脱硫剂 碳化钙系脱硫剂碳化钙系脱硫剂 CaCCaC2 2脱硫的基本反应式:脱硫的基本反应式: CaCCaC2 2+S=CaS(s)+2C+S=CaS(s)+2C CaCCaC2 2脱硫能力较强。在动力学条件较好时,最低脱硫能力较强。在动力学条件较好时,最低SS可达可达 0.001%0.001%,广泛用于机械搅拌和喷吹脱硫方法;,广泛用于机械搅拌和喷吹脱硫方法; 提高脱硫速度的主要
8、措施包括:减小提高脱硫速度的主要措施包括:减小CaCCaC2 2粒度、强化搅拌、粒度、强化搅拌、提高铁水温度等;提高铁水温度等; 添加适量的碳和添加适量的碳和CaCOCaCO3 3等成份,形成复合等成份,形成复合CaCCaC2 2脱硫剂,有利于脱硫剂,有利于提高脱硫效率。提高脱硫效率。 主要缺点:主要缺点: 易吸水,运输和存贮需要采取特殊安全措施;易吸水,运输和存贮需要采取特殊安全措施; 比较昂贵比较昂贵; ; 脱硫渣对环境污染较大。脱硫渣对环境污染较大。NERC-CCTNERC-CCT 石灰系脱硫剂 CaOCaO脱硫的基本反应式:脱硫的基本反应式: CaO(s)+SCaO(s)+S=CaS(
9、s)+OCaS(s)+O 纯纯CaOCaO的脱硫能力低于的脱硫能力低于CaC2CaC2,脱硫速度慢,脱硫效果不稳脱硫速度慢,脱硫效果不稳定;定; 添加适量添加适量C C等反应促进剂,形成复合石灰系脱硫剂,提高等反应促进剂,形成复合石灰系脱硫剂,提高脱硫效率;脱硫效率; 提高脱硫效率的主要措施:提高脱硫效率的主要措施: 加大搅拌加大搅拌 增大反应面积增大反应面积 提高铁水温度提高铁水温度 适用于适用于KRKR机械搅拌脱硫工艺机械搅拌脱硫工艺NERC-CCTNERC-CCT 金属镁脱硫 金属镁脱硫的基本反应式:金属镁脱硫的基本反应式: Mg(g)+S=Mg(g)+S=MgS(sMgS(s) ) 主
10、要优点: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。脱硫反应为放热过程,适应温低铁水脱硫。 主要缺点:主要缺点: 价格昂贵,容易挥发。价格昂贵,容易挥发。 措施:措施: 制作成钝化镁粒;制作成钝化镁粒; 添加添加CaOCaO进行复合喷吹。进行复合喷吹。 广泛用于喷吹法脱硫工艺广泛用于喷吹法脱硫工艺NERC-CCTNERC-CCT某厂某厂100100吨铁水罐喷吹颗粒镁脱硫吨铁水罐喷吹颗粒镁脱硫主要设计参数主要设计参数 参 数指 标脱硫年处理能力/万ta1164脱硫日处理能力/罐64铁水罐装
11、载能力/t98110铁水罐有效自由空间/mm800(108t时)喷吹罐容积/m30.52喷吹压力/MPa0.30.5喷吹流量/Nm3min13060喷吹速度/kgmin16155)铁水脱硫实例介绍NERC-CCTNERC-CCT脱硫效果:脱硫效果:o S0.005%S0.005%的比例达到的比例达到9.92%9.92%;o SS平均为平均为0.003%0.003%;o SS最低可控制最低可控制到到0.002%0.002%以下;以下;o “深脱深脱”的平均脱硫率达到的平均脱硫率达到90%90%。 NERC-CCTNERC-CCT1) 氮在铁中的溶解 在一定温度,在一定温度,1atm1atm大气压
12、下,大气压下,NN在钢中存在形式:在钢中存在形式: 自由状态的氮原子,自由状态的氮原子, 间隙固溶体;间隙固溶体; 化合物状态的氮原子,化合物状态的氮原子,AlNAlN、TiNTiN、ZrNZrN、VNVN、FeFe4 4N N。3.2 3.2 铁水预处理控铁水预处理控NN2)影响氮在钢中溶解度的元素v 铁的状态或晶体结构;铁的状态或晶体结构;v 温度与氮气分压;温度与氮气分压;v 合金元素含量。合金元素含量。NERC-CCTNERC-CCT 氮在氮在-Fe、 Fe、 Fe、液态铁中的溶解度液态铁中的溶解度氮在氮在铁液中的溶解度铁液中的溶解度氮在铁氮在铁中的溶解度中的溶解度 铁的状态或晶体结构
13、对氮的溶解度的影响铁的状态或晶体结构对氮的溶解度的影响 NERC-CCTNERC-CCTC、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合金元素含量对氮在铁液中溶解度的影响NERC-CCTNERC-CCT 低低氮氮铁水的获得铁水的获得铁水铁水N含量:含量:3040ppm低氮铁水的措施:低氮铁水的措施:v 高炉顺行;v 高温;v 高锰;v 高硅。NERC-CCTNERC-CCT四、四、转炉工序转炉工序CC、SS、 NN的控制的控制4.14.1 转炉冶炼工序脱转炉冶炼工序脱CC4.24.2 转炉冶炼工序脱
14、转炉冶炼工序脱NN4.34.3 转炉冶炼工序控转炉冶炼工序控SSNERC-CCTNERC-CCT4.1 4.1 转炉冶炼工序脱转炉冶炼工序脱CC 转炉终点碳、氧的控制:转炉终点碳、氧的控制: 根据根据RHRH真空脱碳原理,要求处理前初始钢水的真空脱碳原理,要求处理前初始钢水的CC和和OO应达到一定的范围,以求最佳脱碳效果。应达到一定的范围,以求最佳脱碳效果。 对于生产成品对于生产成品C30ppmC30ppm的的电工钢来说,电工钢来说, RHRH真真空脱碳的最佳含量:空脱碳的最佳含量: CC:0.030.030.040.04; OO:600ppm600ppm700ppm700ppm。 NERC-
15、CCTNERC-CCT 氮在渣中的存在形式:v 自由氮离子,自由氮离子,NN代替代替OO;v 化合氮离子,化合氮离子,NN-4-4 代替代替OO-2-2 4.2 4.2 转炉冶炼工序脱转炉冶炼工序脱NN 转炉顶低复合吹炼:转炉顶低复合吹炼: 形成形成COCO、O O2 2气泡、惰性气体气泡、惰性气体ArAr气气泡为氮的去除创造良好条件;泡为氮的去除创造良好条件; 转炉终点氮含量可达:转炉终点氮含量可达:101015ppm15ppm。新日铁八幡厂氧气转炉炼钢过程新日铁八幡厂氧气转炉炼钢过程N的变化的变化NERC-CCTNERC-CCT 氧气流量对转炉终点氧气流量对转炉终点NN的影响的影响 渣层厚
16、度对转炉终点渣层厚度对转炉终点NN的影响的影响NERC-CCTNERC-CCT 尽可能提高入炉铁水温度,缩短废钢熔化时间,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;保证炉渣脱硫反应的时间; 铁水残渣带入硫量占总硫量的铁水残渣带入硫量占总硫量的8%8%12%12%,扒渣时,扒渣时应尽量扒尽,应保证较高的终渣碱度应尽量扒尽,应保证较高的终渣碱度(R=4.4)(R=4.4)、较低的终渣较低的终渣( (FeOFeO)()(不大于不大于16.40%)16.40%)及适宜的终点温及适宜的终点温度度(t1680)(t1680),以增强炉渣脱硫能力;以增强炉渣脱硫能力; 控制转炉残留渣
17、量,应考虑停止溅渣控制转炉残留渣量,应考虑停止溅渣1 12 2炉后炉后再冶炼,在炉况允许的情况下,连续冶炼电工再冶炼,在炉况允许的情况下,连续冶炼电工钢时也应该停止溅渣;钢时也应该停止溅渣; 造渣材料要满足低硫要求。造渣材料要满足低硫要求。4.3 4.3 转炉冶炼工序控转炉冶炼工序控SS1 1)转炉吹炼过程转炉吹炼过程“回硫回硫”的控制的控制NERC-CCTNERC-CCT2 2)影响转炉)影响转炉“回硫回硫”的因素分析的因素分析入炉铁水S对S的影响-0.03-0.02-0.0100.010.020.0300.010.020.030.040.050.06铁水S,%S,铁水脱铁水脱SS扒渣对回硫
18、的影响扒渣对回硫的影响入炉铁水入炉铁水SS对回硫的影响对回硫的影响废钢种类对回硫的影响废钢种类对回硫的影响石灰中石灰中SS对回硫的影响对回硫的影响NERC-CCTNERC-CCT3 3)控制转炉回硫的主要措施)控制转炉回硫的主要措施v扒除脱硫后铁水面上的脱硫渣;v选用低硫废钢;v控制转炉炉料中硫含量,严格相关技术标准;v选择回硫稳定的脱硫工艺。NERC-CCTNERC-CCT五、五、RHRH精炼工序精炼工序CC、SS、 NN的控制的控制 5.1 RH脱碳技术脱碳技术5.2 RH脱硫技术脱硫技术5.3 RH处理控氮处理控氮部分内容源于余志祥教授讲学NERC-CCTNERC-CCT5.1 RH5.
19、1 RH脱碳技术脱碳技术 真空条件下脱碳行为的特点: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决定真空脱碳速度的主要参数之一是体积传质系数a ak k,与真空室截面与真空室截面(Av)(Av)、钢水循环量钢水循环量(Q)(Q)及钢水碳含量及钢水碳含量( (CvCv) )成成正比:正比:a ak k A Av v0.32 . 0.32 . Q Q1.17 . 1.17 . C Cv v1.481.48; RHRH真空脱碳速度的限制环节是钢水侧碳和氧的传质阻力,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由碳扩散向氧扩散转变的临界条
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