无取向电工钢(硅钢)生产流程[S]、[C]、[N]的控制剖析

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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。
—— 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; 300 3)强制(吹氧)脱碳。 改进前 250
[C](ppm)
强制(吹氧)脱碳的特点: 可提高初始[C],达到0.04~0.06%; 可降低初始[O],降至250~ 400ppm。 脱碳速度比传统RH脱碳快。
① 碳化钙系脱硫剂 CaC2脱硫的基本反应式: CaC2+[S]=CaS(s)+2[C] 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。
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※
NERC-CCT
一、 [C]、[S]、[N]对无取向电工钢的危害 —— 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:[C]<30ppm。
高炉顺行; 高温; 高锰; 高硅。
NERC-CCT
四、转炉工序[C]、[S]、 [N]的控制
4.1
4.2
4.3
转炉冶炼工序脱[C] 转炉冶炼工序脱[N] 转炉冶炼工序控[S]
NERC-CCT
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。
③ 当钢水[C]≤0.05%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:
d [% C ] F D ([% C ] [% C ]P ) dt V
NERC-CCT
—— 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700~750mm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。
改进后
30
处理时间(分)
RH-KTB RH
改进前后的降碳曲线 效果:RH真空脱碳可在15~20分钟之内, 将钢水中的碳降低到(10~15)×10-6 。最佳 脱碳效果可达10ppm。
0
2
4
6
8
10
12
14
16
RH、RH-KTB工艺脱碳曲线
NERC-CCT
—— 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。
NERC-CCT
—— 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。
铁水脱硫
钢 种

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 控硫
出钢 脱硫
真空深 脱硫
√ √ √
√ √
NERC-CCT
三、铁水预处理工序 [S]、[N]的控制
3.1 铁水预处理脱[S] 3.2 铁水预处理控[N]
NERC-CCT
3.1 铁水预处理脱[S]
NERC-CCT
③ 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
NERC-CCT
5)铁水脱硫实例介绍
——某厂100吨铁水罐喷吹颗粒镁脱硫 主要设计参数

脱硫日处理能力/罐 铁水罐装载能力/t 铁水罐有效自由空间/mm


164 64

脱硫年处理能力/万t· a-1
98~110 800(108t时)
喷吹罐容积/m3
喷吹压力/MPa 喷吹流量/Nm3· min-1
NERC-CCT
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
NERC-CCT
4)常用铁水脱硫剂
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
NERC-CCT
5.1 RH脱碳技术
真空条件下脱碳行为的特点:
① 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; ② RH真空脱碳速度的限制环节是钢水侧碳和氧的传质阻力, [%C ] 0.66 由碳扩散向氧扩散转变的临界条件为: [% O]
副 枪 一 硫
终 点 硫
到 Ar 站 硫
Ar 站 结 束 硫
成 品 硫
NERC-CCT
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。
NERC-CCT
五、RH精炼工序[C]、[S]、 [N]的控制
0.046 0.044 0.042 0.040 0.038 0.036 0.034 0.032 0.030 0.028 0.026 0.024 0.022 0.020 0.018 0.016 0.014 0.012 0.010 0.008 0.006 0.004 0.002 0.000
200 150 100 50 0 0 10 20
对于生产成品[C]≤30ppm的电工钢来说, RH真 空脱碳的最佳含量:
[C]:0.03%~0.04%; [O]:600ppm~700ppm。
NERC-CCT
4.2 转炉冶炼工序脱[N]
—— 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]
—— 转炉顶低复合吹炼:
氮在α-Fe、γ –Fe、 δ –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
NERC-CCT
② 合金元素含量对氮在铁液中溶解度的影响
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。
NERC-CCT
③ 低氮铁水的获得
铁水[N]含量:30~40ppm 低氮铁水的措施:
0.5×2
0.3~0.5 30~60
喷吹速度/kg· min-1
6~15
NERC-CCT
脱硫效果:
o [S]≤0.005%的比例达到9.92%; o [S]平均为0.003%; o [S]最低可控制到0.002%以下;
o “深脱”的平均脱硫率达到90%。
NERC-CCT
ຫໍສະໝຸດ Baidu
3.2 铁水预处理控[N]
• 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:10~15ppm。
新日铁八幡厂氧气转炉炼钢过程[N]的变化
NERC-CCT
—— 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
NERC-CCT
4.3 转炉冶炼工序控[S]
1)转炉吹炼过程“回硫”的控制
[C],ppm
240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0 5 10 15 550mm 650mm 750mm
20
脱碳时间 ,min
不同浸渍管径下脱碳比较
300 250
650mm内径,供气流量90Nm3/h
[C](ppm)
原操作 快速降压
[C](ppm)
NERC-CCT
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]。
NERC-CCT
—— 转炉流程脱硫工序的选择
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。
NERC-CCT
② 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
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:
间隙固溶体;
—— 自由状态的氮原子,
—— 化合物状态的氮原子,AlN、TiN、ZrN、VN、Fe4N。
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。
NERC-CCT
① 铁的状态或晶体结构对氮的溶解度的影响
NERC-CCT
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
12 10 8
Δ [S]*10-5
Al钢废钢方式对Δ [S] 的影响
11
7.3
7.6
6 4 2 0 1 3.2
4.8
2
3 废钢方式
4
NERC-CCT
—— 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γ相区; 3、Mn/S≥10,保证良好热加工性能和MnS粗化; 4、改善组织和织构。
NERC-CCT
—— 电工钢中[Al]对磁性能的影响
钢中Als的作用: 1、Als≥0.15%,其作用与Si的作用相同,提高ρ值,缩小γ相区, 促进晶粒长大,粗化AlN,改善织构,减轻时效; 2、Als在50~140ppm,P15显著增加; 3、 Als≤30ppm, P15显著降低;
200 150 100 50 0 0 5 10 15
350 300 250 200 150 100 50 0 0
插入管供气流量90Nm3 /h
550mm 650mm 720mm 750mm
处理时间(min)
20
5
10
处理时间(min)
15
20
快速降压前后的降碳曲线
不同插入深度下的脱碳曲线
NERC-CCT
5
入炉铁水[S]对Δ [S]的影响
0.03
硫含量(%)
0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0
入 炉 硫
铁水未扒渣与扒渣回硫对比图
未扒渣Q235-B 扒渣Q235-B
0.02
Δ [S] ,%
0.01 0 -0.01 -0.02 -0.03 0 0.01 0.02 0.03 铁水[S],% 0.04 0.05 0.06
Central Iron & Steel Research Institute
NERC-CCT
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
• 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(t≈1680℃),以增强炉渣脱硫能力; • 控制转炉残留渣量,应考虑停止溅渣1~2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。
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