直接還原鐵對(duì)冶煉高端鋼種的幫助

2017-02-08   作者：佚名   網(wǎng)友評(píng)論 0 條

 錢良豐

米德雷克思

　　背景簡(jiǎn)述

　　我國雖然是世界產(chǎn)鋼第一大國，但我國優(yōu)質(zhì)鋼、潔凈鋼的生產(chǎn)無論是數(shù)量，還是品種、質(zhì)量方面與世界先進(jìn)國家有很大的差距，成為我國鋼鐵生產(chǎn)的短板，無法滿足我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，嚴(yán)重的影響我國裝備制造、國防等工業(yè)發(fā)展。如果單從冶金裝備條件上比較，我國通過近些年的大量引進(jìn)現(xiàn)代國際先進(jìn)的冶金技術(shù)設(shè)備，已具備生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼、潔凈鋼、超潔凈鋼的能力。目前的主要問題是生產(chǎn)技術(shù)和管理以及原材料上存在差距。作為發(fā)展中國家，我國廢鋼資源不足，主要以高爐長流程工藝為主。高爐轉(zhuǎn)爐工藝路線流程長，控制點(diǎn)多，影響因素復(fù)雜，因此產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性很難控制。而優(yōu)質(zhì)鋼、潔凈鋼對(duì)產(chǎn)品多項(xiàng)控制指標(biāo)有著嚴(yán)苛的控制范圍要求，單一路線存在一些先天不足，需要結(jié)合各種工藝的優(yōu)缺點(diǎn)，以互補(bǔ)短板的方式達(dá)到工藝指標(biāo)。當(dāng)然國內(nèi)也有很多采用電爐的短流程鋼廠或車間，但因缺泛優(yōu)質(zhì)廢鋼，大部分以高爐鐵水加普通廢鋼為原料，因鋼中殘留元素難以控制，很少有企業(yè)能生產(chǎn)潔凈鋼、超潔凈鋼時(shí)。國外先進(jìn)鋼廠目前已將優(yōu)質(zhì)廢鋼加直接還原鐵作為生產(chǎn)潔凈鋼、超潔凈鋼的標(biāo)配組合。

　　直接還原煉鐵是以天然氣或非焦煤制氣為能源，在不熔化、不造渣的條件下，鐵的氧化物經(jīng)還原獲得以金屬鐵為主要成分的固態(tài)產(chǎn)品的技術(shù)方法。其產(chǎn)品直接還原鐵中硅、錳、鎳、鉻、鈦、釩、砷、銻、鉍等元素含量比高爐鐵水及廢鋼低1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)純凈鋼鐵材料不可多得的原材料。

　　1純凈鋼的概念

　　純：指成品鋼中雜質(zhì)元素[P]、[S]、[O]、[H]、[N] 、（[C]）含量很低。如深沖鋼∑[i]= [P]+[S]+[O]+[H]+[N]+[C] ≤
 

 目前國內(nèi)外先進(jìn)鋼廠純凈鋼水平

　　凈：指成品鋼中的非金屬夾雜物數(shù)量極少，尺寸小。在雜質(zhì)元素含量低的前提下，精煉和澆注中形成的非金屬夾雜物能夠上浮排除。凈的指標(biāo)：鋼中夾雜物指數(shù)＜5mg/10kg，夾雜物的尺寸＜30?m，T[O] ＜30ppm。

　　2雜質(zhì)元素對(duì)鋼性能的影響

　　2.1硫元素

　　[S]：存在形式：（Mn、Fe）S。對(duì)鋼材的熱加工性能、焊接性能和抗腐蝕性能有很大的影響。顯著降低鋼材非軋制方向的強(qiáng)度、延展性、沖擊韌性和抗氫致裂紋（HIC）的能力。

　　高層建筑、重載橋梁、海洋設(shè)施等重要用途的鋼材[S]含量控制在30-50ppm以下，石油管線鋼[S] ＜10ppm，高級(jí)別的石油管線鋼[S] ＜1-5ppm。

　　硫在低溫下對(duì)鋼的沖擊韌性降低造成的危害。在低溫下，鋼中含硫高，也會(huì)造成鋼的沖擊值或沖擊韌性顯著降低。1912年4月14日晚11點(diǎn)40分，TITANIC號(hào)客輪與冰山相撞，造成1517人死亡的沉船事故，就是由于當(dāng)時(shí)用的船板鋼的硫含量高，在低溫下，船板的抗沖擊韌性極低而產(chǎn)生斷裂所造成的悲慘事故。1992年，加拿大的冶金學(xué)家從沉船地點(diǎn)打撈起船板，取鋼樣分析，從分析結(jié)果可知，該船鋼板中，硫含量很高。用這種船板與20世紀(jì)50年代初期生產(chǎn)的具有類似成分但硫含量相當(dāng)?shù)偷匿摪遄鳑_擊試驗(yàn)進(jìn)行比較。由試驗(yàn)結(jié)果可知，在接近0℃時(shí)，TITANIC號(hào)船板基本上無沖擊韌性。由此可得到結(jié)論，當(dāng)冰山撞擊TITANIC號(hào)時(shí)，脆裂造成了船身的斷裂。這種與高硫含量有關(guān)的在低溫下鋼的脆裂現(xiàn)象直到1947年才被認(rèn)識(shí)到。

　　2.2磷元素

　　[P]：從室溫到0℃以下，磷使鋼產(chǎn)生脆裂，表現(xiàn)在鋼的沖擊韌性大大下降。冷脆的原因一般認(rèn)為是由于磷原子富集在鐵素體晶界上形成的‘固溶強(qiáng)化’作用所引起的，造成晶粒間的強(qiáng)度提高，從而產(chǎn)生脆性。在-20℃到0℃以下，鋼中的磷使沖擊韌性急劇下降。另外，磷是鋼中偏析程度大的元素。因?yàn)?，含磷鋼液在凝固時(shí)需要通過較大的溫度區(qū)域，造成最后凝固的鐵液中含有較多的磷，從而產(chǎn)生較大程度的磷偏析。所以，磷對(duì)鋼材的延展性、低溫韌性有很大的影響。[P]在鋼液凝固過程中，產(chǎn)生嚴(yán)重的偏析。

　　普通低磷鋼要求[P] ≤100ppm；超低磷鋼如含9%[Ni]的低溫儲(chǔ)罐鋼，[P] ≤30ppm。

　　2.3氮元素

　　[N]：造成鋼材時(shí)效硬化；降低鋼材的冷加工性能；造成焊接熱影響區(qū)脆化。

　　超深沖IF鋼冷軋鋼板，要求[N] ＜25ppm，以保證深沖性能；厚板鋼為了保證焊接熱影響區(qū)的韌性，[N] ＜20ppm。

　　2.4氧元素

　　[O]：以非金屬氧化物的形式存在鋼中。對(duì)鋼材的疲勞強(qiáng)度、加工性能、延展性能、韌性、焊接性能、抗HIC性能、耐腐蝕性能均有顯著的降低作用。

　　對(duì)夾雜物要求嚴(yán)格的鋼：汽車板、DI罐，T[O] ＜20-30ppm；子午線輪胎冷拔鋼絲、大橋懸索鋼絲， T[O] ＜20ppm，夾雜物尺寸小于20?m；軸承鋼， T[O] ＜5ppm。

　　鋼中T[O]量與產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)系：

　?。?）軸承鋼T[O]由30×10-6降到5×10-6，疲勞壽命提高100倍。

　?。?）鋼中T[O]與冷軋板表面質(zhì)量存在明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

　　美國Weirton公司生產(chǎn)0.15mm厚薄板，在DTR生產(chǎn)線上檢查120個(gè)板卷發(fā)現(xiàn)：

　　T[O]越低，冷軋板質(zhì)量越好，T[O]在（40～100）×10-6時(shí)廢品率非常高。

　?。?）川崎Mizushima(水島)把中間包T[O]作為鋼水潔凈度標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)試驗(yàn)表明：

　　 中間包鋼水總氧含量：

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