二次精煉工藝的作用在于能夠穩(wěn)定生產(chǎn)一定質(zhì)量的鋼水,并將鋼水穩(wěn)定供給澆鑄工藝。因此,目前的二次精煉技術(shù)的發(fā)展始終把擔(dān)負(fù)成分調(diào)整的精煉工藝作為最終工序,同時為確立具有低成本競爭力的鋼水生產(chǎn)工藝,把提高工藝能力和提高生產(chǎn)效率作為二次精煉的目標(biāo)。尤其是,近年來為能生產(chǎn)滿足對高功能鋼材日益增長的需求,要求二次精煉技術(shù)具有能夠提高鋼材新功能的作用。尤其是,二次精煉工藝所要求的各種功能與鋼材的需求有密切的關(guān)系。由于滿足社會需求而精煉的鋼種呈多樣化,因此在開發(fā)新工藝和新技術(shù)的同時,必須不斷擴(kuò)大作為技術(shù)開發(fā)基礎(chǔ)的學(xué)術(shù)研究。而且,從近年來對進(jìn)一步降低生產(chǎn)工藝的環(huán)境負(fù)荷,構(gòu)筑環(huán)境友好型生產(chǎn)工藝的觀點(diǎn)來看,也要求提高生產(chǎn)工藝的靈活性,以滿足生產(chǎn)工藝的高效化和適應(yīng)各種各樣副原料使用的要求。
作為二次精煉工藝的高功能化發(fā)展,近年來真空處理技術(shù)取得了特別明顯的進(jìn)步。積極利用真空這種特殊氣氛可以促進(jìn)脫硫、脫碳、脫氮反應(yīng),提高夾雜物的分離功能,使添加的合金元素有效發(fā)揮其功能。尤其是,使用鋼包的RH工藝的有效利用取得了發(fā)展。通過在真空室內(nèi)附加RH工藝的精煉功能,可以簡化整個二次精煉工序,使各工藝的多功能化和集約化成為了可能。
從確立高功能鋼材生產(chǎn)工藝的觀點(diǎn)來看,高純度、高潔凈鋼生產(chǎn)技術(shù)的開發(fā)引人關(guān)注。從高純度鋼生產(chǎn)的觀點(diǎn)來看,作為進(jìn)一步降低脫磷、脫硫反應(yīng)等雜質(zhì)的技術(shù),采用了在減壓氣氛下噴吹熔劑粉體的脫硫工藝和向鋼包噴吹熔劑的技術(shù),并不斷對這些技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。如前所述,Sasabe的研究指出,在精煉技術(shù)不斷發(fā)展的情況下,雜質(zhì)元素的極限含量已取得階段性減少,但除了脫氧外,自2000年以來,雜質(zhì)元素的極限含量仍處于一定極限范圍??梢哉J(rèn)為去除雜質(zhì)的精煉技術(shù)正處于停滯狀態(tài)中。關(guān)于這種停滯狀態(tài),還無法確定目前的精煉極限含量是否是因?yàn)橐堰_(dá)到滿足鋼材特性的標(biāo)準(zhǔn)所致,還是說是否是因?yàn)檫@與要求進(jìn)一步降低精煉極限含量無關(guān),而是因?yàn)閺募夹g(shù)層面還無法取得突破的緣故。不管怎樣,今后仍將追求高功能性鋼材的高功能化,二次精煉工藝是鋼水的最后精煉工序,因此希望進(jìn)一步推進(jìn)二次精煉技術(shù)的開發(fā)。在高功能性鋼材生產(chǎn)中脫氧工藝是很重要的。自2000年以來,已采用了各種技術(shù)進(jìn)行脫氧,如改進(jìn)RH工藝中的裝置、延長環(huán)流處理時間、提高環(huán)流控制技術(shù)和雙重處理技術(shù)等,這些措施有助于降低脫氧精煉的極限含量。
尤其是,近年來隨著能源領(lǐng)域及其輸送機(jī)械領(lǐng)域等對高合金鋼需求的明顯擴(kuò)大,生產(chǎn)高品質(zhì)高合金鋼的技術(shù)不可或缺,而且開發(fā)了精確控制脫氧工藝中的鋼水成分、夾雜物組成及其粒度的技術(shù)。Hino等人對具有代表性的高合金鋼----Cr-Ni系不銹鋼冶煉時脫碳反應(yīng)的動力學(xué)進(jìn)行了研究,明確了溶解在高合金鋼中的氧和合金元素的活度,并采用Redlich-Kister型多項(xiàng)式高精度地表示含量范圍,不僅從學(xué)術(shù)研究上對不銹鋼脫氧工藝進(jìn)行了精準(zhǔn)解析,而且使人正確理解了高合金鋼中的脫氧生成物。
從生產(chǎn)高潔凈度鋼的觀點(diǎn)來看,為最大限度地去除夾雜物,開發(fā)了二次精煉工藝中的流動控制技術(shù)、二次精煉熔劑的優(yōu)化技術(shù)和夾雜物組成及其粒度的控制技術(shù),確立了穩(wěn)定生產(chǎn)多品種鋼材的技術(shù)。從提高脫氧工藝技術(shù)和控制夾雜物技術(shù)方面來看,尤其是關(guān)于抗硫化氫鋼管生產(chǎn)時所必須的夾雜物形態(tài)控制技術(shù),還開發(fā)了采用前述的添加Ca控制Al2O3系夾雜物形態(tài)和控制MnS生成的技術(shù)。近年來,還開發(fā)了采用稀土類元素進(jìn)行強(qiáng)脫氧的技術(shù),通過控制夾雜物組成及其形態(tài),可提高鋼材特性,因此稀土類元素添加工藝正在不斷發(fā)展之中。
為積極利用凝固后存在于鋼材中的夾雜物,如利用連鑄工藝中的夾雜物可以使凝固組織細(xì)化和等軸晶化,利用鋼材加工時的夾雜物可以防止焊接熱影響區(qū)組織的肥大,因此開發(fā)了夾雜物的組成、組織和粒度控制技術(shù)。近年來,日本鋼鐵協(xié)會成立了“非金屬夾雜物固相內(nèi)組織控制研究會”和“非金屬夾雜物與硫化物、氮化物固相內(nèi)反應(yīng)研究會”,對二次精煉過程中生成的夾雜物和連鑄過程中形成結(jié)晶、析出的夾雜物在熱處理溫度區(qū)域的固相中的變化行為和對鋼材特性的影響進(jìn)行了集中研究。而且,開發(fā)在高潔凈鋼生產(chǎn)技術(shù)和積極利用殘留夾雜物技術(shù)時,必須有對夾雜物進(jìn)行適當(dāng)評價(jià)的方法,因此必須研究夾雜物的評價(jià)技術(shù)。近年來,為滿足對微細(xì)夾雜物的組成和粒度等的各種分析和統(tǒng)計(jì)解析,以及對超微細(xì)夾雜物的精確分析、對夾雜物的三維評價(jià)和對大夾雜物的檢測等各種要求,開發(fā)了夾雜物評價(jià)技術(shù)。最近,“鋼中非金屬夾雜物粒度的全方位評價(jià)研究會”對微小夾雜物的快速分析和三維分析等技術(shù)進(jìn)行了開發(fā)。
另外,為應(yīng)對需要二次精煉工藝處理鋼種的擴(kuò)大,也加快了耐火材料的開發(fā)。近年來隨著高合金鋼生產(chǎn)頻率的增加,出現(xiàn)了很多因耐火材料與鋼水反應(yīng)而導(dǎo)致耐火材料熔損或鋼水成分發(fā)生變化的問題。在熔劑精煉時,一般是使用堿性熔劑,因此一般是使用堿性耐火材料替代以往的酸性耐火材料,鋼包渣線部MgO-C系耐火材料的利用成為了標(biāo)準(zhǔn)。另外,為節(jié)省耐火材料的施工工數(shù),降低施工成本,近年來越來越多地使用了氧化鋁-尖晶石質(zhì)和氧化鋁-鎂質(zhì)澆鑄耐火材料。另外,RH等真空處理爐也開始使用MgO-C系耐火材料。而且,由于耐火材料的熔損以及耐火材料與鋼水的反應(yīng)會污染鋼水,耐火材料也成為了夾雜物的發(fā)生源,因此為保持鋼水的潔凈度,必須開發(fā)能滿足不同鋼種冶煉和鋼水潔凈度要求的耐火材料。
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