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前言

住友金属公司在与新日铁公司合并之前是日本第三大钢铁企业，开发出的炼钢工艺创新成果如下：

1）连铸工艺

2）水平式连铸工艺

3）复合吹炼转炉(STB)

4）双联法转炉（BOF）吹炼脱磷和脱碳工艺(SRP)

本文简要介绍了住友金属公司自主开发出的炼钢工艺：双BOF无氟脱磷工艺—SRP-Z；RH喷粉脱硫工艺—RH-PB；防堵塞浸入式水口—AI水口；结晶器保护渣—Crymax保护渣；防止板坯表面产生裂纹的表面结构控制工艺—SSC；板坯浇铸压下工艺—PCCS；EMS和EMBr多功能结晶器—π结晶器。

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SRP工艺

2.1 SRP工艺的基本原理

住友金属公司经过多年努力，开发出被称为“Simple Refining
Process(SRP)”（双联法）的创新型炼钢工艺，并于1999年在和歌山厂率先获得应用。双联法炼钢工艺是一座BOF专用于脱磷，另一座BOF专用于脱碳，脱碳后的钢渣可作为脱磷剂在“脱磷BOF”内循环使用。

“脱磷BOF”与鱼雷罐、钢包等运输设备的传统处理方式对比情况见表1。

表1 脱磷方法的比较

备注：◎代表非常好；○代表好；△代表不好；×代表差。

    采用传统方法将脱磷剂吹入铁水中，由于容器空间小且搅拌强度受到严格限制，容易导致脱磷剂从容器的顶部溢出，造成处理时间延长，脱磷能力降低。因此为了生产低磷钢，还要在“脱碳BOF”中再次降低磷含量。

    而“脱磷BOF”空间大，因此能够提高底吹气体的搅拌强度，可最大限度地降低磷含量，将处理时间缩短至10min以内。此外，“脱磷BOF”在铁水脱硅、废钢熔炼等方面还具有操作简单及维护方便的优势。鱼雷罐车、钢包吹炼、BOF（顶底复吹）磷含量随处理时间的变化情况表明，BOF（顶底复吹）可以在10min内将磷脱到较低水平，而钢包吹炼需要20-30min；鱼雷罐车脱磷则时间更长且脱磷效果差。与鱼雷罐操作相比，“脱磷BOF”操作可使脱磷率提高10倍，能够极大地降低磷含量。

2.2 无氟SRP工艺—SRP-Z

    近来，环保要求控制氟的使用，开发了无氟脱磷工艺。无氟脱磷主要问题是缺少钢渣的产生。为了促成钢渣的产生，采用炉顶氧枪喷吹石灰粉工艺。喷吹的石灰粉融化致使BOF内温度超过2273K过热点。SRP-Z工艺试验效果表明，通过采用SRP-Z工艺，使磷分配比升高，可由研究人员导出的方程式（1）来计算。

log{}=2.5log(%T.Fe)+0.0715{(%CaO)+0.25(%MgO)}+-8.55+[%C]……（1）

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RH-PB工艺

3.1 RH-PB

为了减少热损及缩短处理时间，开发了RH-PB工艺将脱气工艺和脱硫工艺合二为一。RH-PB工艺是在RH装置内喷吹石灰熔剂用于脱硫，该工艺流程如图1所示。

图1 RH-PB工艺流程示意图

3.2 尖嘴喷枪

    在开发了RH-PB工艺之后，研制出新式RH-PB工艺专用喷枪。该喷枪的优点是用气体喷粉，尖嘴喷枪与传统“拉伐尔”喷枪技术参数的对比情况见表2。

表2 尖嘴喷枪与传统“拉伐尔”喷枪技术参数的对比情况

    使用尖嘴喷枪提高了氧气流量和石灰粉喷吹速度，缩短了RH处理时间。

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AI水口（防堵塞浸入式水口）

4.1 基础实验

    为了证实我们的理论，进行了基础实验。基础实验装置如图2所示，实验条件为：钢种为铝镇静钢（0.25%C），铝碳材耐材，水口重量2kg，Ar气氛条件，转速100rpm，耐材直径20mm，最大电流5A，最长试验时间2h。实验结果表明在SEN阴极，粘附层重量比阳极和接地电极有所减轻。

图2 实验装置

4.2 工厂试验

    将AI水口应用于鹿岛厂3号铸机。工厂试验条件为：钢种为超低碳钢，铝碳棒阳极，电流100A，钢板厚度270mm，浇铸速度1.8m/min，试验装置如图3所示。电流经电极流向SEN，换句话说用中间包顶部的电极作为阳极、SEN作为阴极。试验结果表明在电流的作用下粘附层厚度减小。电极内SEN的粘附层厚度分布如图4所示，进一步证实了电流对粘附层厚度减小的作用，并有利于改善钢材质量。AI水口现已在住友金属鹿岛厂和小仓厂的铸机上得到了工业化应用。

图3 工厂试验装置

                                                                           
图4 粘附层厚度的对比

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Crymax保护渣

    连铸结晶器保护渣对于稳定浇铸操作和改善钢水质量非常重要，且在防止漏钢方面的重要特征是优化弯月面的熔融性、结晶器壁与凝固坯壳之间的流动性、结晶器壁与凝固坯壳之间生成稳定的保护渣膜。

    住友金属开发了防止表面裂纹的结晶器保护渣。表面裂纹主要是由坯壳凝固时产生的应变引起的，为了预防这一现象发生，采取的有效方法是在缓冷条件下进行坯壳凝固。

通过促进结晶，使保护渣膜的热阻达到最大。住友金属将新研制的结晶器保护渣命名为“Crymax保护渣”。住友金属通过研究枪晶石的成分发现，结晶的枪晶石不是来自于初生晶体，而是来自于CaO·SiO₂和CaF₂晶体。随后用结晶器保护渣调节熔点，枪晶石以初生晶体的形式产生，但由于液态结晶器保护渣的粘度比枪晶石低，设计用于浇铸小方坯的结晶器保护渣比较困难，因此决定使用黄长石晶体。

设计缓冷结晶器保护渣可用于圆坯浇铸工艺。由于使用高结晶度保护渣，其黄长石体系粘度高，因此可用圆坯铸机浇铸和高速浇铸亚包晶钢。

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SSC工艺

    浇铸含Nb低合金钢时，在靠近板坯边部附近，有时会产生板坯表面横向裂纹。裂纹沿铁素体晶界膜生长，这些裂纹还与靠近奥氏体-铁素体双相温度区附近的热塑性降低有关，热塑性随应变率的下降而明显变差。由于裂纹与热塑性变差有关时，因此应避免在弯曲或矫直过程中板坯表面温度升高。采用二冷控制新技术—称为SSC冷却，可使板坯表面区域的铁素体膜消失。

采用SSC冷却工艺的组织控制机理如图5所示，在正常冷却条件下，在奥氏体晶界处出现了铁素体膜。另一方面，在SSC冷却过程中，在铁素体中随机产生纳米级粒度颗粒，此后铁素体消失，随后在相同位置再次产生。 

图5 SSC冷却机理

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PCCS工艺

住友金属开发了厚度超过100mm的连铸机板坯压下技术，该工艺可减少板坯内部疏松，从而能够生产超厚板。PCCS工艺流程如图6所示，该工艺是在坯壳即将凝固之前进行的压下工艺，在压下过程中坯壳中心与表面之间的温差将近达到773K。该温度分布有利于内部压下，使疏松率减少至原来的1/3。

图6 PCCS工艺流程示意图

    采用PCCS工艺结果表明，通过采用PCCS工艺使中心疏松得到了改善。经过UST测试，采用传统工艺在轧制工序中需要2%~3%的压下率，而采用PCCS工艺只要1%~2%的压下率就足够了。而且PCCS工艺通过铸锭和板坯轧制工序能够生产厚板。

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π结晶器

    连铸结晶器内的液态流动性无论对钢质还是操作都是非常重要的指标。采用EMBr（电磁制动）和EMS（电磁搅拌）技术来控制结晶器内的钢水流动。通常EMBr降低SEN入口的钢水流速，EMS加速弯月面附近的钢水流速。由于这些电子装置具有不同的功能，因此最佳电子装置的选择取决于浇铸的钢种和浇铸条件。

    为了选取最佳电子装置，研制出EMBr和EMS多功能结晶器。通常EMBr和EMS磁芯形状各不相同，而住友金属自主研制的EMS呈π形，属于大截面磁芯，该磁芯能够应用于EMBr。π形多功能电子装置如图7所示，该装置电流方向如图8所示。

图7 多功能结晶器示意图

图8 EMBr和EMS电流

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结论

    本文介绍了住友金属公司在炼钢领域的创新项目。主要内容如下：

    1）双BOF无氟脱磷工艺—SRP-Z：可满足对使用氟的限制。

    2）RH喷粉脱硫工艺—RH-PB：实现高效脱硫。

    3）减少粘附的浸入式水口—AI水口：避免水口堵塞。

    4）结晶器保护渣—Crymax保护渣：改善操作，提高铸坯质量。

    5）防止板坯表面产生裂纹的表面结构控制工艺—SSC：防止产生裂纹。

    6）板坯浇铸压下工艺—PCCS：在厚板生产中减少中心疏松。

7）EMS和EMBR多功能结晶器—π结晶器：对连铸工艺实施精密控制。