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1 背景 　　CRC廠每年將生產(chǎn) 120 萬t熱軋鋼卷，供 OMK 集團位于維克薩和阿爾梅季耶夫斯克的生產(chǎn)廠用于生產(chǎn)直徑21 mm～530 mm的鋼管。 　　這是在俄羅斯安裝的第一套薄板坯連鑄連軋設(shè)備，同時也是世界上第一套利用薄板坯工藝路線生產(chǎn)北極高寒地區(qū)用 API 管線鋼的生產(chǎn)設(shè)備。 　　除生產(chǎn)輕型鋼外，CRC廠的設(shè)備還可以將目前緊湊型鋼鐵廠的產(chǎn)品范圍大幅擴展至高附加值鋼種，如 API X65 和 X70，二者可在低至 –60℃的溫度下以及腐蝕性環(huán)境中使用。         2 工藝布局 　　俄羅斯 OMK 集團CRC廠設(shè)備由以下部分組成。 　　達涅利單流 FTSC（靈活型薄板坯連鑄機）采用動態(tài)輕壓下工藝，可在連鑄機出口處鑄造厚度達 90 mm 的板坯。 　　在連鑄機的設(shè)計特性方面（即板坯厚度選擇、動態(tài)輕壓下策略及二次冷卻設(shè)計）給予了特別關(guān)注，以滿足產(chǎn)品大綱的要求。 　　在工廠設(shè)計中，預(yù)留了第二流，以便將來進行擴建。 　　集成在連鑄機中的在線高壓除鱗機。該設(shè)備與薄板坯連鑄機的抽出裝置結(jié)合，包括一個旋轉(zhuǎn)除鱗機，通過使用高壓 - 低流量噴霧裝置在板坯進入隧道爐前對其進行除鱗。 　　除鱗機旋轉(zhuǎn)臂上安裝有 8 個噴嘴（4 個上噴嘴和 4 個下噴嘴）。相比普通的除鱗機（如在機架 R1 和 F1前安裝的除鱗機），噴嘴的數(shù)量約減少了80%。通過這種設(shè)計，可以實現(xiàn)較高的除鱗效率，以及較低的溫度損失(約 5℃)。進行處理之后，板坯上將不含氧化鐵皮，可以進入隧道爐中。這種方法可避免對爐輥造成損壞，而且便于在隧道爐內(nèi)從氧化鐵皮層厚度和成分方面對氧化鐵皮增長進行控制。板坯表面上的氧化鐵皮厚度和成分也將更加均勻。 　　軋機通過一個輥式隧道爐與連鑄機（CCM）相連，形成一體。隧道爐的設(shè)計長度為 200m。隧道爐最多能夠容納 5 塊最大長度為 37.5m的板坯。這一出色的緩沖能力使得即使在更換工作輥或自動化故障造成的軋機停工時，也不會使連鑄作業(yè)中斷，從而不會影響連鑄機的工作。         3 隧道爐后安裝的軋機設(shè)備        （1）2 號除鱗箱 　　2號高壓除鱗裝置（常規(guī)箱式）位于隧道爐的出口處，用于使板坯表面盡量保持整潔，并從板坯表面除去隧道爐內(nèi)板坯加熱過程中產(chǎn)生的氧化鐵皮。該除鱗箱配有4個除鱗集管（2 個在上，2 個在下），工作壓力為 220 巴。        （2）立輥軋機 E1 　　一臺立輥軋機安置在粗軋機架的入口處。軋機用于軋制板坯的側(cè)面，以便使其寬度保持在設(shè)定的公差值內(nèi)，同時提高棱邊質(zhì)量。軋制由一組液壓缸實施，液壓缸最高可達到 4000kN 的軋制力。2個帶槽軋輥有助于實現(xiàn)高質(zhì)量的軋邊作業(yè)，從而避免發(fā)生邊折結(jié)果。 　　兩個4輥粗軋機架 R1 和 R2 在連續(xù)粗軋機組中。兩機架均擁有 46000kN 的軋制力，通過放置在軋機窗口頂部的2個 HAGC（液壓自動厚度控制）液壓缸實現(xiàn)，軋機窗口上裝有壓力和位置傳感器，用來保證軋輥定位和動態(tài)間隙控制時的適當反應(yīng)時間。上支撐輥的平衡通過放置在軋機機架頂部的橫梁實施并由2個液壓缸進行調(diào)節(jié)，而上工作輥的平衡則通過放置于平衡塊（連接在軋機窗口上）上的液壓缸實現(xiàn)。 　　兩機架均配有1臺功率為 9000kW的交流電機，該電機通過齒輪軸連接到機架上，即通過變速箱和齒輪座單獨配置方式進行工作。 　　此外，粗軋機架還安裝有一個工作輥快速更換系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括2個行沖程液壓缸（每機架一個），用于經(jīng)工作輥插入軋機機架或從其中抽出，以及一個液壓操控的可移動平臺。        （3）中間層流冷卻 　　緊挨粗軋機組后安裝了一個用于中間坯的中間層流冷卻的部分，以便控制和實現(xiàn)中間坯最佳的溫度曲線，該部分對特殊鋼種尤其重要。其包括一套水幕層流冷卻系統(tǒng)。每根集管均配有一套比例閥和流量計，用以方便地控制和修正水量。此外，上集管可通過液壓缸進行提升，以防在緊急情況下造成損壞，并確保為下方安置的輥道提供簡便的維修條件。        （4）熱傳送輥道（HTT） 　　為了保證精軋熱傳送輥道開始前中間坯溫度完全均勻分布，軋機安裝了一個熱傳送輥道（HTT）。這一傳熱傳送輥道臺由一個帶有一套獨立加熱段的輥道組成，各加熱段均配有燒嘴。如遇緊急情況，每段均可通過液壓缸進行提升。此外，在 HTT 段放置有一套推鋼機，如果需要將鋼材快速退出，則推鋼機可用于將中間坯移到生產(chǎn)線下。         （5）轉(zhuǎn)鼓式飛剪 　　在鋼材到達精軋機之前，一個轉(zhuǎn)鼓式飛剪將對中間坯進行切頭切尾工作，剪切程度以將工件準確送入后面的軋機機架為宜。飛剪剪切削尺寸可達 45mm，剪切速度可達 1.2m/min。飛剪采用箱式理念設(shè)計，并通過液壓缸夾緊在底架上。這樣一來，整個箱體，包括帶刀的轉(zhuǎn)鼓，都可以輕易地從飛剪底架中抽出，然后用備用箱代替，從而將在線維修時間縮至最短。轉(zhuǎn)鼓均配有一套4把刀具，其中2把直刀用于切尾， 2把異形刀具用于實現(xiàn)最佳的切頭效果。鼓式飛剪使用2臺交流電機供電。         （6）3 號除鱗箱 　　第三臺除鱗機置于精軋機前端，用于保證精軋開始前，中間坯具有最好的表面狀況。該除鱗機的技術(shù)特性與 2號除鱗箱相同。整個生產(chǎn)線中設(shè)置的三個除鱗點可幫助獲得極好的帶鋼表面質(zhì)量，從而保證整個產(chǎn)品組合都能具有上乘質(zhì)量。         （7）立輥軋機 E2 　　第二臺立輥軋邊機緊貼精軋機架 F1放置，用于在開始精軋前，對中間坯的寬度進行優(yōu)化和控制。工作輥呈錐形，以便優(yōu)化厚度各異的中間坯的棱邊形狀。         （8）六機架四輥精軋機 　　熱軋機的核心是六機架精軋機，可生產(chǎn)各鋼種號的優(yōu)質(zhì)帶鋼，包括供北極高寒地區(qū)使用的高強度低合金（HSLA）鋼材，如X70。另外，該精軋機還可用于生產(chǎn)最小厚度僅為 1.0 mm的帶鋼。 　　機架尺寸有兩種。F1到F4機架采用達到 42000kN的軋制，而 F5和 F6機架則可達到最大 32000kN 的軋制力。 　　所有機架均擁有目前最先進的控制技術(shù)。 　　HAGC（液壓自動厚度控制）缸可實現(xiàn)對輥縫的動態(tài)控制。Mae – West 彎形塊可施加正反彎輥效應(yīng)，以便通過一組液壓缸在軋制時對凸度進行控制和糾正。軋輥凸度也可以通過軋輥熱凸度系統(tǒng)（RTC）進行調(diào)節(jié)，該系統(tǒng)包括一組可調(diào)集管，用以控制軋輥上的冷卻效率從而控制凸度。工作竄輥可實現(xiàn)自由的軋制規(guī)程，液壓行程總計為300mm的行程。 　　另外，根據(jù)技術(shù)規(guī)格，機架還具有其它功能，如輥縫潤滑和除塵集管，以便在所有條件下都能保證最佳的帶鋼質(zhì)量。 　　每臺機架均由一臺功率為7000kW的交流電機供電，并配以一組變速箱和齒輪。變速箱和齒輪可經(jīng)過多個齒輪軸來滿足軋機機架的動力需求。 　　精軋機還配有一工作輥快速更換系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有一組用于插入和抽出工作輥的長行程液壓缸，以及一個液壓操控的可移動平臺，可在不到30min時間內(nèi)完成換輥作業(yè)，進而能夠?qū)④垯C停止時間縮至最短。        （9）層流冷卻段（WATERWALL.） 　　精軋機和地下卷取機之間設(shè)置有一個帶鋼層流冷卻段。冷卻段由用于主要冷卻區(qū)的 20 根集管（上+下）以及用于邊部的 3 根集管組成。 　　集管設(shè)計是達涅利在冷卻裝置領(lǐng)域經(jīng)驗的結(jié)晶，可用于實現(xiàn)連續(xù)的層流水量，從而保證帶鋼中的冷卻均勻性達到最佳。所有集管均配有比例閥和流量計，以保證帶鋼都能達到所需的最佳冷卻模式。雖然如此，所有的上集管還可以在緊急情況下通過液壓缸進行提升。        （10）地下卷取機 　　用于工廠的地下卷取機為可移動式，配有3個助卷輥，均采用液壓操控方式。 　　帶有液壓旋轉(zhuǎn)判動器的插入芯軸型式代表了現(xiàn)代化地下卷取機的最新技術(shù)，可用于卷取高強度材料和 API鋼種。芯軸由功率為 700kW的交流電機驅(qū)動，助卷輥由三臺功率各為 115kW的獨立電機控制，而且芯軸專為跳步控制技術(shù)設(shè)計。項目在開發(fā)過程中也考慮了未來可能要安裝第二臺地下卷取機的需求。        （11）鋼卷裝卸設(shè)備 　　鋼卷從地下卷取機取出之后，將通過一個步進梁輸送機移至一個升降/旋轉(zhuǎn)鞍座上，由鞍座再將鋼卷運送至地面上。此時，可將鋼卷運送至鋼卷檢查站進行檢驗，或?qū)⑵渌偷降诙_步進梁輸送機中，由后者將鋼卷運至鋼卷庫。在第二臺輸送機中放置有一臺圓周打捆機、一臺徑向打捆機，最后還有一臺打標機。鋼卷隨后可通過起重機輸送到鋼卷庫進行存放。         4 軋機自動化系統(tǒng) 　　達涅利為工廠開發(fā)了一整套自動化系統(tǒng)，并達到3級控制水平。這一軋機自動化系統(tǒng)堪稱達涅利在熱軋和鋼卷領(lǐng)域的經(jīng)驗和在制造和調(diào)試鋼廠設(shè)備方面多年技術(shù)的結(jié)晶。 　　精確而靈活的數(shù)學(xué)模型有助于準確預(yù)測軋制參數(shù)，從而明確地優(yōu)化軋機所需的裝配，保證最優(yōu)的成品質(zhì)量、結(jié)果的可重復(fù)性，并盡量減少人為失誤所導(dǎo)致的錯誤。 　　另外，2級模型可自動校正，并且可與1級控制系統(tǒng)交換信息，如果發(fā)生與最初預(yù)計狀況有偏差時，在線修改軋機設(shè)定。 　　如果需要操作員支持，可使用簡單易用的界面迅速干預(yù)設(shè)定情況。除此之外，快速數(shù)據(jù)分析儀以及翔實的生產(chǎn)報告還便于對生產(chǎn)和質(zhì)量參數(shù)進行持續(xù)而全面的監(jiān)控，從而能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)線管理，并快速進行計劃。          5 連鑄機的先進技術(shù)要求和解決方案 　　在連鑄機的設(shè)計特性選擇方面（即板坯厚度選擇、動態(tài)輕壓下策略及二次冷卻設(shè)計）均給予了特別關(guān)注，以滿足產(chǎn)品大綱的要求。 　　冶金方面的主要挑戰(zhàn)如下： 　　.表面質(zhì)量要求極高，因為 API 鋼種對裂紋非常敏感。 　　.在薄板坯澆鑄工藝中，不能進行任何修磨。這就意味著，必須在澆鑄造過程中避免板坯表面裂紋或凹陷。 　　.表面不得留下振痕。 　　.內(nèi)部質(zhì)量必須達到最高水平。 　　.必須盡量減小晶粒度以便控制韌性。 　　.中心偏析必須處于最低水平。

抑制劑在取向硅鋼生產(chǎn)中具有非常關(guān)鍵的作用。為了使取向硅鋼成品組織獲得單一高斯織構(gòu)并具有優(yōu)良的磁性能，通常采用細小彌散的第二相質(zhì)點以及單元素溶質(zhì)作為抑制劑，通過釘扎作用與晶界偏聚作用，在脫碳退火和最終高溫退火升溫過程中抑制初次再結(jié)晶晶粒的正常長大。 　　中國鋼研科技集團的學(xué)者通過熱力學(xué)計算與模擬試驗研究了含釩鈦取向硅鋼中氮化物析出相的析出規(guī)律與析出行為，并探討了含釩鈦元素的氮化物析出相作為薄板坯連鑄連軋流程制備取向硅鋼中輔助抑制劑的可行性。研究表明，在所冶煉的含釩鈦取向硅鋼的成分范圍內(nèi)，TiN在鋼液凝固末期便具備析出的熱力學(xué)條件，而AlN與VN只可能在凝固后的α+γ或α+Fe3C兩相區(qū)內(nèi)析出。含釩鈦取向硅鋼中氮化物析出相以成分復(fù)雜的復(fù)合析出相為主，且隨著釩鈦加入量的增加，鋼中抑制劑析出相總的分布密度由于含釩鈦元素的氮化物析出相的增加而明顯提高，使抑制劑抑制初次再結(jié)晶晶粒正常長大的能力得以加強，最終成品的磁感應(yīng)強度值B8由1.898T。同時，加入不高于0.007%的Ti與不高于0.005%的V不會影響中間脫碳退火工序的脫碳效果以及高溫退火凈化階段硫"氮的脫除效果，其形成的含釩鈦元素的納米級氮化物析出相適合作為薄板坯連鑄連軋流程制備取向硅鋼的輔助抑制劑。

       自2005年以來，HRB400鋼筋市場需求量不斷增加，使HRB400鋼筋的生產(chǎn)規(guī)模迅速擴大，產(chǎn)量大幅度增加，由于在生產(chǎn)HRB400鋼筋中采用V微合金化技術(shù)，造成釩鐵價格大幅度上升。因釩鐵價格的提高，企業(yè)生產(chǎn)HRB400鋼筋的成本增加，利潤下降。為降低冶煉的合金成本，濟南鋼鐵集團總公司（簡稱濟鋼）采用了鈮代釩技術(shù)生產(chǎn)。自應(yīng)用鈮微合金化生產(chǎn)HRB400以來，在連鑄生產(chǎn)中連續(xù)發(fā)生鑄坯表面橫裂紋和矯直前后漏鋼事故，直接影響正常生產(chǎn)。為穩(wěn)定HRB400鋼筋的生產(chǎn)，根據(jù)V、Nb、Ti元素的冶金特性，濟鋼提出鈮鈦復(fù)合技術(shù)在鋼筋中應(yīng)用，經(jīng)過試驗，研制成功鈮鈦復(fù)合HRB400鋼筋，并在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。 為保證試驗的順利實施，結(jié)合濟鋼現(xiàn)行生產(chǎn)工藝制度，設(shè)計并修改了鋼的化學(xué)成分，制定了嚴格的工藝控制要求。 1工藝流程 高爐優(yōu)質(zhì)鐵水（廢鋼）→LD轉(zhuǎn)爐→爐外處理（底吹氬、喂線）方坯連鑄機→質(zhì)量檢驗判定（熔煉成分、表面）→熱送熱裝→軋鋼加熱→連續(xù)軋制→自然冷卻→定尺剪切→質(zhì)量檢驗→打捆包裝→檢驗判定→產(chǎn)品出廠。 2成分設(shè)計 試驗軋制鋼種20MnSiNbTi，鋼筋牌號HRB400。微合金化采用鈮鈦復(fù)合技術(shù)，熔煉成分Nb含量0.015%～0.040%、Ti含量0.005%～0.025%。熔煉成分及力學(xué)性能按GB1499-1998執(zhí)行。 3鈮鈦合金技術(shù)要求 驗鋼按HRB400組織冶煉，采用鈮鐵和鈦鐵復(fù)合微合金化技術(shù)，鈮鐵合金（FeNb）要求Nb64%～67%，鈦鐵合金（FeTi）要求Ti28%～31%。 4工藝要求 （1）終點溫度1640～1670℃，終點碳含量大于0.12%。（2）按鋼筋的生產(chǎn)規(guī)格，噸鋼加入鈮鐵0.20～0.50kg、鈦鐵0.20～0.70kg，硅錳鐵、高碳錳鐵、硅鐵按常規(guī)生產(chǎn)20MnSi配加。（3）出鋼后鋼水進行爐外底吹氬處理，吹氬時間大于5min，吹氬后溫度1570～1600℃。（4）連鑄中間包溫度1515～1540℃，連鑄拉速2.6～3.2m/min。二冷配水采用弱配水制度，矯直溫度900～950℃。（5）鑄坯加熱時間45～75min，加熱溫度1180～1250℃，開軋溫度1050～1150℃，終軋溫度小于850℃。（6）直徑φ12～φ20mm鋼筋采用雙切分軋制，直徑φ22～φ32mm鋼筋按常規(guī)軋制，成品軋制速度10～17.5m/min。 為檢驗鋼筋力學(xué)性能是否達到HRB400標準要求，按設(shè)計方案進行冶煉軋制試驗和批量生產(chǎn)。前期進行了研制試驗，經(jīng)對鋼筋的成分、性能檢驗分析，各項指標達到標準要求。按試驗結(jié)果對熔煉成分優(yōu)化后，進行批量試驗生產(chǎn)。 根據(jù)鋼筋的試驗結(jié)果，對化學(xué)成分和力學(xué)性能做統(tǒng)計回歸分析，結(jié)合合金元素對力學(xué)性能的貢獻，制定了化學(xué)成分的控制目標，保證力學(xué)性能在中限范圍。 生產(chǎn)工序分析 1煉鋼工序 轉(zhuǎn)爐終點溫度1600～1690℃，平均1667℃；出鋼溫度1648～1690℃，平均1673℃；出鋼時間大于110s；終點C含量在0.06%～0.15%，平均C含量0.09%。C含量集中在0.08%～0.12%，該范圍數(shù)據(jù)占總量的93.66%，C含量大于等于0.10%的有67爐，占總量的47.18%，C含量大于等于0.12%的只有7爐，占4.93%。分析認為，大批量生產(chǎn)鈮鈦復(fù)合HRB400，終點C含量控制偏低，與設(shè)計目標值C含量大于等于0.12%差距較大，應(yīng)引起高度重視。提高終點C含量可有效減少鋼中含氧量，降低鋼水氧化性，是提高合金元素回收率的措施。 冶煉過程對Ti、Nb加入制度嚴格控制，使Ti、Nb回收率明顯提高。FeNb60按實際噸鋼加入量0.4kg計算，Nb元素回收率96.81%；FeTi30合金按實際噸鋼加入量0.55kg計算，Ti元素回收率85.37%。 鋼水吹氬時間不小于5min，吹氬后溫度1578℃，溫度比吹氬前降低29℃，溫降為6℃/min。吹氬后溫度符合設(shè)計參數(shù)，適合連鑄工藝對鋼水溫度的要求。 連鑄拉鋼過程，中間包溫度1515～1540℃，平均為1527℃。四流拉速2.8～3.2m/min，平均拉速3.15m/min。試驗時發(fā)生4次拉矯直機漏鋼事故，分析漏鋼的原因主要是矯直溫度低，由于矯直外力作用，在鋼坯振痕處矯裂，造成裂紋漏鋼。為解決漏鋼問題，對拉鋼工藝制度進行調(diào)整，把矯直溫度由880℃調(diào)整為930℃以上，實踐證明，連續(xù)拉鋼850爐未發(fā)生漏鋼事故。 2軋鋼工序 連鑄坯采用熱送熱裝，熱裝溫度650℃以上，正常加熱時間50min。加熱溫度1150～1250℃，平均1186℃。開軋溫度1050～1180℃，平均1135℃。 按生產(chǎn)規(guī)格，分別采用雙切分和不切分軋制，φ12～φ20mm鋼筋切分軋制，φ22～φ32mm鋼筋常規(guī)不切分軋制。成品軋制速度按規(guī)格嚴格控制，不同的軋制規(guī)格采用不同的軋制速度，φ12～φ14mm軋制速度為17.5m/s，φ16～φ20mm軋制速度為14～15m/s，φ22、φ25mm軋制速度為145m/s，φ28、φ32mm軋制速度為10～12m/s。 成品鋼筋上冷床溫度小于850℃，在自然冷卻10～15min后進行定尺剪切，剪切溫度小于320℃。 鈮鈦復(fù)合成本分析 試驗生產(chǎn)過程，鋼的熔煉成分按優(yōu)化目標控制，固定高碳錳鐵、硅鐵、硅錳鐵合金加入量。按鋼筋的生產(chǎn)規(guī)格調(diào)整鈦鐵、鈮鈦的加入量，小規(guī)格鋼筋鈮鈦加入量按成分下限配加，大規(guī)格鋼筋按上限配加。濟鋼自推廣應(yīng)用鈮鈦復(fù)合技術(shù)生產(chǎn)HRB400鋼筋以來，2005年3～8月份累計冶煉軋制生產(chǎn)φ12～φ32mm鋼筋4255批，生產(chǎn)合格鋼筋214907.267t，熔煉成分、力學(xué)性能、表面質(zhì)量等綜合合格率為100%，理論成材率101.05%，定尺率99.37%。 按HRB400鈮鈦合金的平均加入量計算，合金生產(chǎn)成本比HRB335增加47元/t，比傳統(tǒng)釩鐵微合金化工藝降低合金成本128.50元/t，比鈮微合金化工藝降低合金成本13元/t。實踐證明，用鈮鈦復(fù)合微合金化技術(shù)生產(chǎn)HRB400鋼筋，實現(xiàn)了生產(chǎn)成本最小化。

通常把鐵素體基體中含有0.08wt%以上的氮或在奧氏體基體中含0.4wt%以上的氮的鋼稱為高氮鋼。由于氮能擴大鐵基合金奧氏體相區(qū)，降低合金奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變的溫度，提高奧氏體的穩(wěn)定性，所以氮在奧氏體鋼中可和錳一起取代鎳，降低成本，而且能改善不銹鋼、耐熱鋼、高速鋼和工具鋼等一系列鋼種的強度、耐蝕性及熱加工性等性能，具有廣闊的應(yīng)用前景。 熱等靜壓熔煉和加壓感應(yīng)爐熔煉是兩種在實驗室里研制高氮鋼的方法，目前商業(yè)上生產(chǎn)高氮鋼的有效方法是增壓電渣重熔等。但這些方法都還存在一些問題。在高氮鋼的制備上采用粉末冶金技術(shù)，有可能克服這些問題，由此引起了廣泛重視。比如，用加壓渣重熔和反壓鑄造法制備的鋼錠存在熱加工性欠佳等缺點，而粉末冶金技術(shù)可以有效細化晶粒，并使顯微組織均勻，特別是采用粉末鍛軋技術(shù)能夠制得相對密度大于99.6%的成品。 制備高氮鋼的粉末冶金技術(shù)主要有；(1)鋼水滲氮后霧化，如高壓氣體霧化和離心霧化；(2)鋼水霧化過程中滲氮，如:等離子旋轉(zhuǎn)電極熔化-離心霧化法；(3)固態(tài)滲氮，在流態(tài)化床反應(yīng)器或旋轉(zhuǎn)爐中進行滲氮及機械合金化。 高壓氣體霧化。這種方法適合于生產(chǎn)商業(yè)用高氮鋼粉末。首先在氮氣氛中進行高壓熔煉，使熔體的氮含量提高，然后再采用高壓氮氣作霧化氣體將熔體霧化制成粉末。快速凝固可以保證熔融金屬中的氮在急冷過程中不至于析出，同時能使鋼粉末中氮含量很高。目前用高壓氣體霧化工藝生產(chǎn)的高氮鋼的氮的質(zhì)量分數(shù)可大于1%。 離心霧化。在氮氣氛下熔煉的鐵合金也可以通過離心霧化制成粉末。讓熔融金屬以一股細流沖到正在旋轉(zhuǎn)的盤上，因離心力作用使細流打碎成液滴。使用液氮作為淬火液能顯著提高粉末產(chǎn)品的質(zhì)量，防止氮化物析出，但對產(chǎn)品的含氮量沒有影響。 等離子旋轉(zhuǎn)電極熔化-離心霧化法。這種方法將等離子法和粉末冶金的優(yōu)點結(jié)合起來，作為電極的快速旋轉(zhuǎn)鋼棒(原料)的端面在氬/氮氣等離子弧內(nèi)熔化，鋼棒的前端形成熔融薄膜，在離心力作用下被粉碎成細小的球狀金屬液滴。 固態(tài)粉末氮化。氮在鉻含量較高的奧氏體相中的溶解度比液相高得多，因而固態(tài)粉末氮化可避免一般鑄造生產(chǎn)高氮鋼中出現(xiàn)的諸如含氮量不均勻、氣孔形成等缺陷。由于多數(shù)金屬粉末的直徑小，一般在10~250微米，氮以間隙擴散方式向粉末中心擴散有足夠高的的速率。固態(tài)粉末氮化可避免高壓液相滲氮所帶來的一些弊端，同時可在較低的壓力和較低的溫度下完成氮化。固態(tài)粉末的氮化，一方面要用氨氣、尿素等能形成氮勢較高的氣氛；另一方面氮化過程可改在流態(tài)化床中進行。  

濟鋼第二煉鋼廠現(xiàn)有17t氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐2座，年生產(chǎn)能力75萬t。以前，濟鋼鮑德爐料公司每年5萬t渣精粉全部配入燒結(jié)綜合料以提高燒結(jié)礦品位，經(jīng)燒結(jié)、高爐煉成鐵水，能源浪費很大。渣精粉的粒度較小，品位很高，有50%左右以金屬鐵的形式存在。而在轉(zhuǎn)爐內(nèi)直接加入渣精粉代替廢鋼，利用鐵水的物理熱和化學(xué)熱，使渣精粉金屬鐵粒熔化、氧化亞鐵還原后變?yōu)殇撍?，省去了燒結(jié)和高爐冶煉兩道工序，節(jié)省制造費用，將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。按每年利用2萬t渣精粉初步計算，可降低成本317萬元左右。 1 試驗方案及試驗（計算機記錄）數(shù)據(jù) 為了驗證渣精粉在轉(zhuǎn)爐煉鋼中的回收率，濟鋼進行了冶煉Q235A鋼不加渣精粉煉鋼試驗。并取2004年4月9日冶煉Q235B鋼（相近鋼種）加渣精粉煉鋼記錄數(shù)據(jù)進行分析。 2 試驗數(shù)據(jù)分析 從煉鋼工藝看，影響鋼（水）坯收得率的主要因素有：鋼鐵料、礦石和渣精粉，其它因素僅影響出鋼溫度等。第二煉鋼廠現(xiàn)階段鋼鐵料的收得率為92%；礦石的含（Fe）量為60%；渣精粉的含（Fe）量為49.14%。 1號爐平均每爐加礦石297.78kg，折（Fe）量為178.7kg，加渣精粉后平均每爐加礦石145.6kg，折（Fe）量為87.3kg，每爐凈增（Fe）量為176kg。2號爐平均每爐加礦石277.05kg，折（Fe）量為166.2kg，加渣精粉后平均每爐加礦石210.5kg，折（Fe）量為126.3kg，每爐凈增（Fe）量為231kg。 同鋼種相比可以算出，加渣精粉后1號爐平均每爐多出鋼水211kg，鋼坯257kg；2號爐平均每爐多出鋼水313.kg，鋼坯533kg。生產(chǎn)情況對比分析，1號爐渣精粉收得率114%，2號爐渣精粉收得率133.4%，每爐多出鋼水(坯)量，大于增鐵量，不符合理論。分析認為： （1）加渣精粉后，加礦石量減少，噴濺減輕，可能與鋼水收得率增加有關(guān)； （2）實際渣精粉含鐵量高于化驗量，且增量不多符合實際。 生產(chǎn)對比分析，渣精粉對鋼產(chǎn)量的影響：1號爐平均每爐加礦石297.78kg，折（Fe）量為178.7kg，加渣精粉后平均每爐加礦石145.2kg，折（Fe）量為87.12kg，每爐凈增（Fe）量為：114.12kg。2號爐平均每爐加礦石277.05kg，折（Fe）量為166.2kg；加渣精粉后平均每爐加礦石95.67kg，折（Fe）量為57.4kg，每爐凈增（Fe）量為137.9kg。同鋼種相比可以算出加渣精粉后1號爐平均每爐多出鋼水221kg，鋼坯460kg；2號爐平均每爐多出鋼水286kg，鋼坯803kg。從以上統(tǒng)計情況看，1號爐渣精粉收得率143.5%，2號爐渣精粉收得率160.3%，每爐多出鋼水(坯)量，大于增鐵量，不符合理論。分析認為： （1）加渣精粉后，加礦石量減少，噴濺減輕，可能與鋼水收得率增加有關(guān)； （2）實際渣精粉含鐵量高于化驗量，且增量不多符合實際。 3 使用渣精粉煉鋼的注意事項 轉(zhuǎn)爐直接裝入含水量4%～6%的渣精粉時，必須先加渣精粉和廢鋼，后兌鐵水。以利水蒸汽的蒸發(fā)。防止兌鐵水時從爐口噴濺。如果能將渣精粉烘干后再用，將能徹底解決此問題。轉(zhuǎn)爐煉鋼使用渣精粉時,化渣稍快,易形成泡沫渣。 4 結(jié)論 （1）在第二煉鋼廠采用渣精粉直接入轉(zhuǎn)爐煉鋼，每爐采用渣精粉500kg，折（Fe）量為245.7kg。 （2）同鋼種相比加渣精粉后，平均每爐多出鋼水211～313kg。 （3）平均每爐渣精粉的收得率在114%～160.3%之間。 （4）降低供氧時間3.5s，降低耗氧量4.6m3，提高了轉(zhuǎn)爐作業(yè)率。 （5）渣精粉的降溫幅度大約是鐵礦石的1/3，與廢鋼大致相同。

超低氧特殊鋼廣泛用于制造業(yè)，如作為汽車發(fā)動機閥門彈簧與減震彈簧、汽車軸與連桿、列車車輪與車軸等。這些部件在服役時經(jīng)受交變應(yīng)力作用，要求具有良好的抗疲勞性能。除了要求抗疲勞性能外，汽車軸與連桿等非調(diào)質(zhì)類超低氧鋼還要求一定的切削性能，通常加入較高的硫含量。 非金屬夾雜物與鋼基體在變形性能、熱膨脹、硬度等性質(zhì)方面有很大不同，在鋼基體與夾雜物界面處易形成疲勞起裂。研究表明，尺寸細小、球形、低熔點（可一定程度變形）的夾雜物可有效延長鋼的疲勞壽命。在實驗室對超低氧超低硫系列特殊鋼、超低氧較高硫含量系列特殊鋼中夾雜物控制規(guī)律與控制策略進行了系統(tǒng)探索。 特殊鋼夾雜物的控制策略 為了提高抗疲勞性能，目前特殊鋼中夾雜物主要有兩種控制策略。 第一種策略即夾雜物塑性化：將夾雜物控制在CaO-Al2O3-SiO2系中假硅灰石、鈣斜長石和鱗石英所圍成的低熔點塑性區(qū)，以及SiO2-MnO-Al2O3系中錳鋁榴石低熔點塑性區(qū)。該工藝要求采用Si-Mn脫氧與低堿度低Al2O3含量爐渣進行長時間精煉，并將鋼中[Al]控制在極低水平（<5ppm），技術(shù)難度大且生產(chǎn)成本高，目前僅用于汽車發(fā)動機閥門彈簧鋼與輪胎子午線等少數(shù)高品質(zhì)特殊鋼。 第二種策略是超低氧冶煉：采用Al強脫氧與較高堿度爐渣（CaO/SiO2:3~5，Al2O3:20%~30%）精煉來大幅度減少夾雜物數(shù)量。但是，該工藝條件下絕大多數(shù)夾雜物熔點很高，尤其是很難避免大尺寸的高熔點夾雜物。ASTME45-2005標準將此類球狀不變形歸類為D類夾雜物；當其尺寸大于13μm時，國標GB/T10561-2005中稱之為DS類夾雜物。日本生產(chǎn)軸承鋼最著名的山陽特殊鋼早在2007年時就報道，軸承鋼T[O]降至5ppm時，仍然很難避免生成大尺寸高熔點鈣鎂鋁硅酸鹽夾雜物。因此，如何在實現(xiàn)超低氧含量的同時得到低熔點夾雜物，是超低氧特殊鋼夾雜物控制技術(shù)中的難題。 另外，高熔點夾雜物除了對特殊鋼疲勞性能危害很大，還容易誘發(fā)連鑄水口結(jié)瘤。眾所周知，鈣處理可以有效減輕或避免水口結(jié)瘤的產(chǎn)生。但是，對于要求一定硫含量以保證切削性能的特殊鋼如汽車軸用非調(diào)質(zhì)鋼，采用鈣處理易生成高熔點CaS夾雜物，同樣會造成水口結(jié)瘤。因而在實際生產(chǎn)中通常采用控Al脫氧、提高中間包鋼液的溫度等方法來減輕此類特殊鋼連鑄時的水口結(jié)瘤；在精煉后期采用較低堿度的爐渣進行精煉，以減少高熔點鈣鋁酸鹽夾雜物（D類夾雜物），也便于進行增硫操作。 探索夾雜物特征的研究方法 超低氧低硫鋼中低熔點鈣鎂鋁酸鹽類夾雜物控制。通過真空感應(yīng)爐冶煉得到成分合格的母鐵，隨后通過Si-Mo電阻爐進行鋼液—爐渣反應(yīng)實驗：將100g鋼樣、50g渣樣放入MgO坩堝，將MgO坩堝置于剛玉反應(yīng)管的恒溫區(qū)內(nèi)并加熱至1873K。實驗時，剛玉反應(yīng)管全程通入氬氣（1.5NL/min）進行保護。在鋼液—爐渣反應(yīng)一定時間后，將坩堝取出后水淬冷卻，得到鋼樣與爐渣樣。實驗中，鋼液—爐渣反應(yīng)時間為90min。同時，為了研究反應(yīng)時間對夾雜物生成的影響，部分爐次反應(yīng)時間分別為30min、60min、90min、180min。實驗所用爐渣料是化學(xué)分析純CaO、SiO2、Al2O3經(jīng)過預(yù)脫水處理后進行配制而得到的。夾雜物采用掃描電鏡-能譜儀（SEM-EDS，日本JEOL公司產(chǎn)）進行分析，得到其尺寸、數(shù)量、成分等特征。 超低氧較高硫含量鋼中MnS+氧化物型復(fù)合夾雜物控制。采用10kg真空感應(yīng)爐（ZG-0.01型）進行實驗：第一步，將工業(yè)純鐵（Fe：99.8%）裝入鎂砂坩堝中，在空氣氣氛下熔清；第二步，開啟真空泵對真空室抽真空、充入高純Ar，如此反復(fù)3次達到所需的真空度（<50Pa）；第三步，向鋼液加入鋁粒進行脫氧后，加入石墨（99%）、電解錳（99.3%）、多晶硅（99.5%）進行合金化，加入FeS（75%）增硫，冶煉一段時間后，出鋼前在真空條件下采用自制取樣器進行取樣（水淬水冷）；第四步，將鋼液注入真空室內(nèi)鋼錠模中冷卻。實驗中所用爐渣堿度為3~5，并變化鋼中[Al]、[S]含量以考察其對鋼中夾雜物生成的影響，共進行了6爐次實驗。 隨后，研究人員將所得鋼樣與爐渣試樣進行化學(xué)成分分析，對鋼樣進行金相制樣后采用SEM-EDS（日本JEOL公司產(chǎn)）與ASPEX eXplorer自動掃描電鏡（原美國ASPEX公司產(chǎn)，現(xiàn)為FEI公司）對夾雜物進行隨機分析，得到夾雜物的成分、尺寸、數(shù)量等特征。 超低氧低硫特殊鋼中夾雜物特征 實驗結(jié)果顯示，鋼液—爐渣反應(yīng)90min后，鋼中全部為球形的CaO-MgO-Al2O3系復(fù)合夾雜物，其尺寸主要在5μm以下。 夾雜物元素分布面掃描結(jié)果表明復(fù)合夾雜物可分為兩類。第一類夾雜物元素面分布特征為：Al均勻地分布、Mg集中于中心、Ca分布于表層且Mg、Ca空間位置呈互補關(guān)系，即MgO-Al2O3作為夾雜物核心而外圍包裹CaO-Al2O3。第二類夾雜物元素面分布特征為：夾雜物中心Mg含量很高，夾雜物外圍Ca、Al含量很高，Mg含量高的區(qū)域與Ca、Al含量高的區(qū)域呈互補關(guān)系，Ca、Al含量高的區(qū)域互相重疊，即高MgO為夾雜物核心而外圍包裹CaO-Al2O3。夾雜物成分分布特征顯示，夾雜物主要集中于低熔點區(qū)域及其周邊鄰近區(qū)域，少量分布著高MgO含量的夾雜物。 鋼中CaO-MgO-Al2O3系復(fù)合夾雜物之所以具有如上所述特征，是因為鋼液—爐渣反應(yīng)在不同時間條件下，鋼中夾雜物經(jīng)歷了復(fù)雜的轉(zhuǎn)變過程。鋼液—爐渣反應(yīng)30min后，鋼中夾雜物主要是Al2O3-MgO與MgO，其形貌為棱角分明的多邊形。隨著鋼液—爐渣反應(yīng)時間的增加，夾雜物外形逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榍蛐危煞謩t逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)镃aO-MgO-Al2O3系。隨著反應(yīng)時間的增加，夾雜物平均成分逐漸往低熔點區(qū)域移動。隨著反應(yīng)時間從30min增加到180min，夾雜物中的CaO含量由15%增加到30%，MgO含量由30%減少至20%。 其關(guān)鍵在于：隨著鋼液與爐渣反應(yīng)時間的增加，爐渣中CaO被還原導(dǎo)致Ca進入鋼液，鋼液與夾雜物發(fā)生進一步的反應(yīng)，使鋼中高熔點夾雜物轉(zhuǎn)變?yōu)檩^低熔點的鈣鎂鋁酸鹽類夾雜物。由于此類夾雜物以較低熔點CaO-Al2O3包裹較硬的MgO-Al2O3類核心或高MgO含量的核心，其具有一定變形能力，能夠有效延長鋼的疲勞壽命。 超低氧較高硫含量特殊鋼中夾雜物特征 研究人員采用ASPEX eXplorer自動掃描電鏡對夾雜物進行了大面積分析，每個試樣分析約50mm2的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)1μm以上的夾雜物都能夠被檢測到。結(jié)果表明，鋼中大部分夾雜物尺寸在10μm以下，少數(shù)夾雜物尺寸大于15μm但全部小于30μm。對中[Al]、中[S]含量和高[Al]、高[S]含量條件下鋼中夾雜物的類型特征的統(tǒng)計分析顯示，鋼中絕大多數(shù)夾雜物為MnS，其數(shù)量比例為88.8%~95.4%，其余主要為MnS+Al2O3、MnS+MgO-Al2O3。 夾雜物元素分布面掃描結(jié)果表明，在中[Al]、中[S]含量和高[Al]、高[S]含量條件下，鋼中MnS+Al2O3類復(fù)合夾雜物以尺寸極為細小的Al2O3為核心、外表包裹MnS而形成。眾所周知，MnS夾雜物具有良好的塑性變形能力，在熱軋溫度下能夠與鋼基體一起發(fā)生變形而不容易引起應(yīng)力集中。因此，MnS包裹Al2O3與MgO-Al2O3所形成的復(fù)合夾雜物屬于“軟”包“硬”型夾雜物，具有很好的變形性能，有利于提高鋼的抗疲勞性能。 由于MnS是在凝固過程中溫度較低時生成的，此類包裹型復(fù)合夾雜物應(yīng)該是MnS以Al2O3與MgO-Al2O3夾雜物為異質(zhì)形核核心而生成的。根據(jù)異質(zhì)形核理論，Al2O3與MgO-Al2O3夾雜物的尺寸是影響MnS能否以其作為形核核心的關(guān)鍵性因素。另外，MnS包裹層的厚度對此類復(fù)合夾雜物的變形性能也將產(chǎn)生重要影響。因此根據(jù)MnS包裹氧化物核心的狀態(tài)，將其區(qū)分為完全包裹、部分包裹和未包裹狀態(tài)。 總之，對于低硫系列的超低氧鋼，在Al脫氧與高堿度高Al2O3爐渣精煉的條件下，通過促進鋼液與爐渣之間的反應(yīng)而間接促進夾雜物的低熔點化轉(zhuǎn)變，從而在實現(xiàn)超低氧含量的同時，在鋼中生成尺寸細小、球形、較低熔點的鈣鎂鋁酸鹽類夾雜物。對于較高硫含量的超低氧特殊鋼，則探索在Al脫氧與較高爐渣精煉的條件下，在實現(xiàn)超低氧含量的同時，通過抑制鋼液與爐渣之間的反應(yīng)，有效抑制鈣鋁酸鹽類夾雜物的生成，從而減少D類夾雜物的來源。鋼中絕大多數(shù)夾雜物為凝固過程生成的MnS，并利用變形性能良好的MnS包裹脫氧與精煉過程中生成的高熔點Al2O3與Al2O3-MgO，從而形成“軟”包“硬”型復(fù)合夾雜物，有效改善鋼的抗疲勞性能與切削性能。