二次精炼技术的发展动向

sunny2008

二次精炼工艺的作用在于能够稳定生产一定质量的钢水，并将钢水稳定供给浇铸工艺。因此，目前的二次精炼技术的发展始终把担负成分调整的精炼工艺作为最终工序，同时为确立具有低成本竞争力的钢水生产工艺，把提高工艺能力和提高生产效率作为二次精炼的目标。尤其是，近年来为能生产满足对高功能钢材日益增长的需求，要求二次精炼技术具有能够提高钢材新功能的作用。尤其是，二次精炼工艺所要求的各种功能与钢材的需求有密切的关系。由于满足社会需求而精炼的钢种呈多样化，因此在开发新工艺和新技术的同时，必须不断扩大作为技术开发基础的学术研究。而且，从近年来对进一步降低生产工艺的环境负荷，构筑环境友好型生产工艺的观点来看，也要求提高生产工艺的灵活性，以满足生产工艺的高效化和适应各种各样副原料使用的要求。

作为二次精炼工艺的高功能化发展，近年来真空处理技术取得了特别明显的进步。积极利用真空这种特殊气氛可以促进脱硫、脱碳、脱氮反应，提高夹杂物的分离功能，使添加的合金元素有效发挥其功能。尤其是，使用钢包的RH工艺的有效利用取得了发展。通过在真空室内附加RH工艺的精炼功能，可以简化整个二次精炼工序，使各工艺的多功能化和集约化成为了可能。
从确立高功能钢材生产工艺的观点来看，高纯度、高洁净钢生产技术的开发引人关注。从高纯度钢生产的观点来看，作为进一步降低脱磷、脱硫反应等杂质的技术，采用了在减压气氛下喷吹熔剂粉体的脱硫工艺和向钢包喷吹熔剂的技术，并不断对这些技术进行改进。如前所述，Sasabe的研究指出，在精炼技术不断发展的情况下，杂质元素的极限含量已取得阶段性减少，但除了脱氧外，自2000年以来，杂质元素的极限含量仍处于一定极限范围。可以认为去除杂质的精炼技术正处于停滞状态中。关于这种停滞状态，还无法确定目前的精炼极限含量是否是因为已达到满足钢材特性的标准所致，还是说是否是因为这与要求进一步降低精炼极限含量无关，而是因为从技术层面还无法取得突破的缘故。不管怎样，今后仍将追求高功能性钢材的高功能化，二次精炼工艺是钢水的最后精炼工序，因此希望进一步推进二次精炼技术的开发。在高功能性钢材生产中脱氧工艺是很重要的。自2000年以来，已采用了各种技术进行脱氧，如改进RH工艺中的装置、延长环流处理时间、提高环流控制技术和双重处理技术等，这些措施有助于降低脱氧精炼的极限含量。
尤其是，近年来随着能源领域及其输送机械领域等对高合金钢需求的明显扩大，生产高品质高合金钢的技术不可或缺，而且开发了精确控制脱氧工艺中的钢水成分、夹杂物组成及其粒度的技术。Hino等人对具有代表性的高合金钢----Cr-Ni系不锈钢冶炼时脱碳反应的动力学进行了研究，明确了溶解在高合金钢中的氧和合金元素的活度，并采用Redlich-Kister型多项式高精度地表示含量范围，不仅从学术研究上对不锈钢脱氧工艺进行了精准解析，而且使人正确理解了高合金钢中的脱氧生成物。
从生产高洁净度钢的观点来看，为最大限度地去除夹杂物，开发了二次精炼工艺中的流动控制技术、二次精炼熔剂的优化技术和夹杂物组成及其粒度的控制技术，确立了稳定生产多品种钢材的技术。从提高脱氧工艺技术和控制夹杂物技术方面来看，尤其是关于抗硫化氢钢管生产时所必须的夹杂物形态控制技术，还开发了采用前述的添加Ca控制Al2O3系夹杂物形态和控制MnS生成的技术。近年来，还开发了采用稀土类元素进行强脱氧的技术，通过控制夹杂物组成及其形态，可提高钢材特性，因此稀土类元素添加工艺正在不断发展之中。
为积极利用凝固后存在于钢材中的夹杂物，如利用连铸工艺中的夹杂物可以使凝固组织细化和等轴晶化，利用钢材加工时的夹杂物可以防止焊接热影响区组织的肥大，因此开发了夹杂物的组成、组织和粒度控制技术。近年来，日本钢铁协会成立了“非金属夹杂物固相内组织控制研究会”和“非金属夹杂物与硫化物、氮化物固相内反应研究会”，对二次精炼过程中生成的夹杂物和连铸过程中形成结晶、析出的夹杂物在热处理温度区域的固相中的变化行为和对钢材特性的影响进行了集中研究。而且，开发在高洁净钢生产技术和积极利用残留夹杂物技术时，必须有对夹杂物进行适当评价的方法，因此必须研究夹杂物的评价技术。近年来，为满足对微细夹杂物的组成和粒度等的各种分析和统计解析，以及对超微细夹杂物的精确分析、对夹杂物的三维评价和对大夹杂物的检测等各种要求，开发了夹杂物评价技术。最近，“钢中非金属夹杂物粒度的全方位评价研究会”对微小夹杂物的快速分析和三维分析等技术进行了开发。
另外，为应对需要二次精炼工艺处理钢种的扩大，也加快了耐火材料的开发。近年来随着高合金钢生产频率的增加，出现了很多因耐火材料与钢水反应而导致耐火材料熔损或钢水成分发生变化的问题。在熔剂精炼时，一般是使用碱性熔剂，因此一般是使用碱性耐火材料替代以往的酸性耐火材料，钢包渣线部MgO-C系耐火材料的利用成为了标准。另外，为节省耐火材料的施工工数，降低施工成本，近年来越来越多地使用了氧化铝-尖晶石质和氧化铝-镁质浇铸耐火材料。另外，RH等真空处理炉也开始使用MgO-C系耐火材料。而且，由于耐火材料的熔损以及耐火材料与钢水的反应会污染钢水，耐火材料也成为了夹杂物的发生源，因此为保持钢水的洁净度，必须开发能满足不同钢种冶炼和钢水洁净度要求的耐火材料。