可控气氛下气-固反应脱碳炼钢基础研究

Facing with the long route ,serious oxidizaion and large consumption of oxidant problem of converter steelmaking workshop,here proposes a novel short process for medium & high carbon steel strip production-twin-roll iron strip casting+ high-temperature gas-solid reaction of decarburization (solid state steelmaking),which, refered from decarburization mechanism of oriented silicon steel annealing treatment.The project is oriented to achieve fast decarburization and less metal oxidization of strip, following high temperature gas-solid reaction decarburization mechanism. Based on the experimental research on the main influence factors of solid state decarburization for iron strips with 8 factor levels of carbon content across the whole. explores the mechanisms of carbon transfer, distribution and removal under different conditions, carries out the selective oxidation kinetics studies of carbon, iron, silicon and manganese, and establishes decarburization models of different steel grade. It's result would improve the matrix carbon diffusion rate, prevent the oxidation of metal, and lay sound foundation for the novel decarburization named "solid steel" process.Trial result shows that the carbon content of 1mm strip removed from 1.7 to 0.5% at 1050 ℃ after 20 minutes decarburization .

针对转炉炼钢车间流程长、钢水过氧化及脱氧消耗大等问题，项目借鉴取向硅钢退火处理的脱碳机制，提出了铁水双辊连铸薄带+高温气固反应脱碳（固态炼钢），生产中高碳普碳钢带的全新工艺流程。该方案可大幅缩短钢铁流程。项目拟以铸造铁板带为研究对象，利用高温气固反应脱碳机制，实现快速脱碳而金属不氧化的目标。针对铁（钢）薄带固相脱碳的主要影响因素，以全碳域内8因素水平不同碳含量薄带的气固反应固态脱碳实验研究为基础，改变气氛和处理条件，探索在不同条件下，碳的迁移、分布规律和脱除机理，开展相关反应机理和反应热力学与动力学研究等基础研究，获得碳、铁、硅、锰选择性氧化的影响因素与条件，建立针对不同钢种的固态脱碳模型。为提高基体碳扩散速率、防止金属氧化提供科学指导，为气固反应脱碳这一"固态炼钢"新方法向现实工艺的转化奠定应用基础。探索实验表明1mm薄带于1050℃脱碳20分钟，薄带中碳含量由1.7脱除到0.5%。

针对Fe-C合金0.5～３ｍｍ薄带在Ar-H2-H2O弱氧化性气氛下，开展了气-固反应脱碳的热力学与动力学研究，提出了在PH2O/(PH2O+PH2)小于0.65条件下固态脱碳炼钢的方法。.重点确定了各种条件下脱碳处理前后薄带的组织结构特征与元素分布规律，研究了Fe-C合金薄带脱碳气氛、脱碳温度、薄带厚度、处理时间及原始碳含量对对脱碳过程与效果的定量影响。并以此为基础，对不同成分合金的脱碳热力学与动力学规律进行系统研究，确定了宏观脱碳过程为一级化学反应，计算了各种条件下的限制性环节及其的活化能。建立了特别针对薄带的脱碳适用动力学表征过程模型。提出了加速脱碳的“分段升温脱碳法”。研究了硅锰对铁碳合金脱碳的影响以及碳、铁、硅、锰竞争氧化的热力学条件与规律，确定了具体实验条件下的PH2O/(PH2O+PH2)范围和气氛条件。确定了固相碳扩散和气相传输（含化学反应）限制性环节的转变点。研究表明，该方法技术上可行，为进一步开展工艺基础研究与工艺研究奠定基础。圆满完成了研究内容与任务。