{选篇}ASEASKF钢包精炼炉脱氧工艺探讨ln.docx

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1、ASEA-SKF探讨钢包精炼炉脱氧工艺ASEA-SKF 钢包精炼炉脱氧工艺探讨范鼎东 刘国平摘 要：承受不同的脱氧材料,选择 3 种工艺方案,对 ASEA-SKF 精炼炉脱氧工艺进展了争论探讨,并争论了在不同的脱氧工艺条件下钢中N、H、S含量的变化状况,找出了较为抱负的脱氧工艺方案。 关键词：ASEA-SKF 精炼炉 脱氧工艺 冶金效果Discussion on Deoxidization Process in ASEA-SKF ladle Refining FurnaceFan DingdongLiu GuoPing (Ma Anshan Iron & Steel Co.Ltd.)Abstr

2、act：Discussion on deoxidization process in ASEA-SKF refining furnace has been carried out with three different processes and deoxidizers.The changes in N,HandShave been studied under different deoxidization conditions,and reasonable deoxidization process is then put forward.Keywords：ASEA-SKF refinin

3、g furnacedeoxidization processmetallurgical effectiveness1 前 言随着炉外精炼技术的进展和型脱氧材料的不断涌现,钢液脱氧的手段越来越灵敏多样。脱氧工艺的合理选择、脱氧材料的准确参与不仅 可以将钢中氧降至抱负的范围,而且还可以降低钢中其它杂质元素的含量,同时还可以节约合金用量,取得良好的综合效益。本争论以常用的 3 种钢液脱氧方法为根底,与不同的脱氧材料进展合理的组合,结合马钢一钢厂生产实际,设计了 3 种方案对精炼炉脱氧工艺进展了争论探讨,并争论了在不同的脱氧工艺条件下钢中N、H、S含量的变化状况,以期找出较为抱负的脱氧工艺方案,获得良

4、好的 冶金效果。2 试验条件及工艺方案2.1 试验条件马钢一钢厂现有 1 座 90t ASEA-SKF 钢包精炼炉,精炼炉有 LF 和 VD 两个工位,具有加热处理、合金微调和真空脱气功能。初炼炉承受双包出钢,钢液分别装入 2 个 105t 一般钢包,然后通过滑动水口倒包方式倒入 2 个 90t 专用精炼钢包,依次进展加热处理、合金微调和真空脱气。精炼工艺流程为:初炼钢水倒包加热处理、合金微调真空脱气浇注。倒包过程加渣料造渣,碱度把握在 2.5 左右;加热过程进展复原渣操作,要求渣中 w(FeO)1%,真空脱气 66.7Pa 保持时间大于 20min,并保持吹氩搅拌。2.2 脱氧试验工艺方案由

5、于工艺路线涉及初炼钢水在出钢过程的脱氧合金化、倒包、加热 精炼及真空脱气等环节,针对各工艺环节的不同脱氧操作,设计了 3 个脱氧工艺方案。工艺方案见表 1,所用脱氧材料成份见表 2。表 1 脱氧试验工艺方案方案出钢/kg。t-1倒包/kg。t-1真空后净化搅拌/min1加铝 0.6加铝 0.9喂 Ca-Si 线 1.5kg/t吹氩,152脱氧剂 1.6脱氧剂 2.2喂 Al 线 Als=0.020%吹氩,103脱氧剂 1.6脱氧剂 2.2Al 0.25kg/t,Si-Al-Ba 1.5kg/t电磁搅拌,5注:表中脱氧剂指钙系脱氧剂表 2 脱氧材料成份(w)材料名称Ca-SiC Ca28.4Si

6、55.616AlBa钙系脱氧剂 20 37.2Si-Al-Ba36.24 19.79 12.76%3 几种脱氧材料的冶金特性3.1 铝铝主要用于钢液脱氧,其脱氧产物为固态的Al O ,反响式为:2 32Al+3O=Al O2 3G=1225000-393.8T(1)由热力学计算可以看到铝的脱氧根本上在 1873K 高温下完成,即加铝后的片刻之内,绝大局部氧就由溶解态转变为氧化物而析出。文献资 料1说明,含碳 0.50%的钢,铝脱氧的二、三次脱氧产物占总量的22.5%50.4%,这也说明铝脱氧速度很快,脱氧产物主要为一次生成。由 式(1),假设设Al(w)为 0.025%,钢液在 1520160

7、0变化时,钢中溶解氧可以从 310-6 降至 0.510-6。因此,在精炼条件下,脱氧过程是一个夹杂物去除过程,一般可将这样一个脱氧过程看成一个准一级反响, 即:O =O exp(-S/V。kt)(2)t0式中 O 精炼后 t 时间的含氧量/10-6tV钢液体积/m3O 精炼初始时刻的含氧量/10-6 ok钢液脱氧的传质系数/m。s-1S钢渣界面积/m2 t脱氧时间/s由(2)可见,精炼时间越长,钢中氧含量越低,即通过有效的搅拌和足够的精炼时间,可以使 Al O 上浮去除,从而降低钢中的氧含量。2 33.2 硅铝钡Si-Al 复合脱氧的产物可能是 SiOAl O ,3Al O 。2SiO及 F

8、eO。2,2 32 32Al O ,2FeO。SiO 等,但在一般的炼钢过程中,钢液中Si、Al、O2 32都处于常标准围内,Si-Al 复合脱氧的产物主要为 3Al O 。2SiO 或 Al O 。2 322 3在钢液中O含量较高时,脱氧产物主要是 3Al O 。2SiO ,而随着氧含量的降低,脱氧产物以 Al O为主。2 322 3Si-Al 复合脱氧反响式为:6Al+2Si+13O=3Al O 。2SiO (s)2 32G=-4679530.9+1506.14T(3)1600K 时,K=O13Si2Al6=1.2910-52在Si-Al 复合脱氧的根底上引入钡,形成硅铝钡复合脱氧剂,这种

9、脱氧材料近几年在冶金中的应用越来越广。钡的高沸点是优于钙、镁的重 要特性。钡对夹杂物的变性作用主要表现为降低夹杂物的熔点,改善夹杂物的外形和尺寸以及使杂物分布均匀化。因此,含钡合金应用于炼钢过程,除能削减铝的消耗外,还能转变钢中夹杂物的形态及结晶组织的弥散度和均匀性,削减钢中夹杂物的含量,净化钢液,从而提高钢材质 量,优化使用性能。3.3 钙金属钙是很好的钢液净化剂,大多用于钢液的深脱氧和深脱硫。硅铝脱氧的钢,钢中O已很低,一般在 510-6 左右,此时,钙直接脱氧反应不是主要的,但钙可以与大量存在于钢中的 Al O 发生反响,其反响式2 3为:xCa+yAl O =2 3x(CaO)。(y-

10、1/3x)Al O +2/3xAl(4)2 3钙在这些 Al O 夹杂颗粒中集中,使钙连续地进入铝的位置,置换出2 3来的铝进入钢液。随着钙的集中,在 Al O 夹杂外表 CaO 含量上升,当 CaO2 325%时,钙铝酸盐呈液态,这种含 CaO 量高的液态钙铝酸盐夹杂物大部分浮出钢液,进入渣层,从而降低钢中的全氧。 钙也是一种很好的深脱硫剂,其反响式为:Ca(g)+S=CaS(s)G=-136380+40.94T(5)近年来,很多厂家承受了一种型的钙系脱氧剂,其主要成分为碳化钙和硅钙。型钙系脱氧剂的应用,不仅解决了脱氧问题,而且大大减少了钢中的 Al O 夹杂含量。2 34 试验结果及分析4

11、.1 脱氧效果及分析承受 3 种脱氧工艺方案进展精炼的炉次,在不同阶段的钢中全氧含量见表 3。表 3 不同精炼阶段的钢中全氧含量脱氧方案123LF 完毕VD 完毕精炼完毕29.232.4(30.8) 18.328.7(23.1) 15.922.1(18.6)32.149.5(40.8) 22.426.8(24.6)33.539.9(36.2) 18.226.4(22.1)19.526.2(24)21.510-6注:括弧中所列为平均值。由表 3 可见,3 个方案在 VD 完毕后,钢中全氧含量根本一样;而精炼完毕后钢中全氧含量相关较大,方案 1 脱氧效果最好,钢中O最低。方案 1 的特点是在精炼前

12、期使用强的脱氧剂铝,精炼完毕前喂入 Ca-Si线,使 Al O 夹杂变性或生成钙铝酸盐的物质,这些物质在 5min 的吹氩净2 3化搅拌状况下上浮并被炉渣所捕获,从而使得钢中全氧含量降低。方案2、方案 3 的特点是前期使用钙系脱氧剂及通过加热过程集中脱氧和真空过程碳脱氧来降低钢中的氧位,最终用喂铝线及加铝的方法来保证Als 的稳定性。在方案 2 中,钙是在前期参与的,当铝线被喂入钢液时, 钢液中残留的钙已很少,无法进展变性处理,其净化搅拌的作用和功能将显著减弱,钢中全氧含量在喂线前后变化无几;方案 3 在真空完毕后向钢液中参与硅铝钒进展综合脱氧和变性处理,以便到达降低钢中全氧的目的,但所得结果

13、并不抱负,这可能是由于净化搅拌时间不够,变形过程还没有完全完毕,夹杂物没有充分上浮所致。因此,依据试验结果可以得知,承受精炼前期一次性加铝,真空完毕后再利用 Ca-Si 作深脱氧及变性处理的工艺路线,其脱氧效果较佳,这个结论与脱氧原理也相吻合。4.2 脱氧对脱氮、脱氢的影响3 种脱氧工艺方案进展试验的炉次,钢中氢含量、氮含量见表 4。表 4 不同阶段钢中氢含量、氮含量脱氧方案N,LF 完毕N,VD 完毕N,精炼完毕 H,真空后159.262.8(61.0)48.354.9(51.6)54.260.9(54.5)47.755.3(53)5155.2(52)241.148.5(44.8)45.64

14、8.3(46.8)40.246.3(43.3)346.52.12.7(2.4)1.63.3(2.5)2.03.4(2.6)10-6注:括弧中所列为平均值由表 4 结果可以看出,方案 1 钢中氮含量较高,方案 2、方案 3 钢中氮低些。说明钢中氮含量与脱氧工艺有关。方案 2、3 在出钢、倒包时承受钙质脱氧材料,钢中氧位相对较高,钢中高氧位,使得钢液在出钢及精炼时的吸氮过程受阻。由于,在确定的条件下,氮在钢渣界面的吸附是 氮在钢液中溶解的限制性环节,而钢液中溶解的氧原子是很强的外表活性物质,也能在相界上吸附并与氮原子争夺吸附点,所以,当钢液中氧位较高时将会降低钢液外表吸附氮的速度,从而使得氮的溶解

15、速度减缓, 钢液从大气中吸氮量削减,以致使钢液中氮含量下降。因此,推迟强脱氧 剂铝的参与可以削减出钢及精炼过程吸氮2。方案 1、2、3 真空后钢中氢根本一样,说明脱氧工艺对脱氢的影响不大,钢中氢含量主要与真空处理工艺有关。4.3 脱氧对脱硫的影响3 种脱氧工艺方案进展试验的炉次,钢中硫含量见表 5。表 5出钢S试验炉次不同阶段钢中硫含量(w)LF 完毕SVD 完毕S%成品S0.0230.0080.0060.0020.032(0.029)0.013(0.011)0.008(0.007)0.006(0.004)0.0230.0130.0100.0070.032(0.029)0.016(0.014)

16、0.015(0.012)0.012(0.011)0.0230.0120.0080.0050.032(0.029)0.017(0.013)0.014(0.011)0.013(0.009)脱氧方案123注:括弧中所列为平均值。由表 5 可见,方案 2、3 成品硫根本相当,而方案 1 成品硫明显低于方案 2、3,这与表 3 所列的钢中氧位相对应。这一点通过熔渣-金属间的脱硫反响式可以很明显地看出:S+(O-)=(S2-)+O(6)当钢中的O降低时,有利于反响向脱硫方向进展。在本试验中, 方案 1 承受了两次加铝脱氧,使得钢中O在进精炼站时就已经降到较低的水平,这样使得精炼全过程都在低氧位下进展,因此

17、,精炼过程脱硫效果很好。同时,还有不行无视的钙的深脱硫作用。图 13是钙和铝的参与对O含量的影响。当Al=0.020%时,所对应的O=0.007%, 当 Ca 参与后,O马上降为0.0006%,这样大大有利于脱硫反响。而且 Ca 参与后,与 S 反响生成 CaS,CaS 在搅拌过程上浮到熔渣中去除,使得脱硫更加彻底。因此,方案 1 是冶炼低硫钢较为抱负的工艺路线。图 1 钙和铝的参与对O含量的影响5 结 论(1) 脱氧材料与脱氧工艺路线对其冶金效果的影响是明显的,可以 通过不同的组合获得较为抱负的工艺方法,以满足产品的功能要求。(2) 承受精炼早期一次性加铝,真空完毕后喂 Ca-Si 类线剂的方法获得较低的钢中全氧含量,并可以冶炼低硫钢。(3) 在钢包精炼过程中承受前期弱脱氧的工艺有利于避开钢液吸 氮,因此,对氮含量要求高的钢种可以承受前期使用钙系脱氧剂,最终加 铝合金化的工艺方法。致谢:参与本争论工作的还有:唐希伦、张建平、龚志翔等。作者单位：范鼎东(马鞍山钢铁股份) 刘国平(马鞍山钢铁股份)参考文献：1蒋国昌编著.纯洁钢及二次精炼,上海:上海科学技术出版 社,1994:1872邱绍歧,祝桂华.电炉炼钢原理及工艺,北京:冶金工业出版 社,1996:703曲英.炼钢学原理,北京:冶金工业出版社,1980:213