（钢铁冶金专业论文）提高lf炉精炼工艺生产效率的试验研究.pdf

i!l!l!flllxlllllljlulllllllllljjlllll f 丫18 4 3 6 5 2 e x p e r i m e n t a ls t u d yo ni n c r e a s i n g p r o d u c t i v i t yo fl fr e f i n i n gp r o c e s s b yq iw e i s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rs h e nf e n g m a n n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y j a n u a r y2 0 0 8 r i l p ， j 1 j 一 ， 东北大学硕士学位论文 摘要 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中 取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表 或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示谢意。 j - , r 学位论文作者签名：听弋焦 日期： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学 位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为同意。) 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字日 ，锄dv， 、i，r c 东北大学硕士学位论文 摘要 提高l f 炉精炼工艺生产效率的试验研究 摘要 为了改善精炼设备使用状况，在现有设备基础上提高生产效率，本文针对鞍 钢二炼钢北区2 0 0 tl f 炉精炼周期过长的问题，开发了a 1 c a o c a c 2 渣系的钢包 渣预脱硫改质剂和c a c 0 3 m g c 0 3 - c a c 2 - n a c l c a c l 2 渣系的精炼用发泡剂，从而 达到缩短精炼时间的目的。同时本文还研究了不同的l f 钢包衬耐火材料对深脱 硫的影响。 本试验设计a 1 c a c 2 c a o 渣系钢包渣预脱硫改质剂对比试验，在实验室 m o s i 2 高温炉内进行转炉出钢钢水预脱硫的热模拟试验，进而考察预脱硫改质剂 对钢水脱硫率的影响，根据试验结果，优化出在本试验条件下预脱硫改质剂的最 佳组成。 以无氟预熔深脱硫精炼渣作为基础渣，设计c a c 0 3 一m g c 0 3 一c a c 2 - n a c i c a c l 2 渣系l f 精炼用发泡剂的对比试验。试验考察不同配比的发泡剂的相对发 泡高度，以此优化出本试验条件下发泡剂的最佳组成。 通过设计对比试验，研究在采用预熔和未预熔深脱硫精炼渣的条件下，含碳 铝镁尖晶石砖和镁碳砖特制坩埚与电熔氧化镁坩埚对钢液脱硫率的影响，在此基 础上确定有利于深脱硫的l f 钢包衬材质。 试验结果表明： ( 1 ) 钢液的脱硫率随着预脱硫改质剂中a i 、c a c 2 和c a o 含量的增加呈先增 大后减小的趋势，说明a i 、c a c 2 、c a o 均存在最佳含量。 ( 2 ) 在本试验条件下预脱硫改质剂的最佳成分为：w a l - - 3 3 3 7 、 w ，= 4 8 5 2 、w c 盈o = 1 3 - 1 7 。优化出的预脱硫改质剂与现场用铝造渣球相比， 不仅对转炉下渣的改质效果非常明显，而且对钢液还具有预脱硫能力，对钢液其 他成分的影响很小。 ( 3 ) 在本试验条件下精炼用发泡剂的最佳成分为：w c 。c o , = 5 5 - 6 0 、w m 邸，= 1 5 2 0 、w c ，= 6 - 8 、w c a o ，= 8 - 9 、w n e c i = 9 - 1 0 。优化出的发泡剂取得了 较好的起泡效果，优于现场发泡剂。试验同时表明i 发泡剂中含有适量的氯化物 ，；br i ， 东北大学硕士学位论文摘要 ( c a c l 2 、n a c i ) ，具有提高起泡效果的作用。 ( 4 ) 在现场实验中，通过使用优化后的预脱硫改质剂与发泡剂，使得l f 炉 的精炼时间大大缩短，精炼周期从原来的约6 0 m i n 缩短至约4 0 m t n ( 原始 w s = 6 0 - 8 0 x 1 0 西，处理后w s ：1 5 2 5 x 1 0 - 6 ) ，有效地提高了精炼生产效率 ( 5 ) 对于考察的三种耐火材料，含碳铝镁尖晶石砖和镁碳砖特制的坩埚脱硫 率都较高，使用氧化镁坩埚的脱硫效果较差，由于含碳铝镁尖晶石砖和镁碳砖能 导致钢液增碳，因此不利于低碳钢生产 关键词：炉外精炼l f 炉预脱硫改质剂发泡剂l f 耐火材料 0 童 、 1 1 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t e x p e r i m e n t a ls t u d yo ni n c r e a s i n g p r o d u c t i v i t yo f l f r e f i n i n gp r o c e s s a b s t r a c t t oi m p r o v eu s er a t i oo fr e f i n i n ge q u i p m e n ta n dp r o d u c t i v i t y , a i c a o - c a t 2s l a g s y s t e mp r e - d e s u l f u r i z i n g a n d c o n d i t i o n i n g a g e n t a n d c a c 0 3 - m g c 0 3 c a c 2 - n a c i - c a c l 2s l a gs y s t e mf o a m i n ga g e n ta r ed e v i s e di nt h i s p a p e r , w h i c hi so r i g i n a t e df r o mp r o b l e m sa b o u tr e f m i n gp e r i o d i ct i m eo f2 0 0 tl fi n t h en o r t h e r nw o r ka r e ao fn o 2s t e e lp l a n t , a n s h a nn e wi r o na n ds t e e ll t d t h ep a p e r a l s os t u d i e so nt h ee f f e c to fr e f r a c t o r i e so nd e s u l f u r i z i n gr a t i o s t h i si si m p o r t a n tt o t h es e l e c t i o no fl fr e f r a c t o r yi nt h ef i e l d t h ec o m p a r i s o ne x p e r i m e n t sa b o u ta i - c a o - c a c 2s l a gs y s t e mp r e d e s u l f u r i z i n g a n dc o n d i t i o n i n ga g e n t sa l ed e s i g n e da n dt h e r m a ls i m u l a t i o ne x p e r i m e n t sa r ec a r r i e d o u ti nm o s i 2f u r n a c e t h r o u g ht h e s ee x p e r i m e n t s ，d e s u l f u r i z i n gr a t i o so fm o l t e ns t e e l a r ea b t a i n e da n do p t i m a lc o m p o s i t i o no fp r e d e s u l f u r i z i n ga n dc o n d i t i o n i n ga g e n ti s a c q u i r e di nt h i se x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n t h e c o m p a r i s o ne x p e r i m e n t s a b o u t c a c 0 3 - m g c 0 3 - c a c 2 - n a c l - c a c is l a g s y s t e mf o a m i n ga g e n t sa r cd e s i g n e dw h i c ha r eb a s e do np r e m o l t e nr e f i n i n gs l a g w i t h o u tf l u o r i n e a c c o r i n gt of o a m i n gr e l a t i v eh e i g h t s ，o p t i m a lc o m p o s i t i o no f f o a m i n ga g e n ti so b t a i n e di nt h i se x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n m a g n e s i u m - a l u m i n u ms p i n e lr e f r a c t o r yc o n t a i n t i n gc a r b o n ，m a g n e s i u m c a r b o n r e f r a c t o r ya n dm a g n e s i u mo x i d er e f r a c t o r ya r ea p p l i e di nt h ec o m p a r i s o ne x p e r i m e n t s i nw h i c ht h ep r e m o l t e nr e f i n i n gs l a ga n dn o n p r e - m o l t e nr e f i n i n gs l a ga r eu s e di nt h e e x p e r i m e n t s ，a n da c c o r d i n gt o t h ed e s u l f u r i n gr a t i o s ，t h ep r o p e rr e f r a c t o r i e si nl f r e f i n i n gp r o c e s sa r ed e c i d e d t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w ： ( 1 ) d e s u l f u r i z i n gr a t i o si nm o l t e ns t e e li n c r e a s ea t f i r s ta n dt h e nd e c r e a s e a c c o r d i n gt oi n c r e m e n to fa i ，c a c 2a n dc a oc o n t e n t si np r e - d e s u l f u r i z i n ga n d c o n d i t i o n i n ga g e n t s t h e s es h o wt h a tt h ec o n t e n t so fa 1 ，c a c 2a n dc a oa l lh a v e o p t i m a lv a l u e s ( 2 ) t h eo p t i m i z e dp r e d e s u l f u r i z i n ga n dc o n d i t i o n i n ga g e n ti so b t a i n e di nt h i s v r v i 1j。、 _ k ，j r i l 、 东北大学硕士学位论文 目 独创性声明i 摘要 目录_ 第一章绪论。1 1 1 炉外精炼技术的发展状况。l 1 1 1 国外炉外精炼技术的发展l 1 1 2 国内炉外精炼技术的发展。2 1 2 炉外精炼方法。3 1 2 1 钢包吹氩技术3 1 2 2 钢包喷射冶金4 1 2 3 喂线技术6 1 2 4 循环真空脱气法。7 1 2 5 真空钢包处理。8 1 2 6 电弧加热的真空精炼炉8 1 2 7 真空电弧脱气精炼炉9 1 3 炉外精炼的发展趋势9 1 4l f 炉精炼工艺。：l o 1 4 1l f 炉的精炼特点l l 1 4 2l f 炉精炼适用的钢种1 2 1 5 鞍钢l f 炉精炼工艺状况1 2 1 5 1 转炉下渣的影响1 2 1 5 2l f 精炼前后渣成分变化1 3 1 5 3l f 精炼前后钢液成分变化1 4 1 5 4 缩短l f 炉处理时间的途径1 5 1 6 研究目的及意义1 6 第二章新型钢包渣预脱硫改质剂开发研究1 7 2 1 转炉渣改质的分析17 2 2 试验方案18 2 2 1 试验内容18 2 2 2 试验装置18 2 2 3 试验原料19 2 2 4 试验设计与步骤。2 0 2 3 试验结果及讨论2 l 2 3 1 预脱硫改质剂中的a i 含量对脱硫率的影响2 2 2 3 2 预脱硫改质剂中的c a c 。含量对脱硫率的影响2 3 2 3 3 预脱硫改质剂中的c a o 含量对脱硫率的影响：2 4 2 3 4 优化对比试验2 6 2 3 5 优化的预脱硫改质剂对钢液其他成分的影响2 7 v n - 东北大学硕士学位论文目录 2 3 6 优化的预脱硫改质剂对转炉炉渣改质试验2 8 2 3 7 优化的预脱硫改质剂对转炉出钢钢水的预脱硫试验2 9 2 4 本章小结。3 0 第三章l f 精炼用发泡剂的开发研究3 1 3 1l f 炉发泡剂的分析3 1 3 1 1 发泡剂特点及原料31 3 1 2 影响熔渣发泡性能的因素3 2 3 2 试验方案3 4 3 2 1 试验内容3 4 3 2 2 试验装置3 4 3 2 3 试验原料。3 4 3 2 4 试验步骤3 5 3 3 试验结果及讨论3 6 3 3 1c a c o s 与m s c o a 的摩尔比对相对发泡高度的影响3 6 3 3 2 碳酸盐与c a c z 的摩尔比对相对发泡高度的影响3 8 3 3 3c a c i 。含量对相对发泡高度的影响3 9 3 3 4n a cl 含量对相对发泡高度的影响4 0 3 3 5 发泡剂成分优化4 l 3 4 现场生产试验4 2 3 5 本章小结4 3 第四章钢包衬材质对深脱硫精炼的影响4 5 4 1 试验方案4 5 4 1 1 试验原料4 5 4 1 2 试验设备及条件4 5 4 2 试验结果和分析4 6 4 3 本章小结4 9 第五章结论5l 参考文献5 3 致谢5 7 q j 一 ， -_0，、 东北大学硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论 1 1 炉外精炼技术的发展状况 随着科学技术的进步，国民经济各部门对钢的质量要求日益提高，优质钢和 纯净钢的需求量不断增长，以及市场对炼钢流程高效率、低成本的要求，仅由高 炉一转炉、电炉生产钢水的工艺已基本成为历史【l j 。 现代炼钢流程如下：( 1 ) 高炉一铁水预处理一转炉钢水二次精炼一连铸， ( 2 ) 电炉钢水二次精炼连铸。钢水的炉外精炼将传统的炼钢方法分为两步， 即初炼和精炼。初炼时，炉料在氧化性气氛下进行炉料熔化，脱碳。精炼则是将 初炼钢水在真空、惰性气体或还原气氛的容器内进行调温、脱气、脱氧、脱硫、 深脱碳、去除夹杂物及成份微调等1 2 3 1 。 钢水炉外精炼已经有很长的历史。在1 9 5 0 年以前，就有钢包底部吹氩搅拌 钢水以均匀钢水成分、温度和去除夹杂物的g a z a l 法( a n 拿大) 。到了2 0 世纪5 0 年代，由于真空技术的发展和大型蒸汽喷射泵的研制成功，为钢液的大规模真空 处理提供了条件，开发出了各种钢液处理方法，如提升脱气法( d h 法) 和钢液真 空循环脱气法( r h 法) 。2 0 世纪6 0 7 0 年代，是钢液炉外精炼多种方法发明的繁 荣时期，这是与该时期提出洁净钢生产，连铸要求稳定的钢水成分和温度以及扩 大钢的品种密切相关的。在这个时期，炉外精炼技术形成了真空和非真空两大系 列。真空技术具有代表性的有：真空吹氧脱碳法( v o d ) 、真空电弧加热去气法 t w a d ) ，以及r h 吹气法( r h o b ) 等。非真空技术具有代表性的有：氩氧脱碳精 炼法( a o d ) 、钢包炉( l f ) 以及后来配套真空脱气d ) 发展起来的l f - v d 法等。 2 0 世纪8 0 年代以来，炉外精炼已成为现代钢铁生产流程水平和钢铁产品高质量 的标志，并朝着功能更全、效率更高、冶金效果更佳的方向发展和完善。这一时 期发展起来的技术主要有r h 项吹氧法( r h k t b ) 、r h 多功能氧枪( r h m f b ) 、 r h 钢包喷粉法( r h i j ) 等1 4 1 。 1 1 1 国外炉外精炼技术的发展 国外开展钢水炉外精炼的时间较早，开发力度和投资强度远大于国内 欧盟1 5 国2 0 0 0 年l f 炉精炼钢水能力占转炉生产能力的3 8 ，r h ，v d 等 东北大学硕士学位论文第一章绪论 真空处理钢水量占转炉生产能力的8 5 。其发展特点是：精炼模式多样；大力开 展真空脱碳，真空脱除钢中气体；精炼体系的智能自动控制，力求最低经济成本 的生产等。 日本大同特殊钢公司，于1 9 7 1 年开发并应用l f 炉，至1 9 9 7 年，日本国内 设置5 2 座l f 炉。l f 炉和r h 配合，组成复合精炼工艺，被誉为二次炼钢技术 中划时代的精炼工艺。1 9 7 3 年日本国内精炼比仅为4 4 ，1 9 8 9 年精炼比一跃提 ， 高到7 3 4 ，真空精炼比达5 4 6 ，目前真空精炼比为8 0 9 0 。日本钢铁产品 在世界市场有很强的竞争力，钢水炉外精炼技术起了重要作用。 美国是钢铁短流程占优势的国家，电炉和转炉钢几乎各占钢产量的一半。无 论短流程( e a 卜c c ) 或长流程( b f - b o 卜c c ) ，在炼钢和连铸之间均装置钢水精 炼设备。珲钢的生产比例可达5 0 6 0 ，【s 】0 0 0 3 的超低硫钢生产比例达 2 0 3 0 1 5 j 。 1 1 2 国内炉外精炼技术的发展 我国钢水炉外精炼技术始于2 0 世纪5 0 年代中后期，主要包括：利用高碱度 合成渣在出钢过程中对钢水脱硫，用于冶炼轴承钢；用真空脱气d ) 和提升脱气 ( d h ) 装置精炼电工硅钢等。6 0 年代中期至7 0 年代，我国特钢企业和机械、军工 行业对钢水精炼技术的应用和开发有了一定的发展。8 0 年代国产l f 炉、合金包 芯喂线、喷射冶金等精炼技术得到初步发展，但钢水炉外处理量仅占产钢总量的 2 以下。2 0 世纪9 0 年代以来，随着连铸的增长和市场对钢铁产品质量要求日益 严格，钢水炉外精炼技术得到了迅速发展。近十年，国家组织了l f 钢包技术， r h 真空精炼，c a s o b 加热精炼等技术的消化吸收。1 9 9 8 2 0 0 0 年，明确提出 炼钢一精炼一连铸三位一体组合优化的发展方向。要把发展钢水炉外处理技术作 为一项重大的战略措施，放到优先位置上，促进工艺、产品和装备的优化，从而 使我国钢水精炼装置和技术迅猛发展 6 1 。 至2 0 0 6 年，我国粗钢产量达到4 1 8 8 亿吨，产量已连续11 年位居世界第一。 但我国钢液在纯净度和成品的内在性能方面尚有不足，尤其是在特殊钢的生产方 面差距表现更为突出，部分钢还须进口。这主要是由于我国精炼技术与国外相比 差距较大。由此可见，我国炉外精炼技术还有待进一步提高。 东北大学硕士学位论文第一章绪论 1 2 炉外精炼方法 1 2 1 钢包吹氩技术 起初的常压钢包吹氩，即在普通钢包底部开一孔，并安装一个耐火材料的多 孔透气塞，氩气通过透气塞吹入钢包中可促进钢中夹杂物迅速上浮，使钢液成分 和温度均匀化。然而这种简单的钢包吹氩存在一些不足：吹氩时上面的炉渣被吹 开，钢包暴露于空气，造成钢水的二次氧化；渣中不稳定氧化物及变价氧化物继 续与钢水作用；钢水冲刷耐火材料，不断带入外来夹杂物。为了克服简单钢包吹 氩的上述缺陷，采用钢包带浸渍罩及封顶盖或在封闭炉体内吹氩精炼装置t r l 。 ( 1 ) 保护罩加合成渣吹氩法 1 9 6 5 年，日本新日铁公司开发出带钢包盖加合成渣吹氩精炼的c a b 法 ( c a p p e da r g o nb u b b l i n g ) 。 改进后的钢包吹氩法有以下优点：吹氩时钢液不与空气接触，避免二次氧化； 浮出夹杂物被合成渣吸附和溶解，不会返回钢中；钢液在包盖下，大大减少降温。 当前各钢厂特别是有连铸机的钢厂均采用钢包吹氩处理钢液。吹氩压力为 0 2 0 6 m p a ，吹氩时间2 6 m i n ，对2 0 t 钢包吹氩量为0 1 0 3 m 3 m i n 。宝钢3 0 0 t 钢包吹氩强度曾达到1 5 m 3 m i n ；德国胡金根厂2 2 5 t 钢包脱硫处理，加顶渣后吹 氩强度达到2 7 m 3 m i n 。 当合成渣中w ( f e o ) 1 2 ，采用优质耐火时，钢包吹氩可使钢中氧含量达 0 0 0 2 0 0 0 4 ，最大夹杂物小于2 0 1 m a 。由于不在炉内及出钢时加铝终脱氧，而 在吹氩处理时由罩内加入，避免加入时吸氮，经处理钢中【n 】可降低2 0 3 0 。 钢包吹氩时，为防止二次氧化污染钢液，以在钢液面不形成强烈沸腾为准。钢包 吹氩降温在2 0 3 0 之间，因无补偿热源，炼钢炉出钢温度必须提高3 0 ，增加 炼钢炉热负荷。 c a b 法最大的优点是设备简单，操作方便。主要用于普通钢生产，连铸前 使钢液成分及温度均匀，消除大颗粒夹杂，精炼钢水纯净度不高。 ( 2 ) 封闭式吹氩成分微调法 成分调整封闭吹氩的c a s 法( c o m p o s i t i o na d j u s t m e n tb ys e a l e da r g o n b u b b l i n g ) 是用来在钢包内对钢液中合金元素含量进行调整的方法。该法首先利用 钢包底吹氩排开钢包顶渣，然后将由耐火材料保护的浸渍罩插入钢包内吹氩口的 渣成分和处理时间都受到限制。如果用提高出钢温度的办法保证渣熔化及足够的 精炼时间，势必加重初炼炉的负担，降低炉衬寿命。1 9 7 1 年，日本特殊钢公司 开发了采用碱性合成渣，埋弧加热，吹氩搅拌，在还原气氛下精炼的钢包炉( l a d l e f u r n a c e ，简称l f ) ，l f 具体精炼工艺见1 4 。 1 2 2 钢包喷射冶金 钢包喷射冶金，就是用惰性气体( 主要为氩气、氮气) 作载体，向钢水喷吹合 金粉末或精炼粉剂，以达到调整钢的成分、脱硫、去除夹杂和改变夹杂物形态等 目的【3 】。它是一种快速精炼手段，目前在生产中应用的方法主要是c a b f r n 法 ( t h y s s e n - n i e d e r r h e i n ) 和s l 法( s c a n d i n a v i a nl a n c e r s ) 。 c a b t n 法是德国t h y s s e n - n i e d e r r h e i n 公司于1 9 7 4 年开发出的方法。美国 鲁肯斯钢铁公司和美国钢铁公司引进这一方法，用以配合大型超高功率电弧炉， 东北大学硕士学位论丈第一幸绪论 喷吹c a - s i 或m g 粉，先对钢水进行充分脱氧，然后脱硫。根据美国钢铁公司的 经验，每吨钢液喷吹0 2 7 2 k g 的m g 或2 2 7 k g 的c a - s i ，w 【s 】从0 0 2 降至0 0 0 6 ， 甚至降到0 0 0 2 。脱硫剂可用金属c a 、金属m g 、c a - s i 、电石等，其中以金属 c a 效果最好。经c a 处理后，钢中夹杂物数量明显减少，某些夹杂物类型得到改 变，钢的组织获得改善，性能大幅度提高。 s l 法是斯堪的纳维亚喷枪公司( s c a n d i n a v i a nl a n c e r sa b ) 研制成功的，1 9 7 6 年得到了迅速的发展和应用，我国也引进了多套s l 喷粉装置。s l 除具有c a b t n 所拥有的优越性外，还可以喷吹合金粉末，使合金元素的收得率接近1 0 0 。 s l 法与c a b t n 法比较，设备更简单，操作更可靠。s l 法钢包内衬用烧结 耐火砖，而c a b t n 法必须用白云石包衬，不仅耐火材料成本增加，而且维修 较困难，必须热喷补。 喷射冶金将粉料喷射到钢液深部，气动连续输送，显著改善了钢液内冶金反 应的热力学和动力学条件，喷射冶金具有如下特点【9 】： ( 1 ) 扩大反应表面积 将块料加工成l r n m 以下的粉剂，反应表面积增大几百倍。喷入粉料与钢液 的热交换和传质过程，可以在粉料或反应产物上浮至熔池界面以前充分进行，甚 至在熔池深部完成。这就大大增加了喷吹粉剂与熔池组元反应速度，并改善了反 应条件。 ( 2 ) 连续供料与控制供料 连续供料可以均匀冶金反应，提高精炼效果。利用c a - s i 处理a 5 2 号钢，加 入量为3 k 卧钢，一次加入和分四批加入相比，脱硫效果相差一倍以上。若采用 连续喷入效果差别更大。按程序调节供料、供气参数，采用专用装置实现按数量、 品种、喷入次序等控制粉料的喷吹，以实现对钢液内反应进行合理控制，这对钢 中夹杂物数量、尺寸、形态有决定性的影响。 ( 3 ) 解决了活性元素加入问题 对于密度明显大于或小于钢液密度的合金材料和在冶炼温度下蒸汽压很高 的元素，以及放散有害蒸汽的元素，用常规加料方法有困难。如钙( 沸点1 4 8 9 ， 1 6 0 0 下蒸汽压0 0 2 0 m p a ) 、镁( 沸点1 1 0 5 ，1 6 0 0 蒸汽压2 5 3 3 m p a ) 等蒸汽压 很高的元素，可依靠喷射冶金方法加入。 ( 4 ) 反应在熔池被强烈搅动下进行。精炼过程钢液被强烈搅拌，粉剂迅速与 东北大学硕士学位论文第一章绪论 钢液混合均匀，有良好动力学条件。 从2 0 世纪7 0 年代末开始，喷射冶金的发展令人瞩目，但其技术的开发及理 论研究，仍处于不断发展、成熟的阶段。喷射冶金不具备真空去气、脱碳功能， 也无法形成还原气氛，这是喷射冶金的局限性。目前一些钢厂已将喷射冶金方法 与l f 、v o d 、r h 等精炼工艺进行有机结合，形成精炼双联法、组合精炼法或 多功能精炼法等。 1 2 3 喂线技术 合金芯线处理，简称喂丝或喂线，是将c a - s i 、稀土合金、铝、硼铁和钛铁 等多种合金或添加剂制成包芯线，通过机械的方法加入钢液深处，对钢液脱氧、 脱硫，进行非金属夹杂物变形处理和合金化等精炼处理，以改善冶金过程，提高 钢的纯净度，优化产品的使用性能，降低处理成本等【1 0 1 。 含钙包芯线是常用的一种包芯线。金属钙是一种强脱氧剂和脱硫剂，加钙处 理可以改善钢的质量。然而，由于钙是非常活泼的金属，易氧化，因此直接加钙 会引起沸腾喷溅，烧损大，在钢中的分布也难均匀。2 0 世纪8 0 年代开发的喂线 技术( w i r ef e e d i n g ，简称w e ) ，为向钢液中加钙提供了有效手段，它可代替喷枪 喷吹技术。用8 0 3 0 0 m m i n 的速度喂入钙线，可把钙线送到使钢液静压力超过钙 蒸汽压的深度。在1 6 0 0 时，超过金属钙蒸汽压的深度约为1 5 m 。在通常的炼 钢温度下，钢液中金属钙线在1 3 s 内即熔化。在熔化过程中，球状钙的液滴缓 慢浮升，并和周围钢液反应，因不存在气相载体，向上移动时间较长，有足够的 时间与钢液发生反应【1 1 1 。 综合对比各种炉外精炼技术，喂线技术存在以下优越性： ( 1 ) 合金收得率高 喂入钢液的合金线芯能稳定而垂直的穿透渣层，避免合金元素烧损，合金收 得率高而且稳定。 ( 2 ) 合金微调接近目标值 用喂线法进行合金成分微调时，可保证成品各元素波动范围小，接近目标值。 ( 3 ) 铝的收得率提高 喂线法加铝时，可使铝收得率提高2 5 _ 4 倍，收得率可达9 4 5 - 9 8 6 。 东北大学硕士学位论文第一章绪论 1 2 4 循环真空脱气法 、r h 循环真空脱气法是德国蒂森公司所属鲁尔( r u h r s t a h l ) 公司和海拉斯 ( h e r a e u s ) 公司与1 9 5 7 年研制成功的循环真空脱气装置它将真空精炼与钢水循 环流动结合起来。最初r h 装置主要是对钢水脱氢，后来增加了真空脱碳、真空 脱氧、改善钢水纯净度及合金化等功能。r h 具有处理周期短，生产能力大，精 炼效果好的优点，非常适合与大型炼钢炉相配合，早在1 9 8 0 年r h 技术就基本 定型；世界现有r h 处理设备1 5 0 多套。随着炼钢炉的大型化，r h 法处理设备 随之大型化。目前世界上最大的r h 设备已达3 6 0 t 。 r h 法设备的特征是在脱气室下部设有与其相通的两根循环流管，脱气处 理时将环流管插入钢液，靠脱气室抽真空的压差使钢液由管子进入脱气室，同时 由两根管子中的上升管吹入驱动气体氩气，利用气泡泵原理引导钢水通过脱气室 和下降管产生循环运动，并在脱气室内脱除气体。 r h 技术不断发展，其一是与吹氧脱碳相结合，衍生出吹氧循环真空脱气法 r h - o b ( o x y g e nb l o w i n g ) ；川崎顶吹氧真空脱气法r h - k t p ( k a w a s a k it o p b l o w i n g ) ；r h 法的另一发展是与喷射冶金相结合附加喷粉功能，如新日铁的循 环脱气喷粉r i - i p b ( p o w d e rb l o w i n g ) 。几种r h 真空处理方法的概况见表1 1 。 1 9 6 6 年，大冶特钢公司引进国内第一台r i - i 设备，设备运行良好，技术的 关键是蒸汽喷射泵要求稳定的蒸汽压力，必须由专用锅炉供蒸汽；环流管耐火材 料质量至为关键。2 0 世纪7 0 8 0 年代，武钢和宝钢等相继引进了r i - i 及r h o b 设备。目前我国已有2 0 多套r h 设备投产，其中有些r h 设备是我国自行设计、 制造的。 武汉钢铁公司的r h 多动能真空精炼炉1 9 9 7 年投产，主要用于生产硅钢、 深冲钢等超低碳高质量钢种。采用r h k t p w p b 后，冶炼低碳钢时转炉的出钢 碳可提高到0 0 4 5 0 0 5 5 ，同时可降低出钢温度，从而减轻转炉负担，提高金 属收得率和转炉炉龄。同时，可稳定连铸生产并对事故钢水进行升温处理，成分 调整，减少钢水回炉等，使回炉率降至o 1 5 以下【1 2 】。 东北大学硕士学位论文第一章绪论 表1 1r h 真空处理法的发展 t a b 1 1d e v e l o p m e n to fr hp r o c e s s 型号 r hr h o br h k t p r h p b ， r u h r s t a h lh e r a e u s r h - o x y g e n r h - k a w a s a k it o p r h p o w d e r 代号意义b l o w i n g b l o w i n g 真空循环脱气 川崎顶吹氧真空脱 b l o w i n g 吹氧循环脱气循环脱气喷粉 气 年代1 9 5 7 年1 9 7 8 年1 9 8 8 年1 9 8 2 年 国别德国蒂森钢铁公司日本新日铁日本川崎日本新日铁 真空脱气，减少杂质，同r f i ，并能同r h ，并可加速同r h ，并可喷粉 主要功能 均匀成分和温度加热钢水脱碳，补偿热损失 脱硫、磷 w h 1 0 0 0 0 2 去氢率5 0 8 0 同r h ，且可 w i h 0 0 0 015 w 【h 】o 0 0 015 w l n l 0 0 0 4 使处理终点碳w n 】 0 0 0 4 w n l o 0 0 4 处理效果w 【c 】 0 0 0 3 去氮率1 5 - 2 5 w c 】 w 【o 】 0 0 0 3 w 0 1 0 0 0 2 - o 0 0 4 ，9 0 0 3 5 w 【c 】 0 0 0 2 w 【s 】 o 0 0 1 减少夹杂物6 5 以上 w 【p 】 0 ，提高温度使值变大) 。 预脱硫改质剂中的c a c 2 具有很强的脱硫能力，它的脱硫反应为： c a c 2 ( ) + i s = c a s ( | ) + 2 【c 】 a g p = - 3 5 2 7 9 4 + 10 6 7 tj t o o l 嘞 ( 2 4 ) 由式2 4 可见，c a c 2 不仅自身具有脱硫能力，同时它的脱硫产物为【c 】，钢 液中 c 】含量增加，可以降低钢液中的口1 0 i ，利于脱硫反应的进行 东北大学硕士学位论文第二章新型钢包渣预脱硫改质剂开发研究 2 3 1 预脱硫改质剂中的a i 含量对脱硫率的影响 图2 2 为预脱硫改质剂中的砧含量变化时，钢水脱硫率随时间的变化。由 图可见：( 1 ) 脱硫反应在l o m i n 后基本达到平衡，脱硫率不再有明显的增加。( 2 ) 预脱硫剂中舢含量为4 0 时钢液的脱硫率最高，舢含量为6 0 时钢液的脱硫率 最低。 蓬 姗 榛 婆 时间m i n 图2 2 脱硫率随时间的变化 f i g 2 2v a r i a t i o no fd e s u l f u r i z i n gr a t i ow i t ht i m e 为确定预脱硫剂中适宜的舢含量，取3 0 m i n 时钢液的脱硫率作为考察指标， 见图2 3 ，图中横坐标为预脱硫改质剂中的砧含量，纵坐标为钢水脱硫率。由图 可见，随着舢含量的增大，脱硫率先增大而后减小。当预脱硫改质剂中的烈 含量为3 3 3 7 时，脱硫率达到最大值，这是由于随着预脱硫改质剂中舢含量 增加，钢液氧势降低( 即a f o 降低) ，使渣脱硫能力随之增强( 如式2 3 ) 。进一步 增加砧含量，预脱硫改质剂中c a o 、c a c 2 含量减少。c a o 含量减少，渣口，n ，一、降 低，使渣脱硫能力将降低；c a c 2 含量减少，自身脱硫量减少。所以钢液脱硫率 如图2 3 所示，呈先增后减的趋势。 东北大学硕士擘位论文 鋈 槲 堰 婆 w ， 图2 3 预脱硫改质剂中a l 含量变化对脱硫率的影响 f i g 2 3e f f e c to f a lc o n t e n to nd e s u l f u r i z i n gr a t i o 2 3 2 预脱硫改质剂中的c a c ：含量对脱硫率的影响 图2 4 为预脱硫改质剂中的c a c 2 含量变化时，钢水脱硫率随时间的变化。 由图可见，预脱硫剂中c a c 2 含量为5 0 时钢液的脱硫率最高，c a c 2 含量为2 0 时钢液的脱硫率最低。 为确定预脱硫剂中适宜的c a c 2 含量，取3 0 m i n 时钢液的脱硫率作为考察指 标，见图2 5 ，图中横坐标为预脱硫改质剂中的c a c 2 含量，纵坐标为钢水脱硫率。 由图可见，随着c a c 2 含量的增大，脱硫率先增大而后减小。当预脱硫改质剂中 的c a c 2 含量为4 8 - 5 2 时，脱硫率达到最大值。因为随着预脱硫改质剂中的 c a c 2 含量增加，不仅本身脱硫量增加，而且钢液中【c 】含量增加，有利于脱硫反 应的进行。进一步增加c a c 2 含l ，预脱硫改质剂中c a o 含量减少，导致渣口( 0 扣) 降低，从而渣的脱硫能力降低( 如式2 3 ) 。因此钢液脱硫率如图2 5 所示，呈先 增后减的趋势。 东北大学硕士学位论文 第二章新型钢包渣预脱硫改质剂开发研究 鋈 姗 龌 婆 时间m i n 图2 4 脱硫率随时间的变化 f i g 2 4v a r i a t i o no fd e s u l f u r i z i n gr a t i ow i t ht i m e w c b 图2 5 预脱硫改质剂中c a c 2 含量变化对脱硫率的影响 f i g 2 5e f f e c to fc a c 2c o n t e n to nd e s u l f u r i z i n gr a t i o 2 3 3 预脱硫改质剂中的c a o 含量对脱硫率的影响 图2 6 为预脱硫改质剂中的c a o 含量变化时，钢水脱硫率随时间的变化。由 图可见，预脱硫剂中c a o 含量为5 0 时钢液的脱硫率最高，c a o 含量为3 0 时 钢液的脱硫率最低。 东北大学硕士学位论文第二幸新型钢包渣预脱硫改质刑开发研究 鋈 槲 鹾 婆 时间m i n 图2 6 脱硫率随时间的变化 f i g 2 6v a r i a t i o no fd e s u l f u r i z i n gr a t i ow i t ht i m e 为确定预脱硫剂中适宜的c a o 含量，取3 0 m i n 时钢液的脱硫率作为考察指 标，见图2 7 ，图中横坐标为预脱硫改质剂中的c a o 含量，纵坐标为钢水脱硫率。