LF炉渣系优化.doc

LF炉渣系优化摘要：对精炼渣的脱硫能力进行了研究，分析了实验条件下渣碱度、FeO含量及MgO含量对Ls的影响，讨论了渣中CaO、 SiO2、 Al2O3、 CaF2对精炼渣脱硫性能的影响，针对不同钢种，提出了不同的LF炉精炼渣的优化配方。关键词：脱硫、碱度、LF、精炼渣一、 炉外精炼发展概述现代科学技术的发展和工业的发展，对钢的质量(如钢的纯净度)的要求越来越高；用普通炼钢炉(转炉、电炉和平炉)冶炼出来的钢水已经难以满足其质量的要求；为了提高生产率，缩短冶炼时间，也希望能把炼钢的一部分任务移到炉外去完成；另外，连铸技术的发展，对钢水的成分、温度和气体的含量等也提出了严格的要求。总之，几方面的因素迫使炼钢工作者寻求一种新的炼钢工艺，于是就产生了炉外精炼方法。所谓炉外精炼，就是把普通(常规)炼钢炉(转炉、电炉和平炉)初炼的钢液倒入钢包或专用容器内进行脱氧、脱硫、脱碳、去气、去除非金属夹杂物和调整钢液成分及温度以达到进一步冶炼目的的炼钢工艺。即将在常规炼钢炉中完成的精炼任务，如去除杂质(包括不需要的元素、气体和夹杂)、调整和均匀成分和温度的任务，部分或全部地移到钢包或其他容器中进行。把一步炼钢法变为二步炼钢法，国外也称之为二次精炼(Secondary Refining)、二次炼钢(Secondary steelmaking)和钢包冶金(Ladle Metallurgy)。氧气转炉炼钢，连铸和炉外精炼这三项技术被誉为近四十年来现代炼钢生产的三大关键技术，也有人称之为冶金史上的三大技术革命。氧气转炉炼钢和连铸普及面比较广，目前已具备了相当的规模；而炉外精炼起始于50年代，到了80年代以后才获得了迅速发展。第三次世界大战后，随着世界经济的恢复和科技的发展，对钢材质量的要求逐步提高。各国的钢铁企业，为了使自己的产品在激烈的市场竞争中立于不败之地，从50年代起开始研究炉外精炼技术，目前世界上已建成较大的炉外精炼设备有上千台之多 。我国已拥有不包括吹氩装置在内的各种炉外精炼设备一百多台。据1990年统计，冶金系统115台、机电系统17台，共132台；各类真空脱气装置28台，喷射冶金装置53台，吹氩装置比较多(200多台)。一般钢厂都配有钢包吹氩。2000年冶金系统不包括吹氩和喂丝的钢水精炼比为28%，炉外精炼在特殊钢生产领域发展比较快，1990年不锈钢的27.95%和轴承钢的41.23%是通过炉外精炼生产的。1991年10月冶金部在武汉召开了第一次炉外精炼会议，会上确定今后将重点抓炉外精炼，目前，许多钢厂都在上或者筹备上炉外精炼。炉外精炼起初仅限于生产特殊钢和优质钢，后来扩大到普通钢的生产上，现在已基本上成为炼钢工艺中必不可少的环节，它是连接冶炼与连铸的桥梁。用以协调炼钢和连铸的正常生产。未来的钢铁生产将向着近终型连铸(如薄板坯)和后步工序高度一体化的方向发展。这就要求浇注出的钢坯无缺陷，并且能在操作上实现高度连续化作业，因此要求钢水具有更高的质量特性，那就必须进一步发展炉外精炼技术。使冶炼、浇注和轧制等工序能实现最佳衔接。进而达到提高生产率、降低生产成本、提高产品质量的目的。二、炉外精炼的主要目的和任务1. 炉外精炼的主要作用：炼钢技术的发展，在提高钢的质量方面，总是向着降低钢中的有害杂质和非金属夹杂物的含量，改善夹杂物的形态和分布，使钢的化学成分均匀，精确控制过程温度，使之能适合后步工序生产要求的方向发展；在经济方面是向着提高生产率，降低原材料、能源和劳动力消耗方向发展；在工艺方面，则要求尽量提高生产多钢种的适应能力。2. 炉外精炼在严格控制条件下要完成下列任务：1）降低钢中氧、硫、氢、氮和非金属夹杂物含量，改变夹杂物形态，以提高钢的纯净度，改善钢的机械性能。2）深脱碳，满足低碳或超低碳钢的要求。在特定条件下，把碳脱到极低的水平。3）微调合金成分，把合金成分控制在很窄的范围内，并使其分布均匀，尽量降低合金的消耗，以提高合金收得率。4）调整钢水温度到浇注所要求的范围内，最大限度地减小包内钢水的温度梯度。完成上述任务就能达到提高质量，扩大品种，降低消耗和成本，缩短冶炼时间，提高生产率，协调好炼钢和连铸生产的配合等目的。但是到目前为止，还没有任何一种炉外精炼方法能完成上述所有任务，某一种方法只能完成其中一项或几项任务。各厂条件和冶炼钢种不同，一般是根据不同需要配备一两种炉外精炼设备。二、 炉外精炼的手段各种炉外精炼技术的出现，都是为了解决厂家所要求解决的具体问题，同时又密切结合着该厂的厂房，设备，工艺等具体条件。虽然各种炉外精炼方法各不相同，但是无论哪种方法都力争创造完成某种精炼任务的最佳热力学和动力学条件，使得现有的各种精炼方法在采用的精炼手段方面有共同之处，到目前为止所采用的精炼手段有：渣洗、真空、搅拌、喷吹和加热(调温)以及过滤等六种。当今名目繁多的炉外精炼方法都是这六种精炼手段的不同组合。综合一种或几种手段构成为一种方法。1）渣洗：获得洁净钢并能适当进行脱氧、脱硫的最简便的精炼手段。将事先配好(在专门炼渣炉中赔炼)的合成渣倒入钢包内，借出钢时钢流的冲击作用，使钢液与合成渣充分混合，从而完成脱氧、脱硫和去除夹杂等精炼任务。2）真空：将钢水置于真空室内，由于真空作用使反应向生成气相方向移动，达到脱气、脱氧、脱碳等的目的。是炉外精炼中广泛应用的一种方法。3）搅拌：通过搅拌扩大反应界面，加速反应过程，提高反应速度。搅拌方法：吹氩搅拌，电磁搅拌。4）加热：调节钢水温度的一项重要手段，使炼钢与连铸更好地衔接。加热方法：电弧加热，化学热法。5）喷吹：将反应剂加入钢液内的一种手段，喷吹的冶金功能取决于精炼剂的种类。它们完成脱碳、脱硫、脱氧、合金化和控制夹杂物形态等精炼任务。6）过滤：随着技术的进步出现的一种新的精炼手段，如利用陶瓷过滤器将钢中的氧化物夹杂等过滤掉。四精炼造渣工艺制定1.转炉渣对精炼效果的影响（1）渣中碳粒对钢中碳含量的影响在转炉出钢合金化的过程中 ,由于加入增碳剂(沥青焦) ,有部分碳粒混入钢渣中 ,且白灰、合金的加入温降较大 ,使熔渣变稠甚至硬化结壳其结果导致精炼前期化渣困难时间较长和就位成份碳含量不准确。为了解决这一问题 ,采取了转炉按钢种下限碳含量控制 ,减少转炉下渣和LF送电 58min后取样的措施 ,确保在LF碳含量的准确控制。（2）转炉下渣对精炼效果的影响转炉出钢过程中下渣时 ,炉渣受钢流的混冲乳化起到了充分氧化钢液(消耗脱氧剂和铁合金)的作用。到精炼的运输过程中对钢包中钢液起到长时间的氧化作用 ,使钢成份、脱氧元素不断变化1 。这种原始渣氧化性强 ,炉渣氧势高且渣中 SiO2 含量较高、碱度低 ,给LF精炼脱氧造成极大危害 ,造渣时间延长 ,精炼与铸机匹配不畅在LF 精炼过程中发现钢包内转炉下渣超过100mm时加入较大数量的渣料和脱氧剂及熔剂都难以使熔渣获得良好的流动性及良好的白渣化程度 ,白渣化困难的主要原因是渣中 FeO 含量高 ,脱氧剂很难在粘稠的渣中扩散 ,脱氧时间长。取渣样分析的结果表明渣中(FeO +MnO)含量较高 ,这种熔渣吸收夹杂物的能力也较差。渣厚在 5010mm之间时 ,化渣仍然较慢 ,熔渣流动性一般 ,白渣化程度一般 ,较难形成粉白渣 ,停电后熔渣在23min 后粘度迅速增大 ,这种熔渣吸收夹杂物的能力也较差。渣厚小于50mm时 ,化渣迅速 ,送电 58min 后熔渣便能获得良好的流动性 ,也具有良好的埋弧作用 ,熔渣 SiO2 含量也较少 ,熔渣过程粘度变化小 ,能较早形成白渣。分析结果表明渣中( FeO + MnO)含量较低。搞好出钢末期的挡渣 ,尽可能地减小转炉渣进入钢包是发挥LF精炼作用的基本前提 ,这一点要引起高度地重视。2.合理的精炼渣系炉渣的精炼能力决定于炉渣的化学性能和物理性能。为确保熔渣具有较好的流动性、发泡埋弧作用、脱硫及吸收夹杂物的能力 ,根据生产实践和研资料介绍 ,我们选择表1所示渣系为LF精炼目标渣系。表1 LF精炼目标渣系 ( %)CaO%SiO2%MgO%FeO%Al2O3%MnO%CaF2R45551020510 0. 81520 0. 37122. 93. 6表2 实际生产LF炉渣样成分（wt）样号SiO2%CaO%MgO%Fe2O3%Al2O3%MnO%RJL010800018.4364.714.320.527.610.263.511123JL010800119.1458.744.340.6512.40.33.068966JL010800318.1860.964.340.611.150.273.353135JL020800620.8360.348.10.476.380.222.896783JL030787621.8584.951.239.660.532.66055JL030787722.27846.190.6915.480.613.77189JL010808823.2849.765.691.369.170.582.137457JL020809126.3756.575.730.726.830.492.145241JL020809229.3442.147.763.4713.872.351.436264JL03079472359.174.721.38.440.462.5726093. LF熔渣分析3.1碱度对脱硫率的影响随着 CaO的加入炉渣碱度升高 ,炉渣硫容大 ,脱硫能力增强。当碱度达到一定值时 ,随着碱度增大 ,渣中 CaO 含量升高 ,熔渣粘度增大界面硫扩散成为限制环节 ,使炉渣脱硫的动力件变差 ,再继续提高炉渣碱度 ,脱硫率反而下降3.2 SiO2 对脱硫、脱氧的影响熔渣中 SiO2 含量普遍较高 ,主要是转炉下渣多，含 Si、 Mn较高的钢原始渣中 CaO低、 SiO2高，熔渣基本成中性 ,渣中 SiO2 高达20%以上 ,精FeO 0.5 %的较少 ,而在 1 %左右的较多且脱硫效果差。原因在于渣量多、精炼新加 CaO 等渣料化渣时间长使渣中脱氧剂扩散困难 ,SiO2 含量高，碱度低 ,熔渣组元活度受到影响。3.3 Al2O3 含量对脱硫的影响脱硫率随Al2O3 含量的增加呈下降趋势。这是由于渣中 Al2O3 是两性氧化物 ,在碱性还原渣中Al2O3 呈酸性 ,随着 Al2O3 含量的增加炉渣碱度降低 ,使炉渣的脱硫能力降低。但从生产中可以看出 ,渣中适当添加 Al2O3 可以明显降低渣系熔点 ,促进化渣。Al2O3是中性偏酸的物质，从脱硫需要碱性这点上来说，对脱硫起到不利的作用。但是某些厂在脱硫剂中配入铝渣提高脱硫率的事实表明，Al2O3肯定具有复杂的作用。首先，它有降低脱硫产物CaS活度的效果，这使得熔渣具有更大的硫容量；其次，Al2O3会降低CaO的熔点，改善渣的流动性,使渣具有更强的反应性能。但当铝渣用量过大时，Al2O3使渣碱度降低，会使渣脱硫能力减弱。实验中当AD粉（主要成分：Al和Al2O3）用量超过15%后，脱硫率下降即是这一原因。因此 ,要获得良好的冶金性能兼顾其脱硫能力和物理性能 ,即渣中应添加一定量的Al2O3。3.4 CaF2 含量对脱硫的影响当渣中 CaF2 10 %时 ,随着 CaF2 含量的增加 ,脱硫率减小。这是由于从热力学角度讲 ,按分子理论 ,炉渣脱硫反应如下:CaO2 + S = (CaS) + O随着脱硫反应的进行 ,渣钢界面将有 CaS固体形成 ,而 CaS固体存在阻止脱硫反应的进行 ,而且使液相量减少。渣中 CaF2 加入 ,有利于 CaS固体的破坏 ,使液相量增加 ,改善了脱硫条件。CaF2 的加入降低了2CaOSi02的熔点，使硫容易向CaO 固相扩散； CaF2 分解出的氟离子破坏了2CaOSi02 赖以结合的化学键，使之形成“空隙”，易使硫扩散到CaO粒子内部。但当渣中 CaF2 含量达到足以阻止CaS固体形成时 ,继续增加CaF2 ,过量CaF2 的存在 ,会造成渣中 CaO 被稀释 ,使有效CaO的浓度降低 ,不利于脱硫的进行。五、结论1）LF炉钢水炉外精炼能使钢水的温度、成分、气体、有害元素与夹杂进行经济有效的调整，达到净化、均匀、稳定的目的。实现钢材由量到质的转变。2）转炉下渣的问题影响了LF的造渣处理效果 ,要下功夫解决挡渣出钢的问题。3) Ca