LF埋弧泡沫渣实验研究.doc

LF埋弧泡沫渣实验研究迪林王平傅杰摘要测定了碱度从2.6到3.4的精炼渣系的炉渣发泡性能，得到了具有较好发泡性能的精炼渣系CaO 53.25%,SiO2 17.75%,MgO 9%,Al2O3 15%，CaF2 5%。并通过离差分析方法，得出了炉渣组成对炉渣泡沫化程度的影响顺序为：CaF2MgOAl2O3B(CaO/SiO2)关键词二次精炼泡沫渣钢包炉目前，埋弧泡沫渣工艺多应用于电弧炉氧化期，工艺也比较成熟，基本可分为富氧喷碳法和富氧脱碳法，其实质是通过碳氧反应生成一氧化碳气体使炉渣泡沫化。电弧炉还原期及LF精炼过程，由于炉渣氧含量很低(FeO2%)，不能通过碳氧反应使炉渣发泡，而只能通过加入特殊发泡剂材料，引入外来气源造成炉渣发泡。因而，LF精炼过程造泡沫渣比电弧炉氧化期困难一些，工艺也不很成熟。从现有资料看，电弧炉还原期及LF精炼过程的埋弧渣发泡剂的主要成分是碳酸盐，同时添加一些其它组分以改善发泡剂的综合性能。研究表明，炉渣的粘度、密度、表面张力等物性参数对炉渣泡沫化程度有重要影响。所以对埋弧精炼渣提出了新的要求，精炼渣不仅要有良好的精炼能力，同时还必须具有合适的密度、粘度、表面张力等物理性质以满足炉渣泡沫化的要求。本研究的目的是通过实验测试一定碱度范围的精炼渣系的发泡能力，选择发泡性能好的LF精炼渣，同时分析炉渣组成对精炼渣泡沫化程度的影响，为LF埋弧精炼工艺提供实验依据。1实验方法在参考前人研究结果的基础上36，选择了中高碱度的9组精炼渣系进行研究，实验按L9(34)正交表安排进行。表1给出了各渣系因素、水平的取值。按表1中各渣系配方配制9组精炼渣系，每份渣样重量50 g。将配好的渣样分别放入9个坩埚中。坩埚选用耐高温的石墨坩埚。为防止石墨粉进入炉渣而影响实验精度，坩埚内衬钼片，钼片厚度为0.22 mm。坩埚尺寸：内径高=35 mm100 mm。表1试验精炼渣系组成/%Table 1Ingredient of refining slag tested /%样号因素水平BMgOAl2O3CaF212.665522.69101032.612151543.06101553.0915563.01251073.46151083.4951593.412105采用钼丝炉加热，将上述配好的试样连同坩埚放入钼丝炉中升温至1500 渣样熔化后，往高温液态渣中吹入氮气，改变氮气流量，测定不同气体流量时对应的炉渣高度。按文献7介绍的电接通法测量炉渣发泡高度。其原理为：将插入渣中的吹气管(Al2O3+Mo)作为一极，套有三氧化二铝保护管的钼棒作为另一极，构成回路。测定炉渣发泡高度时，将钼棒缓缓下降，当其端部与渣样接触时回路接通，回路上的小灯泡发亮，稍离开则成断路。仔细调节钼棒高度，直至灯泡亮度很弱，这样可测得不同时刻炉渣的发泡高度。炉渣发泡高度测量装置如图1所示。图1炉渣发泡高度测量装置Fig.1Schematic diagram of experimental apparatus for measuring slag foaming height2实验结果及分析2.1渣系发泡性能分析实验结果如图2所示。炉渣发泡性能可由炉渣泡沫化指数5来衡量，炉渣泡沫化指数：图2泡沫渣中气体体积Vg与吹气量Qg的关系 (a) 试样13； (b)试样46； (c) 试样 79Fig.2Relation between gas volume in slag (Vg) and blasting gas amount (Qg): (a) Sample 13; (b) Sample 46; (c) Sample 78=h.A/Qg=Vg/Qg (1)式中h炉渣发泡高度/cm;Vg渣层中气体体积/cm3；A坩埚截面积/cm2；Qg吹气量/cm3.s-1。由式(1)可知Vg与Qg为线性关系，且直线的斜率即为。故可由各组熔渣实验测得VgQg的数据回归得出的直线斜率求出，来衡量各组熔渣的发泡性能。文献8表明：影响炉渣泡沫化指数的主要因素是熔渣的表面张力、粘度、熔渣密度和重力加速度，即：=f(，g) (2)式中粘度/Pa.s；表面张力/N.m-1；密度/kg.m-3；g重力加速度/m.s-2。式(2)中有5个变量，3个基本因次(时间，距离和质量)，由因次分析定理，应存在两个独立的无因次准数，本文作者9用因次分析的方法研究了精炼渣泡沫化指数与炉渣物理性质的关系，并得到如下的关系式： (3)由泡沫化指数的表达式可知：熔渣粘度是决定泡沫化指数的主要因素，随着粘度的升高，熔渣泡沫化指数增大；熔渣表面张力及密度也影响泡沫化指数，但影响程度不如粘度那样显著，随着表面张力及密度的增加，熔渣泡沫化指数下降。本文按Urbain模型10对熔渣的物性参数进行了计算，结果如表2所示。表2渣系物性参数计算值Table 2Calculation results of physical parameter of slag样号密度/g.cm-3粘度/Pa.s表面张力/N.m-112.7301.6040.49422.7420.7180.46332.7450.5620.43442.7370.6170.44652.7800.8610.50662.7480.7460.47772.7390.7530.47682.7380.5980.48992.7490.5800.512实验结果，1号渣泡沫化指数最大，但粘度也很大，渣的精炼能力受到很大限制，故不宜采用。除1号渣外，5号渣的泡沫化指数较大，并且粘度也比较合适，所以，选定5号渣作为埋弧精炼渣。渣系组成为：CaO 53.25%,SiO2 17.75%，MgO 9%,Al2O3 15%,CaF25%。2.2精炼渣发泡性能的离差分析为确定熔渣组成对泡沫化指数影响的顺序，计算各渣系的各个因素取不同水平时对应的斜率平均值(/3，/3，/3)与9个渣系斜率总平均值(U/9)之差(/3-U/9，/3-U/9，/3-U/9)，并对上述结果求平方和，所得即为各个因素的离差值(j),结果列于表3。从表3的计算结果可知，CaF2组元对炉渣泡沫化指数影响最大(离差值3.345)；其次是MgO(离差值2.559)和Al2O3(离差值2.394)；碱度的影响最小(离差值2.372)。因此，我们可以得出渣系组成对炉渣泡沫化指数影响的顺序为：CaF2MgOAl2O3碱度(CaO/SiO2)。表3精炼渣发泡性能的离差Table 3Deviation value of foaming property of refining slag项 目碱度MgO%Al2O3%CaF2%8.639.038.749.96.326.266.336.296.235.896.114.99/32.883.012.913.30/32.112.092.112.10/32.081.962.031.66/3-U/9-0.27-0.14-0.240.15/3-U/9-1.04-1.06-1.04-1.05/3-U/9-1.07-1.19-1.12-1.49j2.3722.5592.3943.345 3结论(1) 通过测试各精炼渣系的炉渣泡沫化指数，确定了具有较好发泡能力的精炼渣组成为：CaO 53.25%,SiO2 17.75%，MgO 9%,Al2O3 15%,CaF25%。(2) 通过离差分析方法分析了精炼渣系组成对熔渣泡沫化指数影响的主次顺序为：CaF2MgOAl2O3碱度(CaO/SiO2)。作者简介：迪林，男，30岁，工程师。1990年毕业于内蒙古工业大学铸造专业，1997年北京科技大学钢铁冶金硕士研究生毕业，现北京科技大学钢铁冶金博士研究生在读。作者单位：北京科技大学冶金学院，北京 100083参考文献1陈华强等.钢铁，1988，(11)：162徐曾启.钢铁，1989，(3)：93牛四通.北京科技大学博士学位论文.19954Trostherg S K W. Steel times, 1988,(11):6075Ito K. Fruehan R J. Steel Research, 1989, 60(3): 1516俞景禄.钢铁，1989，24(1)：177冶金部超高功率电弧炉技术开发协