洁净钢冶炼在线检测技术探究

1、洁净钢冶炼在线检测技术探究【摘 要】本文针对在冶金行业的纯净钢冶炼过程中，如 何利用在线检测技术，为高效率、优质量的洁净钢冶炼提供 准确可靠的测量依据。【关键词】纯净钢；在线检测；转炉；精炼；连铸前言所谓洁净钢一般是指钢中杂质元素磷、硫、氧、氮、氢 （有时包括碳）和非金属夹杂物含量很低的钢。对于钢性能 要求不同，洁净度所要求控制的因素也不相同。洁净钢的生产工艺由铁水预处理、炼钢、钢水炉外精炼、 连铸等多个工艺环节组成。在纯净钢的冶炼过程中，为获得 成品钢材的高延展性、高塑性应变以及优良的表面性能，要 求钢中碳、氮、氧含量尽可能低；为了生产高强度、高韧性、 优良低温性能、更高的抗氢断裂的高质量钢

2、材，要求钢中低 硫、低磷、尽可能低的氮、氧、氢和一定的ca/s比等。1、脱硫站铁水硫、硅的在线检测技术铁水脱硫是生产洁净钢的第一个工艺环节，对后序工艺 的生产及成本有重要的影响。国外钢铁厂生产洁净钢时，一 般将铁水中的s脱至0.008% 0.010%以下。现实生产中 相对较慢的取样分析手段使得脱硫站的生产效率低，成为冶 炼生产过程中的瓶颈，然而在线定硫技术能很好地解决这个 问题。铁水定硫技术的原理是根据铁水热力学，铁水中硅、碳、 硫、氧及温度存在一定的函数关系：lgsi=f (e, t)lgs=f (e, si, t)式中e铁水中氧电势，t铁水温度通过测量铁水中的氧电势e和铁水温度t,就能直接

3、测 量铁水中的硫、硅，为炼钢工作者提供测量依据。使用铁水在线定硫技术可以节省取样分析时间4 10分 钟、提高脱硫站的生产效率，节约脱硫喷吹反应物消耗，提 供精确可靠硫、硅含量，为下道工序的配料提供依据，进一 步促进后道工艺控制。2、转炉副枪钢水氧、碳、磷的在线检测技术纯净钢在转炉的冶炼中，转炉副枪系统是不可缺少的高 效自动检测手段。副枪系统的目的是为了配合转炉的动态控 制模型达到终点命中，也就是温度和碳的终点达到目标值。 使用副枪系统能获得炼钢所必须的成分和温度的数据，达到 自动的终点控制、缩短吹炼时间提高生产效率、减轻转炉操 作工的劳动强度、减少炉衬耐材的消耗、节约能源、良好的 过程控制、节

4、约脱氧剂等加入量、减少喷溅等多种经济效益。副枪在测量过程中，使用2种探头，一种为tsc型探头, 用于吹炼过程中的测量，测量转炉过程的温度、碳含量并取 样，根据tsc测量结果进行转炉冶炼动态模型计算。另外一 种为tso型探头，用于终点控制，测量钢水的温度，氧含量, 碳含量，液面髙度并取样，判断是否到达吹炼终点。洁净钢的生产，对磷的控制也非常严格，一般要求磷含 量控制在50ppm以下，由于传统转炉终点磷含量预测精度不 能满足生产要求，一般钢厂只能依靠分析试样获取磷成分信 息，存在磷含量信息获取的滞后性，影响转炉冶炼周期，或 者需要增加石灰等脱磷物料的消耗以保证转炉终点磷含量 满足于钢种要求。目前最

5、新的副枪定磷技术，是基于钢水中磷含量与钢水 的温度、钢中氧含量、炉渣温度、炉渣氧含量、渣量、铁水 成分存在特定的函数关系：p%=f （tsteel, tslag, osteel, oslag,渣量，铁水 成分等）当副枪tso探头测量时，能测量得到钢水的氧含量和温 度，当副枪tso探头提升时，能测定渣中氧和温度，并且由 钢厂控制系统可获得铁水的原始成分及渣量（渣层厚度）， 通过这些数据获取就可计算出钢水的磷含量。3、精炼炉钢水游离氧、酸溶铝、渣氧的在线检测技术洁净钢的精炼过程，就是创造最佳的热力学和动力学条 件，减少夹杂物的生成数量、促使其上浮，尽量减少钢中杂 质元素的含量，严格控制钢中的夹杂物

6、，包括夹杂物的数量、 尺寸、分布、形状、类型，以达到减少钢中溶质元素的含量 的目的。所以，精炼过程中的元素含量的检测和控制就显得 非常重要。控制钢水中的氧含量是非常重要的，特别是了解钢水中 的氧活度，对提高产品质量，降低生产成本有巨大的作用。3. 1定氧技术以成功的定氧技术为炉外精炼在线检测的发展提供了 保证。定氧探头以氧电池来测量钢液中氧电势，测温探头来 测量钢液的温度，根据能斯特公式计算出钢液中的氧活度。 其原理如图lo精炼过程中无需取样分析，而且直接测定的是取样所不能分析的钢中氧活度，能更好判断钢液的质量。除了能直接 测定钢水的氧活度外，该探头还扩展了其的应用。3. 1. 1精炼炉内定氧

7、定铝其原理是钢液通过铝脱氧后，钢液内的氧活度与酸溶铝 是平衡的，测量钢水温度和氧电势，能计算出钢液中的酸溶 铝含量。根据计算公式，氧电势必须具有极高的精度才能保 证酸溶铝的精度。幸运的是，贺利氏电测骑士公司生产的氧 电池定氧的范围：1-1000x10-6,氧电势能保证±2mv的精 度，保证测定的酸溶铝精度在3%以内，基本与光谱分析相同, 图2表示探头检测与实验室分析酸溶铝精度的比较，从图上 可见，两者达到非常好的相关性。因此可以不用取样分析，在6秒的时间内直接读出酸溶 铝含量，通过在线快速定铝，快速调整铝含量，达到目标铝 含量，从而保证有足够的时间进行底吹氫搅拌的操作，夹杂 物能充分

8、上浮，提高钢的纯净度。其应用：1)吹氮站的快速定氧定铝：吹氮站在目前的炼钢生产 过程中起到调节生产节奏，调整和均匀温度、成分，提高钢 水的纯净度等作用。吹氫站配置喂丝机，通过喂铝丝进一步 脱氧及合金化，喂硅钙丝改善夹杂物形态等。由于生产节奏 快，取样分析需要很长的时间，因此国内许多钢厂的吹氯站 用定氧来定铝，不仅得到氧活度，而且知道酸溶铝含量，从 而能快速进行补喂铝丝，达到目标成分。从而有更多的时间 来进行吹氫处理，提高钢水的纯净度，许多研究结论表明： 足够的吹氫时间是必须的，能促使夹杂物上浮，钢水中氧化 物夹杂进一步减少。 2) lf内氧活度和酸溶铝的控制： lf炉内除了能测定钢中的酸溶铝的

9、功能外，通过测定钢中氧 含量，从而调整工艺，提高脱硫能力。众所周知，钢中的氧 含量的高低与脱硫反应密切相关。3) rii内氧含量的控制：rh内通过c-0反应生成co,由 于真空反应罐内co的分压小，脱碳反应彻底，能进行深脱 碳。当然控制钢水内的氧活度非常关键，不仅能提高脱碳效 率，同时能提高合金化的效率，从而提高钢水质量。目前定 氧技术已在rh上成熟运用。3. 2精炼炉内(feo)测量炼钢就是炼渣，了解炉渣的特性对提高精炼的效率是非 常有效的。炉渣型定氧探头能快速测量炉渣中的(feo)或 (feo) + (mno),直接判断炉渣的氧化特性，可快速调整炉 渣，提高精炼炉的效率。而如需取样分析则需

10、几个小时，不 能起到指导生产的作用。(feo)探头的测量范围：0. 5-30%, 能满足定量检测炉渣的要求。炉渣定氧技术有极高精度，图 3表示渣氧探头非常高的重现性。由于能定量分析炉渣的氧 位，为调整炉渣，提高炉渣的脱硫能力，减少连铸过程中的 铝的损耗有非凡的意义。lf处理过程中炉渣的调整的作用：1)提高炉渣的脱硫能力：许多研究表明通过控制钢水 和炉渣的氧位，能显著提高炉渣的脱硫能力：炉渣中(feo)含量对炉渣的脱硫能力和脱硫的效率有 很大的影响。同时通过配置精炼渣，控制炉渣的厚度(即用 量)也能减少浇注过程中铝的损耗，也就是减少过程夹杂物 的产生。渣层越厚，浇注过程铝的损耗越大。4、精炼炉、

11、中间包钢水氢、氮的在线检测技术4. 1在线定氢技术溶解于钢中的氢的析出是造成缩孔、白点、发裂、不同 类型气泡等缺陷的主要原因；溶解于钢中而未析出的氢气会 降低钢的强度极限、断面收缩率、延伸率和冲击韧性，其中 后三者的降低更为严重。钢中氢在大多数情况下对钢的性能 是有害的，一般来说，洁净钢氢含量要求控制在2x10-6o 在线定氢的原理是通过循环泵向钢液内吹入载气氮气， 气体通过钢液时，钢液中的氢向循环气体内扩散，再通过多 孔透气塞把气体吸收进循环管内，经过不断循环，直至氮气 和氢气达到饱和平衡。通过分析混合气体中的氢分压，就可 以计算钢液中的氢含量。一般来说，分析氢含量必须先取样，送实验室进行分析, 且分析时间长，不能作为指导生产上使用的常规方法。在线定氢系统能在40-70秒内测量出钢液中的氢含量，可以为 炼钢工作者提供氢含量的可靠依据，从而指导常规生产。4. 2在线定氮技术钢水氮的在线检测能直接测量液态钢水的氮含量，其原 理是通过使用氮气及氮气的混合气体的载气，在开路系统中 循环，根据热传导率的不同，测量混合气体的热传导率，从 而测定钢水中氮含量。5、连铸清洁取样技术一般的成品样都在连铸中间包内完成，保证成品样不受 污染，真正代表钢水的洁净度。目前最先进的