二次精炼渣钢反应及成渣热对钢液温度的影响

1、二次精炼渣钢反应及成渣热对钢液温度的影响李晶傅杰王平黄成钢李铮易继松摘要通过现场实验，分阶段定量分析了出钢至出VD过程，渣钢反应热及成渣热对钢液温度的影响。结果表明，这两种热对钢液温降的影响极小，完全可以忽略。关键词LFVD渣钢反应热成渣热钢液温度是保证工艺顺行及钢材质量的重要因素。尤其二次精炼的发展以及它在炼钢生产中的作用日益显著，钢液温度的控制越显其重要性。影响钢液温度的因素较多1，但一般研究认为渣钢反应热及成渣热对钢液温度的影响较小而忽略。本文通过现场实验，分析了出钢至出VD整个过程渣钢反应热及成渣热对钢液温度的影响，以定量了解渣钢反应热及成渣热对钢液温度的影响程度。1电炉钢生产工艺流程

2、目前电炉配LF/VD的生产工艺如下：电炉出钢钢包吹氩入LF送电加热测温取样钢液成分微调加热升温钢包停氩开出LF入VD真空处理真空结束钢包吊至连铸台2现场实验及渣中氧化物、钢中元素的变化进行了10多炉生产实验，各炉次不同阶段渣中氧化物及钢中元素含量的变化基本相同。如炉次7D2631，渣中各组份的变化(见图1)，钢中元素含量的变化(见图2)。图1不同阶段渣中组分的含量Fig.1Slag composition in different perio 图2不同阶段钢中各元素含量Fig.2Element content in steel in different period3成渣热及渣钢反应热对钢液温

3、度的影响生成的氧化物在形成炉渣的过程中要放热，炉渣形成时伴随有许多未被充分研究的物理化学过程，所以准确地确定成渣热较为困难，现假定以下条件做近似处理2：(1) 如果氧化物与熔渣其它组份没有或强或弱的化学作用，则任一液态氧化物在同一温度下转入熔渣时不发生热效应；(2) 在炉渣组份间进行化学反应的情况下，液体氧化物向熔渣转化热等于化合物形成的热效应。由于炉渣的组成不一，所以炉渣的生成热不一。对于LF/VD过程，其脱氧良好，除了用Al脱氧生成Al2O3氧化物外，其它形式的氧化物极少。其主要的成渣反应为：Al2O3+CaO=CaO.Al2O3以7D2631为例，将出钢至VD过程分出钢至LF、LF喂铝后

4、10 min内、LF喂铝后至出LF、VD 4个阶段分析成渣热及渣钢反应热对钢液温度的影响。本炉次钢液重量为65.5 t，渣量进入LF为900 kg。假定加入的渣料全部进入渣中。3.1出钢至LF过程出钢至LF过程，加80 kg Si-Al-Fe脱氧，加脱S剂10包、萤石50 kg脱S，高碳铬铁1 190 kg、Si-Mn130 kg、Fe-Si 100 kg调整钢液成分，渣中的SiO2、Al2O3、MgO、TiO2、Cr2O3升高(如图1)，钢中的Si、Mn、Al、Cr也升高(如图2)。说明Si、Al、Cr一部分与氧反应，生成的氧化物进入渣中，另一部分进入钢液中。加入的Si-Al-Fe与渣中的F

5、eO、MnO反应，使渣中的MnO、FeO降低，钢中的Mn增加。其反应为：Al+3/2(FeO)=3/2Fe+1/2(Al2O3) (1)H=-440.45 kJ/mol Al3Al+3/2(MnO)=3/2Mn+1/2(Al2O3) (2)H=-447.15 kJ/mol Al3 Si+2(FeO)=2Fe+(SiO2) (3)H=-375.56 kJ/mol Al3Si+2(MnO)=2Mn+(SiO2)(4)H=-92.53 kJ/mol Al3本炉次渣中Al2O3增加8.02%，相当于增加了72.2 kg Al2O3,也即有1415.7 mol的Al与渣中的氧或钢中的氧反应，假定Al首先

6、与渣中的FeO、MnO反应，剩余的MnO与Si反应。渣中FeO的减少量为7.51%，相当于625.9 mol的Al与其反应，产生的热量可使钢液升温5.1 。渣中MnO的减少量为291.5 mol，此反应产生的热使60 t钢液升温2.6。渣中MgO升高，是由于钢包衬中的MgO进入渣中。这些氧化物进入炉渣的过程中有可能进行以下反应：2SiO2+Al2O3=Al2O3.2SiO2(5)成渣热： 1 196.5 kJ/kg渣4MgO+Al2O3=MgO.Al2O3(6)成渣热： -497.4 kJ/kg渣4MgO+SiO2=MgO.SiO2(7)成渣热： 471.2 kJ/kg渣4生成Al2O3.2S

7、iO2的成渣热最大，假定升高的SiO2全部与Al2O3生成Al2O3.2SiO2,能使钢液温降1.7 。由此可见，出钢至LF过程渣钢反应热和成渣热使钢液升温值不超过9.4 ，此过程时间为12 min,相对出钢温降5极小。3.2LF喂Al前后LF喂Al后45 min内，假定铝喂入钢液后迅速溶于钢液，在脱除钢液溶解氧的同时铝与渣中SiO2、MnO、Cr2O3反应，使渣中SiO2、MnO、Cr2O3减少，钢中Si、Mn、Cr由图2看似乎没有变化，实际上是增加的，只不过增加量少，TCa增加，是由于为脱S需要，加入CaO和CaF2的原因。渣-钢反应为(1)、(2)及以下2个反应：Al+3/4SiO2=3

8、/4Si+1/2Al2O3(8)H=-158.68 kJ/mol Al3Al+1/2Cr2O3=Cr+1/2Al2O3(9)H=-272.14 kJ/mol Al3根据上述同样的方法，可计算出以上反应，分别使钢液升温0.13 、0.45 、0.4 、1.1 。成渣反应有：xCaO+yAl2O3=xCaO.yAl2O3(10)成渣热 627 kJ/kgCaO2经计算此反应使钢液升温2.1 。此阶段使钢液升温4.18 。3.3LF喂Al后至出LF炉此过程由于加入了硅铁56 kg，高碳铬铁300 kg增加了钢中的Si、Cr,同时Si可能有极少部分与渣中的FeO反应，使渣中的SiO2增加，渣中的Al2

9、O3增加，同时渣中的MgO继续升高。钢中的酸溶Al减少，是由于钢水的二次氧化、夹杂上浮、与渣中的FeO、MnO、Cr2O3反应，最后一点可从渣中的TFe、MnO、Cr2O3降低得到证实。渣钢反应有：(1)，(2)，(8)，(9)，分别使钢液升温3.17 、0.67 、2.01 、0.39 。成渣反应有：MgO+Al2O3=MgO.Al2O3(11)成渣热 -497 kJ/kg4MgO+SiO2=MgO.SiO2(12)成渣热 471 kJ/kg4CaO+SiO2=CaO.SiO2(13)成渣热 219 kJ/kg4反应(13)中的CaO的量只能与SiO2结合成CaO.SiO2。以上反应分别使钢

10、液升温0.4 、-0.7 、-0.4 。此阶段渣钢反应热和成渣热使钢液升温5.54 ，过程时间为73 min，升温速度为0.075 /min。相对60 t钢包钢液平均温降1.5 /min6及加热速度大于2 /min是较小。3.4VD过程VD过程，钢中的酸溶Al减少，与渣中的SiO2，FeO，MnO，Cr2O3反应，减少了渣中的SiO2，FeO，MnO，Cr2O3,增加了钢中Si、Mn、Cr，增加了渣中的Al2O3,另外渣中的Al2O3增加，还有Al2O3夹杂上浮的原因。渣钢反应为(1)、(2)、(8)、(9)，经计算分别使钢液升温0.09 、1.36 、1.21 、0.12 。成渣反应为(11

11、)，经计算使钢液温度升高0.01 。此阶段使钢液升温2.78 ，过程时间为28 min，升温速度为0.09 /min，相对60 t钢包真空过程平均温降1.41.7 /min5完全可以忽略。4结论(1) 定量地分析了渣钢反应热及成渣热对钢液温度的影响，认为出钢过程影响最大，其次是脱S合金化过程，VD过程影响最小。(2) 各阶段成渣热虽然对钢液温度有影响，但相对各阶段其它因素造成的钢液温降极小，完全可以忽略。作者简介：李晶，男，32岁，讲师，1999年毕业于北京科技大学钢铁冶金专业，获博士学位。从事二次精炼。作者单位：李晶傅杰王平(北京科技大学，北京 100083)黄成钢李铮易继松(大冶特殊钢股份有限公司)参考文献1Wolfgang Hoppmann,Franz N Fett.Energy Balance of a Ladle Furnace. MPT, 1989,(3):432彼格耶夫 A M. 炼钢过程的数学描述与计算.宗联枝译