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 燃烧系统:90t钢包精炼炉精炼系统工艺优化研究

燃烧系统:90t钢包精炼炉精炼系统工艺优化研究

核心提示:  1前言钢的纯净度对钢铁制品性能影响极大,因此如何运用二次冶金手段,完善精炼工艺过程,提高钢的纯净度,减少钢中非金属夹杂物,已成为冶金工作者必须认真解决的问题马钢股份有限公司第一炼钢厂的901ASE

  1前言钢的纯净度对钢铁制品性能影响极大,因此如何运用二次冶金手段,完善精炼工艺过程,提高钢的纯净度,减少钢中非金属夹杂物,已成为冶金工作者必须认真解决的问题马钢股份有限公司第一炼钢厂的901ASEA-SKF钢包精炼炉,具有加热升温、合金微调、造渣精炼、电磁搅拌、吹氩搅拌及真空脱气功能。通过对脱氧、脱硫、去夹杂等工业性试验研究,不断完善精炼工艺,已使篼碳(〔C〕0.60%)钢中T.O<15x1-6、钢中的硫〔S〕<0.010%、夹杂总量2精炼工艺流程及其冶金原理2.1精炼工艺流程精炼处理工艺流程为:初炼钢水-除氧化渣(加渣料造新渣)加热处理(加热、合金微调、白渣精炼)真空精炼(脱气、去夹杂复合终脱氧―净化搅拌―浇铸。2.2主要工艺环节的冶金原理在上述流程中,涉及到三个主要工艺环节,即加热造渣精炼、真空处理、复合终脱氧,各工艺环节的冶金功能及如何衔接是精炼工艺完善的保证。

  2.2.1造渣精炼理论钢包精炼炉的特点之一是可以保持炉内还原气氛,精炼工艺流程中保证了在初炼钢水注人精炼包时,避免了氧化渣的进入。造渣精炼的目的就是通过造篼碱度、篼还原性的炉渣进一步脱除钢中硫、氧。

  熔渣的脱氧能力决定于熔渣的aFeo,其对钢液的脱氧反应式为:当以(FeO)替代aFe0时,对各种熔渣可用下式近似计算按上述氧的分配系数公式,只要降低(FeO),则钢中也相应降低。

  熔渣的脱硫反应式为:平衡常数与温度的关系为钢液中、不高时,(6)式可转化为:PC0=K.由于碳的脱氧产物是CO气体,在体系降低压力后,平衡向产生C0的方向移动,使碳的脱氧能力提高。通过计算可知,真空下碳的脱氧能力很强,当气相压力降低至1.013xl04Pa时,碳的脱氧能力将超过硅,继续降低压力至133Pa时,碳的脱氧能力大于铝。但是,在实际情况下,钢液中碳的脱氧能力随着压力的降低而提篼是有一定限度的,因此将真空脱氧的压力控制在101332.2.3硅铝钡终处理Si-AI复合脱氧剂的脱氧产物主要为3八1203202或入1203.在钢液中含量较高时脱氧产物主要为3A12032Si02,而随着氧含量的降低脱氧产物以A1203为主。

  -A1复合脱氧剂。的基础上引人钡,形成Si-Al-Ba复合脱氧剂,钡的高沸点优于钙和镁,钡的作用主要表现为对夹杂物的变性处理,即降低夹杂物的熔点、改善夹杂物的形状和尺寸、使夹杂物分布均匀。因此,含钡合金应用于炼钢中,除能减少铝的消耗外,还能改变钢中夹杂物的形态及结晶组织的弥散度和均匀性,减少钢中夹杂物的含量,净化钢液,从而提篼钢的质量、优化使用性能。

  3冶金效果及分析3.1加热造法精炼加热处理过程中,为了降低渣中(FeO),在合金微调结束后,使用碳粉及硅铁粉作为还原剂,开始造还原渣,还原10炉渣转为白色。加热全过程均采用电磁搅拌。

  还原前精炼渣成份见表1,还原后典型的渣成份及对应的钢中的T.0含量见表2,还原前后钢中的含量见表3.表1还原前精炼渣成份(%)样号平均表2还原后渣成份1%)及T.0(106)样号平均表3还原前后钢中的含量-样号精炼前%还原前%还原后%还原脱S率平均从表1、表2、表3中可知。还原剂加人前后的渣中(FeO)量由1.25%降到0.71%,还原前后钢中的含量也降低了17%.根据炉渣的离子理论,篼碱度的炉渣为脱硫提供了大量的(2),高还原性的炉渣为脱疏反应减少了,因此使反应(Fe2+)+(02―)=+Fe⑴正向进行,进一步脱除钢中硫。

  3.2真空处理真空处理的真空度为66.7Pa,真空保持时间为10~15min,真空处理过程中采用吹氩搅拌,氩气量为50~100L/mi真空处理后T.0和见表4,真空处理后的渣成份见表5.表4真空处理后T.0和样号平均表5真空处理后的渣成份样号平对比表3、表4可知:钢中的硫在真空处理后又进一步降低了约15%.从表2、表4可知:T.0也由真空处理前的38.75%降到23.6%.从表2、表5可以看出:真空处理前后(FeO)由平均0.71%升篼到1.17%.这是因为真空处理时,压力的降低使碳氧反应激烈进行,加之有氩气体的搅拌,钢包内发生强烈的沸腾,钢液在进行渣洗,此时钢渣接触面积最大,脱氧、脱硫的动力学条件得到充分改善,还原后的炉渣在真空处理时仍有一定的脱氧、脱硫能力。所以真空处理前后(FeO)含量升高,钢中的硫和T.0均降低。但试验发现,真空处理时间是有一定限制的,当时间过长时钢中的氧量将有所增加。如所刀从可以看出,随着真空处理时间的延长,钢中氧含量不断降低;但当真空处理时间超过lOmin后,钢中氧就基本稳定不变,而且随着真空处理时间的进一步延长,钢中氧还略有增加。这是因为,在真空碳脱氧初始阶段,有大量的气泡出现;5~7min后,气泡明显减少;约lOmin后,气泡很少,脱氧反应基本结束;此时,如果继续进行真空处理,由于耐火材料在真空条件下发生分解反应,分解产生的氧溶人钢液中,造成钢中氧含量增加m.合适的处理时间为l~15min.终处理,并要求加Si-Ba-Al后,用中档电流进行电磁净化搅拌,净化搅拌时间为5min,这对洁净钢水十分重要。精炼结束钢中T.0及。见表6.表6精炼结束钢中T.0及平均对比表4、表6可知:精炼结束加人Si-Ba-Al后,通过净化搅拌,钢中T.0及又进一步降低。总之,在精炼条件下,脱氧过程就是夹杂物的去除过程,一般可将这一过程看成一个准一级反应,即由(8)式可见精炼时间越长,钢中氧含量越低,即通过有效的搅拌和足够的精炼时间,可以使A1203上浮去除,从而降低钢中的氧含量。

  4精炼系统工艺优化在一炉钢的精炼过程中,各工艺环节的合理衔接是充分发挥精炼炉的各种功能,提高工作效率、经济效益和产品质量的保证。

  从初炼钢水到精炼结束时钢中T.0及的变化如所示。

  精炼过程中钢中T.0及的变化由可见,真空处理过程钢中全氧下降最多,这不光得益于真空碳脱氧,而且由于在真空处理过程中同时进行吹氩搅拌,钢渣反应面积加大,精炼渣与钢液混冲,产生良好的渣洗反应,但良好渣洗的前提是渣中(FeO)必须低,试验表明渣中(FeO)<0.80%时为好。因此,为了取得良好的脱氧效果,必须加强LF处理过程的还原操作,尽量降低(FeO)。终处理是进一步降低钢中氧的关键,延长终处理后的净化搅拌时间对脱氧有利,但考虑到搅拌过程中的温降,必须确定一个适当的净化搅拌时间。脱硫贯穿于整个精炼过程,除了降低(FeO),提高渣的碱度外,良好的搅拌十分必要,对于只进行LF处理,不真空处理的钢种,为了降低钢中的硫含量,可以增加吹氩搅拌,吹氩搅拌较之于电磁搅拌钢渣混合更好,钢渣反应面积更大。

  根据以上分析,各工艺环节良好配合按上述条件执行标准化操作,结果钢中T.0和达到一个稳定的更低水平。表7所列为优化工艺组合后所精炼的钢随机取样的检测结果。

  表7优化工艺组合下的精炼效果样号夹杂总量(%)平均从表7可知:工艺优化后,钢水的洁净度已和国外同类产品先进水平相当。

  5结论通过精炼炉的生产实践和各工艺环节的不断优化,得到如下结论:5.1加热造渣精炼、真空处理、复合终脱氧这些工艺环节均具有良好的脱氧、脱硫、去夹杂的热力学条件。

  5.2通过完善精炼工艺,配好渣料,充分发挥底吹氩和电磁搅拌的冶金功能,创造了良好的动力学条件。

  5.3优化的精炼工艺组合是:避免初炼钢水注人精炼包时带人氧化渣,加热造渣精炼结束时确保渣中(FeO)<0.80%,真空处理时间为10~15min,加入Si-Ba-Al终处理后,应有lOrnin的净化搅拌时间,并选择合理的搅拌气量。

  5.4优化工艺下精炼效果是:钢中T.0平均为14.7xl(T6、平均为

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