LF爐渣系優(yōu)化.doc

LF爐渣系優(yōu)化摘要：對(duì)精煉渣的脫硫能力進(jìn)行了研究，分析了實(shí)驗(yàn)條件下渣堿度、FeO含量及MgO含量對(duì)Ls的影響，討論了渣中CaO、 SiO2、 Al2O3、 CaF2對(duì)精煉渣脫硫性能的影響，針對(duì)不同鋼種，提出了不同的LF爐精煉渣的優(yōu)化配方。關(guān)鍵詞：脫硫、堿度、LF、精煉渣一、 爐外精煉發(fā)展概述現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)的發(fā)展，對(duì)鋼的質(zhì)量(如鋼的純凈度)的要求越來(lái)越高；用普通煉鋼爐(轉(zhuǎn)爐、電爐和平爐)冶煉出來(lái)的鋼水已經(jīng)難以滿足其質(zhì)量的要求；為了提高生產(chǎn)率，縮短冶煉時(shí)間，也希望能把煉鋼的一部分任務(wù)移到爐外去完成；另外，連鑄技術(shù)的發(fā)展，對(duì)鋼水的成分、溫度和氣體的含量等也提出了嚴(yán)格的要求。總之，幾方面的因素迫使煉鋼工作者尋求一種新的煉鋼工藝，于是就產(chǎn)生了爐外精煉方法。所謂爐外精煉，就是把普通(常規(guī))煉鋼爐(轉(zhuǎn)爐、電爐和平爐)初煉的鋼液倒入鋼包或?qū)Ｓ萌萜鲀?nèi)進(jìn)行脫氧、脫硫、脫碳、去氣、去除非金屬夾雜物和調(diào)整鋼液成分及溫度以達(dá)到進(jìn)一步冶煉目的的煉鋼工藝。即將在常規(guī)煉鋼爐中完成的精煉任務(wù)，如去除雜質(zhì)(包括不需要的元素、氣體和夾雜)、調(diào)整和均勻成分和溫度的任務(wù)，部分或全部地移到鋼包或其他容器中進(jìn)行。把一步煉鋼法變?yōu)槎綗掍摲?，?guó)外也稱之為二次精煉(Secondary Refining)、二次煉鋼(Secondary steelmaking)和鋼包冶金(Ladle Metallurgy)。氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼，連鑄和爐外精煉這三項(xiàng)技術(shù)被譽(yù)為近四十年來(lái)現(xiàn)代煉鋼生產(chǎn)的三大關(guān)鍵技術(shù)，也有人稱之為冶金史上的三大技術(shù)革命。氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼和連鑄普及面比較廣，目前已具備了相當(dāng)?shù)囊?guī)模；而爐外精煉起始于50年代，到了80年代以后才獲得了迅速發(fā)展。第三次世界大戰(zhàn)后，隨著世界經(jīng)濟(jì)的恢復(fù)和科技的發(fā)展，對(duì)鋼材質(zhì)量的要求逐步提高。各國(guó)的鋼鐵企業(yè)，為了使自己的產(chǎn)品在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地，從50年代起開始研究爐外精煉技術(shù)，目前世界上已建成較大的爐外精煉設(shè)備有上千臺(tái)之多 。我國(guó)已擁有不包括吹氬裝置在內(nèi)的各種爐外精煉設(shè)備一百多臺(tái)。據(jù)1990年統(tǒng)計(jì)，冶金系統(tǒng)115臺(tái)、機(jī)電系統(tǒng)17臺(tái)，共132臺(tái)；各類真空脫氣裝置28臺(tái)，噴射冶金裝置53臺(tái)，吹氬裝置比較多(200多臺(tái))。一般鋼廠都配有鋼包吹氬。2000年冶金系統(tǒng)不包括吹氬和喂絲的鋼水精煉比為28%，爐外精煉在特殊鋼生產(chǎn)領(lǐng)域發(fā)展比較快，1990年不銹鋼的27.95%和軸承鋼的41.23%是通過(guò)爐外精煉生產(chǎn)的。1991年10月冶金部在武漢召開了第一次爐外精煉會(huì)議，會(huì)上確定今后將重點(diǎn)抓爐外精煉，目前，許多鋼廠都在上或者籌備上爐外精煉。爐外精煉起初僅限于生產(chǎn)特殊鋼和優(yōu)質(zhì)鋼，后來(lái)擴(kuò)大到普通鋼的生產(chǎn)上，現(xiàn)在已基本上成為煉鋼工藝中必不可少的環(huán)節(jié)，它是連接冶煉與連鑄的橋梁。用以協(xié)調(diào)煉鋼和連鑄的正常生產(chǎn)。未來(lái)的鋼鐵生產(chǎn)將向著近終型連鑄(如薄板坯)和后步工序高度一體化的方向發(fā)展。這就要求澆注出的鋼坯無(wú)缺陷，并且能在操作上實(shí)現(xiàn)高度連續(xù)化作業(yè)，因此要求鋼水具有更高的質(zhì)量特性，那就必須進(jìn)一步發(fā)展?fàn)t外精煉技術(shù)。使冶煉、澆注和軋制等工序能實(shí)現(xiàn)最佳銜接。進(jìn)而達(dá)到提高生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的。二、爐外精煉的主要目的和任務(wù)1. 爐外精煉的主要作用：煉鋼技術(shù)的發(fā)展，在提高鋼的質(zhì)量方面，總是向著降低鋼中的有害雜質(zhì)和非金屬夾雜物的含量，改善夾雜物的形態(tài)和分布，使鋼的化學(xué)成分均勻，精確控制過(guò)程溫度，使之能適合后步工序生產(chǎn)要求的方向發(fā)展；在經(jīng)濟(jì)方面是向著提高生產(chǎn)率，降低原材料、能源和勞動(dòng)力消耗方向發(fā)展；在工藝方面，則要求盡量提高生產(chǎn)多鋼種的適應(yīng)能力。2. 爐外精煉在嚴(yán)格控制條件下要完成下列任務(wù)：1）降低鋼中氧、硫、氫、氮和非金屬夾雜物含量，改變夾雜物形態(tài)，以提高鋼的純凈度，改善鋼的機(jī)械性能。2）深脫碳，滿足低碳或超低碳鋼的要求。在特定條件下，把碳脫到極低的水平。3）微調(diào)合金成分，把合金成分控制在很窄的范圍內(nèi)，并使其分布均勻，盡量降低合金的消耗，以提高合金收得率。4）調(diào)整鋼水溫度到澆注所要求的范圍內(nèi)，最大限度地減小包內(nèi)鋼水的溫度梯度。完成上述任務(wù)就能達(dá)到提高質(zhì)量，擴(kuò)大品種，降低消耗和成本，縮短冶煉時(shí)間，提高生產(chǎn)率，協(xié)調(diào)好煉鋼和連鑄生產(chǎn)的配合等目的。但是到目前為止，還沒(méi)有任何一種爐外精煉方法能完成上述所有任務(wù)，某一種方法只能完成其中一項(xiàng)或幾項(xiàng)任務(wù)。各廠條件和冶煉鋼種不同，一般是根據(jù)不同需要配備一兩種爐外精煉設(shè)備。二、 爐外精煉的手段各種爐外精煉技術(shù)的出現(xiàn)，都是為了解決廠家所要求解決的具體問(wèn)題，同時(shí)又密切結(jié)合著該廠的廠房，設(shè)備，工藝等具體條件。雖然各種爐外精煉方法各不相同，但是無(wú)論哪種方法都力爭(zhēng)創(chuàng)造完成某種精煉任務(wù)的最佳熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件，使得現(xiàn)有的各種精煉方法在采用的精煉手段方面有共同之處，到目前為止所采用的精煉手段有：渣洗、真空、攪拌、噴吹和加熱(調(diào)溫)以及過(guò)濾等六種。當(dāng)今名目繁多的爐外精煉方法都是這六種精煉手段的不同組合。綜合一種或幾種手段構(gòu)成為一種方法。1）渣洗：獲得潔凈鋼并能適當(dāng)進(jìn)行脫氧、脫硫的最簡(jiǎn)便的精煉手段。將事先配好(在專門煉渣爐中賠煉)的合成渣倒入鋼包內(nèi)，借出鋼時(shí)鋼流的沖擊作用，使鋼液與合成渣充分混合，從而完成脫氧、脫硫和去除夾雜等精煉任務(wù)。2）真空：將鋼水置于真空室內(nèi)，由于真空作用使反應(yīng)向生成氣相方向移動(dòng)，達(dá)到脫氣、脫氧、脫碳等的目的。是爐外精煉中廣泛應(yīng)用的一種方法。3）攪拌：通過(guò)攪拌擴(kuò)大反應(yīng)界面，加速反應(yīng)過(guò)程，提高反應(yīng)速度。攪拌方法：吹氬攪拌，電磁攪拌。4）加熱：調(diào)節(jié)鋼水溫度的一項(xiàng)重要手段，使煉鋼與連鑄更好地銜接。加熱方法：電弧加熱，化學(xué)熱法。5）噴吹：將反應(yīng)劑加入鋼液內(nèi)的一種手段，噴吹的冶金功能取決于精煉劑的種類。它們完成脫碳、脫硫、脫氧、合金化和控制夾雜物形態(tài)等精煉任務(wù)。6）過(guò)濾：隨著技術(shù)的進(jìn)步出現(xiàn)的一種新的精煉手段，如利用陶瓷過(guò)濾器將鋼中的氧化物夾雜等過(guò)濾掉。四精煉造渣工藝制定1.轉(zhuǎn)爐渣對(duì)精煉效果的影響（1）渣中碳粒對(duì)鋼中碳含量的影響在轉(zhuǎn)爐出鋼合金化的過(guò)程中 ,由于加入增碳劑(瀝青焦) ,有部分碳?；烊脘撛?,且白灰、合金的加入溫降較大 ,使熔渣變稠甚至硬化結(jié)殼其結(jié)果導(dǎo)致精煉前期化渣困難時(shí)間較長(zhǎng)和就位成份碳含量不準(zhǔn)確。為了解決這一問(wèn)題 ,采取了轉(zhuǎn)爐按鋼種下限碳含量控制 ,減少轉(zhuǎn)爐下渣和LF送電 58min后取樣的措施 ,確保在LF碳含量的準(zhǔn)確控制。（2）轉(zhuǎn)爐下渣對(duì)精煉效果的影響轉(zhuǎn)爐出鋼過(guò)程中下渣時(shí) ,爐渣受鋼流的混沖乳化起到了充分氧化鋼液(消耗脫氧劑和鐵合金)的作用。到精煉的運(yùn)輸過(guò)程中對(duì)鋼包中鋼液起到長(zhǎng)時(shí)間的氧化作用 ,使鋼成份、脫氧元素不斷變化1 。這種原始渣氧化性強(qiáng) ,爐渣氧勢(shì)高且渣中 SiO2 含量較高、堿度低 ,給LF精煉脫氧造成極大危害 ,造渣時(shí)間延長(zhǎng) ,精煉與鑄機(jī)匹配不暢在LF 精煉過(guò)程中發(fā)現(xiàn)鋼包內(nèi)轉(zhuǎn)爐下渣超過(guò)100mm時(shí)加入較大數(shù)量的渣料和脫氧劑及熔劑都難以使熔渣獲得良好的流動(dòng)性及良好的白渣化程度 ,白渣化困難的主要原因是渣中 FeO 含量高 ,脫氧劑很難在粘稠的渣中擴(kuò)散 ,脫氧時(shí)間長(zhǎng)。取渣樣分析的結(jié)果表明渣中(FeO +MnO)含量較高 ,這種熔渣吸收夾雜物的能力也較差。渣厚在 5010mm之間時(shí) ,化渣仍然較慢 ,熔渣流動(dòng)性一般 ,白渣化程度一般 ,較難形成粉白渣 ,停電后熔渣在23min 后粘度迅速增大 ,這種熔渣吸收夾雜物的能力也較差。渣厚小于50mm時(shí) ,化渣迅速 ,送電 58min 后熔渣便能獲得良好的流動(dòng)性 ,也具有良好的埋弧作用 ,熔渣 SiO2 含量也較少 ,熔渣過(guò)程粘度變化小 ,能較早形成白渣。分析結(jié)果表明渣中( FeO + MnO)含量較低。搞好出鋼末期的擋渣 ,盡可能地減小轉(zhuǎn)爐渣進(jìn)入鋼包是發(fā)揮LF精煉作用的基本前提 ,這一點(diǎn)要引起高度地重視。2.合理的精煉渣系爐渣的精煉能力決定于爐渣的化學(xué)性能和物理性能。為確保熔渣具有較好的流動(dòng)性、發(fā)泡埋弧作用、脫硫及吸收夾雜物的能力 ,根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐和研資料介紹 ,我們選擇表1所示渣系為L(zhǎng)F精煉目標(biāo)渣系。表1 LF精煉目標(biāo)渣系 ( %)CaO%SiO2%MgO%FeO%Al2O3%MnO%CaF2R45551020510 0. 81520 0. 37122. 93. 6表2 實(shí)際生產(chǎn)LF爐渣樣成分（wt）樣號(hào)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堿度對(duì)脫硫率的影響隨著 CaO的加入爐渣堿度升高 ,爐渣硫容大 ,脫硫能力增強(qiáng)。當(dāng)堿度達(dá)到一定值時(shí) ,隨著堿度增大 ,渣中 CaO 含量升高 ,熔渣粘度增大界面硫擴(kuò)散成為限制環(huán)節(jié) ,使?fàn)t渣脫硫的動(dòng)力件變差 ,再繼續(xù)提高爐渣堿度 ,脫硫率反而下降3.2 SiO2 對(duì)脫硫、脫氧的影響熔渣中 SiO2 含量普遍較高 ,主要是轉(zhuǎn)爐下渣多，含 Si、 Mn較高的鋼原始渣中 CaO低、 SiO2高，熔渣基本成中性 ,渣中 SiO2 高達(dá)20%以上 ,精FeO 0.5 %的較少 ,而在 1 %左右的較多且脫硫效果差。原因在于渣量多、精煉新加 CaO 等渣料化渣時(shí)間長(zhǎng)使渣中脫氧劑擴(kuò)散困難 ,SiO2 含量高，堿度低 ,熔渣組元活度受到影響。3.3 Al2O3 含量對(duì)脫硫的影響脫硫率隨Al2O3 含量的增加呈下降趨勢(shì)。這是由于渣中 Al2O3 是兩性氧化物 ,在堿性還原渣中Al2O3 呈酸性 ,隨著 Al2O3 含量的增加爐渣堿度降低 ,使?fàn)t渣的脫硫能力降低。但從生產(chǎn)中可以看出 ,渣中適當(dāng)添加 Al2O3 可以明顯降低渣系熔點(diǎn) ,促進(jìn)化渣。Al2O3是中性偏酸的物質(zhì)，從脫硫需要堿性這點(diǎn)上來(lái)說(shuō)，對(duì)脫硫起到不利的作用。但是某些廠在脫硫劑中配入鋁渣提高脫硫率的事實(shí)表明，Al2O3肯定具有復(fù)雜的作用。首先，它有降低脫硫產(chǎn)物CaS活度的效果，這使得熔渣具有更大的硫容量；其次，Al2O3會(huì)降低CaO的熔點(diǎn)，改善渣的流動(dòng)性,使渣具有更強(qiáng)的反應(yīng)性能。但當(dāng)鋁渣用量過(guò)大時(shí)，Al2O3使渣堿度降低，會(huì)使渣脫硫能力減弱。實(shí)驗(yàn)中當(dāng)AD粉（主要成分：Al和Al2O3）用量超過(guò)15%后，脫硫率下降即是這一原因。因此 ,要獲得良好的冶金性能兼顧其脫硫能力和物理性能 ,即渣中應(yīng)添加一定量的Al2O3。3.4 CaF2 含量對(duì)脫硫的影響當(dāng)渣中 CaF2 10 %時(shí) ,隨著 CaF2 含量的增加 ,脫硫率減小。這是由于從熱力學(xué)角度講 ,按分子理論 ,爐渣脫硫反應(yīng)如下:CaO2 + S = (CaS) + O隨著脫硫反應(yīng)的進(jìn)行 ,渣鋼界面將有 CaS固體形成 ,而 CaS固體存在阻止脫硫反應(yīng)的進(jìn)行 ,而且使液相量減少。渣中 CaF2 加入 ,有利于 CaS固體的破壞 ,使液相量增加 ,改善了脫硫條件。CaF2 的加入降低了2CaOSi02的熔點(diǎn)，使硫容易向CaO 固相擴(kuò)散； CaF2 分解出的氟離子破壞了2CaOSi02 賴以結(jié)合的化學(xué)鍵，使之形成“空隙”，易使硫擴(kuò)散到CaO粒子內(nèi)部。但當(dāng)渣中 CaF2 含量達(dá)到足以阻止CaS固體形成時(shí) ,繼續(xù)增加CaF2 ,過(guò)量CaF2 的存在 ,會(huì)造成渣中 CaO 被稀釋 ,使有效CaO的濃度降低 ,不利于脫硫的進(jìn)行。五、結(jié)論1）LF爐鋼水爐外精煉能使鋼水的溫度、成分、氣體、有害元素與夾雜進(jìn)行經(jīng)濟(jì)有效的調(diào)整，達(dá)到凈化、均勻、穩(wěn)定的目的。實(shí)現(xiàn)鋼材由量到質(zhì)的轉(zhuǎn)變。2）轉(zhuǎn)爐下渣的問(wèn)題影響了LF的造渣處理效果 ,要下功夫解決擋渣出鋼的問(wèn)題。3) Ca