爐外精煉原理CAS-OB和IR-UT法

1、爐外精煉原理 CAS-OB和IR-UT法5.7.1 CAS-OB法 CAS法 CAS-OB法 5.7.2 IR-UT法5.7.1 CAS法CASComposition adjustment by sealed argon bubbling（密封吹氬微調(diào)合金成分）。日本新日鐵公司八幡技術(shù)研究所1975年開(kāi)發(fā)的簡(jiǎn)易爐外處理工藝，80年代末期逐漸推廣應(yīng)用。在以往的鋼包底吹氬均勻鋼液成分和溫度功能的基礎(chǔ)上，在鋼液面上插入一個(gè)隔離罩，撇開(kāi)爐渣，鐵合金從隔離罩上面加入，不與爐渣接觸，直接加入到鋼液內(nèi)，并在底吹氬攪拌下，微調(diào)合金成分，提高了合金收得率。此外，這種方法還有利于消除鋼中的大型夾雜物，以較低的成本

2、獲得純凈的鋼液。CAS法主要用于處理轉(zhuǎn)爐鋼液 。1透氣磚；2鋼包；3鋼液；4隔離罩；5加熱及取樣孔；6排氣孔圖5-36 CAS法系統(tǒng)示意圖5.7.1 CAS法（1）CAS法的設(shè)備：鋼包底吹氬系統(tǒng)；隔離罩（或浸漬罩）及其升降機(jī)構(gòu)，隔離罩是由鋼板支承的耐火材料環(huán)罩，由罩體和浸入部分組成，浸入部分用高鋁耐火水泥澆鑄而成，操作時(shí)插入鋼液；合金料加入系統(tǒng)，有合金料倉(cāng)，電磁振動(dòng)給料器，電子稱量裝置，輸送膠帶；測(cè)溫取樣和割渣裝置。（2）CAS法的基本功能：均勻和調(diào)整鋼液成分和溫度；提高合金收得率；凈化鋼液、去除氣體和夾雜物。 5.7.1 CAS法 （3）精煉工藝過(guò)程：首先強(qiáng)底吹氬氣，在上升的氣液兩相流股作用

3、下，鋼液沸騰，氬氣流股上方的鋼液表面凸起，將熔渣向周圍推開(kāi)，在鋼液表面形成一個(gè)無(wú)渣的區(qū)域，當(dāng)裸露的鋼液表面積相當(dāng)于隔離罩面積時(shí)降下隔離罩插入裸露的鋼液內(nèi)罩住該無(wú)渣區(qū)域，以便加入的合金與爐渣隔離，也使鋼液與大氣隔離。罩內(nèi)呈密封狀態(tài)，鋼液面無(wú)爐渣覆蓋，加上吹氬使罩內(nèi)充滿氬氣，形成相對(duì)的惰性氣氛，保持氬氣正壓，調(diào)整成分用的鐵合金從罩的頂部加入，不經(jīng)過(guò)爐渣直接加入鋼液內(nèi)，從而減小合金損失，因此合金收得率高且穩(wěn)定，成分迅速均勻，并可精確調(diào)整成分。5.7.1 CAS法與常規(guī)吹氬攪拌處理鋼液比較，處理78分鐘，鋼中總氧量由10010-4可降到4010-4以下，處理后鋼中非金屬夾雜物明顯減少，尤其40以上的大

4、型夾雜物可減少50%；2040的夾雜物可減少1/21/3，大大改善鋼的質(zhì)量。5.7.1 CAS法（4）具體操作：鋼包吊運(yùn)到處理站，對(duì)位以后，強(qiáng)吹氬1分鐘，吹開(kāi)鋼液表面渣層后，立即降罩，同時(shí)測(cè)溫取樣，按計(jì)算好的合金稱量，不斷吹氬，稍后即可加入鐵合金進(jìn)行攪拌。吹氬結(jié)束將隔離罩提升，再測(cè)溫取樣。新日鐵試驗(yàn)結(jié)果反映出CAS法的優(yōu)勢(shì)：鋼液氮含量維持低水平。CAS處理后鋼液中N為，鋼液送到中間包內(nèi)，N為。中間包水口結(jié)瘤改善。兩臺(tái)鑄機(jī)連澆爐數(shù)的統(tǒng)計(jì)表明，CAS處理分別達(dá)56和100爐。鋼材質(zhì)量提高。 5.7.1 CAS法 CAS-OB法是CAS法的改進(jìn)，增設(shè)頂氧槍。 為了快速補(bǔ)償CAS法處理過(guò)程中的溫降，在

5、隔離罩內(nèi)增設(shè)了一支吹氧槍對(duì)鋼液進(jìn)行吹氧，同時(shí)向鋼液內(nèi)加入鋁或硅鐵，利用加入的鋁或硅鐵與氧反應(yīng)所放出的熱量直接加熱鋼液，稱為CASOB法（OBOxygen blowing）。其目的是對(duì)轉(zhuǎn)爐鋼液進(jìn)行快速升溫，補(bǔ)償CAS法工序的溫降，為中間包內(nèi)的鋼液提供準(zhǔn)確的目標(biāo)溫度，使轉(zhuǎn)爐和連鑄協(xié)調(diào)配合。其設(shè)備如圖所示。CAS-OB法為新日鐵最早推出，為最具有代表性的化學(xué)加熱法。5.7.2 CASOB法原理設(shè)備冶金特性精煉工藝5.7.2 CASOB法圖5-37 CAB-OB設(shè)備示意圖1透氣磚；2鋼包；3渣；4隔離罩；5隔離罩升降機(jī)構(gòu)；6氧槍；7合金料斜槽；8排氣口5.7.2 CASOB法5.7.2 CASOB法

6、CAS-OB原理和工藝： 在大氣壓下，將氬氣通過(guò)鋼包底部透氣磚吹入，將浸漬管插入鋼液表面吹氬口的上方，并擋掉爐渣?？赏ㄟ^(guò)浸漬管加入各種合金調(diào)整鋼水成分。并且在浸漬管上插入氧槍，加熱鋼水。CAS-OB可以調(diào)整和均勻鋼水的溫度和成分，減少鋼中氧化物夾雜的含量及改善鋼水的凝固性能。5.7.2 CASOB法（1） CAS-OB法的工藝原理 CAS-OB法的基本原理： OB氧槍吹氧，并向罩內(nèi)投入鋁、硅、碳等可燃物質(zhì)，發(fā)生氧化反應(yīng)產(chǎn)生化學(xué)熱。燃燒熱通過(guò)輻射、傳導(dǎo)、對(duì)流傳給鋼液，借助氬氣攪拌將熱傳向鋼液深部。燃燒鋁的理論需氧量為，燃燒硅需要氧；實(shí)際分別為和。鋼液比熱容取kg，燃燒鋁和硅的噸鋼升溫值分別為35

7、和33。一般把升溫幅度控制在50以內(nèi)。 一般熱吸收率可達(dá)80以上。為獲得較好的鐵、錳、碳元素?zé)龘p，需要保持比較多的與供氧相平衡的理論燃燒物數(shù)量。5.7.2 CASOB法（2）CASOB的設(shè)備 底吹氬系統(tǒng) 合金稱量與加入系統(tǒng) 氧槍升降與吹氧系統(tǒng) 浸漬罩及其升降系統(tǒng) 保溫材料加入系統(tǒng) 自動(dòng)測(cè)溫取樣裝置 風(fēng)動(dòng)送樣及光譜分析系統(tǒng) 除塵系統(tǒng)1） 隔離罩(浸漬罩) 隔離罩的作用：隔離浮渣，形成無(wú)渣液面，并提供加入微調(diào)合金空間，提高合金元素的收得率；容納上浮的攪拌氬氣，提供氬氣保護(hù)空間；為鋁氧反應(yīng)加熱鋼液提供反應(yīng)空間；收集和排出煙氣（煙罩作用）。CAS-OB隔離罩為錐形體。由鋼板焊成，分上下兩部分，上罩體內(nèi)

8、襯耐火材料，下罩體內(nèi)外均襯以耐火材料，以便浸入鋼液內(nèi)部，通常浸入深度為100200mm。耐火材料為高鋁質(zhì)不定形材料，一般Al2O370，使用壽命為65100次。例如：浸漬罩高度：3000 mm下罩體外徑：1924 mm下罩體內(nèi)徑：1400 mm5.7.2 CASOB法5.7.2 CASOB法5.7.2 CASOB法寶鋼300tCAS-OB隔離罩 隔離罩在鋼包內(nèi)的位置應(yīng)能基本籠罩住全部上浮氬氣泡，并與包壁保持適當(dāng)?shù)木嚯x。據(jù)新日鐵經(jīng)驗(yàn)，自包內(nèi)壁至隔離罩外壁的距離170mm合適。 隔離罩的內(nèi)徑的按下式確定： D =2tan(/2)h十d (5-80)式中 D隔離罩內(nèi)徑，m； h鋼液深度，m； 氬氣泡

9、擴(kuò)張角，取2025； d吹氬磚直徑，m。 隔離罩深度凈空高度+渣層厚度+罩插入鋼液中的深度（100200mm）。 5.7.2 CASOB法300t鋼包浸漬管內(nèi)徑的確定5.7.2 CASOB法確定浸漬管內(nèi)徑的另一種方法是（考慮渣層影響）：式中： -裸露孔面積，m2; -渣層厚度，m; -鋼液深度，m; -氬氣流量，m3/s; -重力加速度，m/s25.7.2 CASOB法POSCO 300t CAS-OB:CH.-S. HA,J.-M. PARK,A R C H I V E S O F M E T A L L U R G Y & M A T E R I A L S. 53(2),2008 :63

10、7-6425.7.2 CASOB法2）氧槍 一般在CAS-OB法中多采用惰性氣體包圍氧氣流股的雙套管頂吹氧槍。常見(jiàn)吹氧槍為消耗型，用雙層不銹鋼管組成。套管外涂高鋁質(zhì)耐火材料(A12O390)，套管間隙一般為23mm。中心管吹氧，套管環(huán)縫吹氬氣冷卻，氬氣量大約占氧氣量的10左右。這種噴槍使氧氣流股包圍在隋性氣氛當(dāng)中，形成了集中的吹氧點(diǎn)，在大的鋼液面則形成低氧分壓區(qū)，從而抑制了鋼液的氧化。操作中控制外管壓力和內(nèi)管壓力的比值在之間能收到良好的效果。氧槍的燒損速度大約為50mm次，壽命為20-30次。 5.7.2 CASOB法 為提高升溫速度，將頂吹氧槍下段置于由底吹氣體和頂吹氧在隔離罩內(nèi)形成的發(fā)泡鋼

11、液中進(jìn)行吹氧。最合理的方法是把槍頭埋入發(fā)泡的鋼液中。顯然，底吹的惰性氣體不足以使鋼液發(fā)泡，要借助鋼中碳的氧化生成大量的CO和O2氣體，在起泡的鋼液中吹氧可以實(shí)現(xiàn)高的熱效率和快速升溫。因?yàn)榇藭r(shí)熱量向鋼液的傳遞最快，這里槍位的控制極為重要。這種吹氧過(guò)程中，要消耗一定量的碳，解決方法是轉(zhuǎn)爐以碳的上偏差出鋼，或OB后補(bǔ)加部分碳。5.7.2 CASOB法3) CASOB法加熱鋼液的特點(diǎn) CASOB法在吹氧的同時(shí)，不斷通過(guò)隔離罩向鋼液內(nèi)加入鋁（或硅鐵），利用鋁或硅氧化的化學(xué)熱對(duì)鋼液加熱。吹氧時(shí)有少量的錳、碳、鐵元素被氧化，升溫速度為510/min。如寶鋼最大升溫速度可達(dá)13/min。當(dāng)出鋼溫度低時(shí)或澆注溫

12、度低時(shí)，經(jīng)吹氧處理，可以不回爐再冶煉。 CASOB法對(duì)鋼液加熱調(diào)溫的目的是為了轉(zhuǎn)爐與連鑄更好地協(xié)調(diào)配合。鋼包處理站起緩沖站作用，為連鑄中間包內(nèi)的鋼液提供準(zhǔn)確的目標(biāo)溫度而創(chuàng)造條件。例如鞍鋼的ANSOB，溫度控制在目標(biāo)溫度3 。由于實(shí)現(xiàn)了過(guò)程中加熱，有助于降低轉(zhuǎn)爐的出鋼溫度，提高爐齡和鋼液質(zhì)量。并且可以協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)爐與連鑄的生產(chǎn)，促進(jìn)多爐連澆，提高生產(chǎn)率。利用加入的鋁或硅鐵與氧反應(yīng)所放出的熱量直接加熱鋼液，操作方便，且成本低，效率高。5.7.2 CASOB法(3) CAS-OB冶金特性 CAS-OB精煉技術(shù)是在鋼包底吹氬的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，對(duì)CAS加裝了OB功能。它通過(guò)浸入密閉的浸罩到鋼水中將裸露的鋼水

13、與空氣和大部分鋼包覆蓋渣隔開(kāi)，并通過(guò)底吹氬，在罩內(nèi)逐步形成惰性氣氛，這為鋼水成分調(diào)節(jié)、鋼水凈化、吹氧燃燒升溫等爐外精煉處理打下了良好的基礎(chǔ)。 5.7.2 CASOB法1）CAS-OB 浸罩阻隔空氣效果在鋼水精煉中，底吹氬是最基本的精煉技術(shù)，它也是LF精煉爐、VOD（VD）精煉爐等的必配備的技術(shù)手段。然而在普通底吹氬鋼水處理過(guò)程中甚至在LF精煉爐處理過(guò)程中，底吹時(shí)會(huì)因排開(kāi)包渣形成一定的鋼水裸露面，從而使鋼水與空氣接觸造成二次氧化。圖1是在鋼包底吹氬過(guò)程中底吹攪拌強(qiáng)度對(duì)鋼水脫氧效果影響的情況。在底吹攪拌比較弱的情況下，隨著底吹攪拌強(qiáng)度的增加，鋼水的脫氧效果提高，但當(dāng)攪拌強(qiáng)度達(dá)到80w/t后，鋼水脫

14、氧效果則隨著底吹攪拌強(qiáng)度增加反而降低。造成這一現(xiàn)象的原因是在強(qiáng)底吹攪拌下，鋼水裸露面積大，從而二次氧化嚴(yán)重，造成鋼水增氧（產(chǎn)生大量二次氧化夾雜物）的現(xiàn)象。5.7.2 CASOB法圖1 鋼包底吹氬攪拌強(qiáng)度對(duì)鋼水脫氧率影響。 5.7.2 CASOB法CAS-OB精煉裝置則是采用密閉浸罩下部插入鋼包內(nèi)液面以下，使罩外空氣與罩內(nèi)嚴(yán)格隔離，同時(shí)通過(guò)底吹氬氣逐步在罩內(nèi)形成惰性氣氛，防止空氣從浸罩上部的空隙進(jìn)入罩內(nèi)。因而CAS具有良好的阻隔空氣達(dá)到鋼水液面，防止鋼水二次氧化的作用，如圖2所示。 O+CNHArPO2、PCO、PN2PH2圖3、氬氣泡“真空”反應(yīng)示意圖 2） CAS-OB 氬“真空”精煉5.7

15、.2 CASOB法PO2、PCOPH2、PN2Ar圖4、浸罩內(nèi)氬“真空”反應(yīng)示意圖 5.7.2 CASOB法鋼包底吹氬處理過(guò)程中，在鋼液內(nèi)產(chǎn)生大量的氬氣泡上浮。由于吹入鋼水內(nèi)氬氣的純潔度達(dá)到99.98%以上。對(duì)于50-60噸的鋼包其鋼水深度為左右，在包底時(shí)，氬氣泡內(nèi)部壓力為2，除氬氣以外的其它氣體壓力應(yīng)小于0.0536 kg/cm2 (5.3kPa)。氬氣內(nèi)的殘余氣體主要是氮?dú)?，因此在鋼包底部時(shí)氬氣泡內(nèi)的氮?dú)夥謮簯?yīng)小于0.0536 kg/cm2 (5.3kPa)，對(duì)于CO、H2來(lái)說(shuō)幾乎真空狀態(tài)，其分壓接近0。在鋼液面處時(shí)，其氬氣泡內(nèi)的總壓力接近大氣壓。氬氣泡內(nèi)各氣體所處狀態(tài)與RH輕處里（4-6

16、kPa）的條件接近。因此在氬氣泡內(nèi)，相對(duì)于CO反應(yīng)和脫氣反應(yīng)（見(jiàn)圖3所示）來(lái)說(shuō)，基本處于氬“真空”狀態(tài)，對(duì)于鋼水處理可起到良好的精煉作用。5.7.2 CASOB法在CAS精煉處理時(shí)，在排渣后浸罩插入鋼水內(nèi)將空氣與鋼液面隔離，由于底吹氬氣通過(guò)鋼水進(jìn)入浸罩內(nèi)，通過(guò)上煙氣管道逐步將罩內(nèi)空氣排出，在浸罩內(nèi)形成氬氣氛。如圖4所示，在浸罩內(nèi)的鋼液面上方，由于大量氬氣存在，大大降低了PO2、PCO、PH2、PN2，形成一定氬“真空”狀態(tài)，有利于在鋼液面處進(jìn)行CO反應(yīng)和脫氣反應(yīng)。根據(jù)計(jì)算，對(duì)于50噸鋼包，在CAS處理時(shí)一般2min內(nèi)即可將浸罩內(nèi)充滿氬氣。對(duì)于CAS精煉，在底吹氬產(chǎn)生的氣泡內(nèi)和鋼液面上方的浸罩內(nèi)

17、均形成氬“真空”反應(yīng)區(qū)。由于CAS精煉具有防止空氣進(jìn)入，沒(méi)有二次氧化問(wèn)題，通過(guò)鋼包底部吹入大量的氬氣，從而可以充分發(fā)揮氬氣泡冶金的精煉功能。5.7.2 CASOB法3） CAS-OB 大氣量強(qiáng)攪拌精煉鋼水在合金化過(guò)程中，形成大量的夾雜物。夾雜物的去除主要通過(guò)夾雜物被氣泡吸附、細(xì)小夾雜物碰撞聚合后帶動(dòng)上浮到渣面進(jìn)入渣中。在普通底吹氬的條件下，大多對(duì)鋼水采用低流量弱攪拌方式以防止鋼水二次氧化。在這種情況下，要使鋼水中夾雜物盡可能去除和氧含量盡可能降低，只有通過(guò)延長(zhǎng)處理時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)。同時(shí)由于弱底吹氬攪拌也有一定的裸露鋼水現(xiàn)象，出現(xiàn)少量的二次氧化，對(duì)于后期低氧低夾雜的情況下進(jìn)一步鋼水凈化帶來(lái)困難。圖5是

18、LF精煉喂線后底吹氬過(guò)程中鋼水夾雜物隨時(shí)間變化的情況。5.7.2 CASOB法圖5 LF精煉喂線后底吹氬過(guò)程中鋼水夾雜物隨時(shí)間變化的情況 5.7.2 CASOB法由結(jié)果可看出，在底吹氬10min以內(nèi)時(shí)，鋼水中夾雜物量隨底吹時(shí)間延長(zhǎng)而降低，但是當(dāng)吹氬時(shí)間大于10min以后，隨著吹氬時(shí)間的增加鋼水中夾雜物量也在增加，這是因?yàn)樵诤笃诘状禋迦コ龏A雜物的量小于二次氧化產(chǎn)生的夾雜物量。對(duì)于LF精煉來(lái)說(shuō)，也存在大氣量攪拌帶來(lái)電極消耗、鋼水增碳、鋼水增氮等負(fù)面影響。5.7.2 CASOB法 大氣量底吹攪拌可起到底吹弱攪拌所起不到的作用：提高鋼包內(nèi)氣液比（氬氣與鋼水量比），增大氬氣泡與鋼水的反應(yīng)量； 促進(jìn)鋼水內(nèi)

19、O與C、Al、Si等的反應(yīng)，大大降低鋼水中溶解氧量；提高細(xì)小夾雜物碰撞聚合上浮、氣泡吸附夾雜物上浮的幾率（圖6所示）；對(duì)于有渣的條件下，大氣量攪拌有利于渣鋼混合促進(jìn)渣鋼反應(yīng)。5.7.2 CASOB法圖6、吹氬過(guò)程中夾雜物去除機(jī)理 5.7.2 CASOB法因此，在防止鋼水二次氧化、確保鋼水溫度損失不大的前提下，在精煉前期對(duì)鋼水進(jìn)行適當(dāng)?shù)拇髿饬繑嚢栌欣阡撍膬艋途珶捫省AS-OB精煉裝備由于將密閉浸罩插入鋼包內(nèi)液面以下，使裸露的鋼水與空氣隔開(kāi)并受到罩內(nèi)的氬氣保護(hù)。所以，CAS-OB精煉過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)大氣量底吹攪拌，發(fā)揮高效精煉的作用。 5.7.2 CASOB法4） CAS-OB 罩內(nèi)鋼渣混

20、攪能力強(qiáng)鋼渣反應(yīng)特別是利用包渣脫硫脫氧吸附夾雜物等是鋼水精煉的重要手段之一。在普通底吹氬精煉鋼包中，雖然鋼渣之間的接觸面積比較大，但是為了防止鋼水二次氧化，只能采用小氣量弱攪拌方式，其鋼渣混攪效果差，幾乎沒(méi)有起到精煉渣對(duì)鋼水精煉的作用。LF精煉爐在造白渣的條件下通過(guò)提高底吹攪拌強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)了渣鋼精煉，具有良好的脫硫效果和夾雜物去除效果，但是也帶來(lái)了副作用即鋼水增碳和一定程度的增氮。5.7.2 CASOB法在CAS-OB底吹氬過(guò)程中，由于底吹氬產(chǎn)生的上升液流作用，浸罩內(nèi)產(chǎn)生較強(qiáng)的攪動(dòng)能，精煉渣在鋼液流的作用下，卷入鋼液內(nèi)比較深的位置，大大增加了反應(yīng)區(qū)的精煉渣與鋼液接觸面積，提高了渣鋼精煉效果。圖7中

21、a圖和b圖分別是普通底吹氬和CAS浸罩條件下底吹氬包渣卷入鋼水中的水模照片。從該圖可看出，在CAS鋼包內(nèi)浸入罩的情況下，底吹氬對(duì)卷渣的效果要遠(yuǎn)好于普通鋼包底吹氬。5.7.2 CASOB法 a b圖7普通鋼包底吹氬和CAS浸罩底吹氬卷渣的水模照片 5.7.2 CASOB法5） CAS-OB 與其他精煉技術(shù)比較 CAS與LF、RH、VD精煉效果對(duì)比見(jiàn)表1所示。CAS在成分調(diào)節(jié)、脫氧、夾雜物去除方面與其它精煉裝置有同等的優(yōu)點(diǎn)，而在脫硫、脫氣、渣精煉方面目前還有一定的差距，然而在處理時(shí)間、防止鋼水二次氧化、處理成本、防止增碳增氮等方面具有很大的優(yōu)越性。 5.7.2 CASOB法項(xiàng)目CASLFRHVD成

22、分調(diào)節(jié)好好好好脫氧好好好好脫硫差好差好處理時(shí)間快慢慢慢低碳鋼不增碳增碳深脫碳深脫碳脫氣無(wú)無(wú)有有渣精煉無(wú)好無(wú)好夾雜物去除能力好好一般好防二次氧化好一般好好處理成本低高高高增氮少較高少少 表1精煉裝置性能對(duì)比 5.7.2 CASOB法（4）CAS-OB法精煉工藝1）工藝參數(shù)的選擇發(fā)熱劑的加入量發(fā)熱劑的加入量是影響升溫幅度的重要因素，同時(shí)，發(fā)熱劑的過(guò)剩指數(shù)對(duì)升溫幅度有一定的影響。因此，根據(jù)鋼液要求的升溫幅度，發(fā)熱劑的加入量應(yīng)有一個(gè)合適值，該值可由鋼液與發(fā)熱劑的熱平衡關(guān)系得到。 C鋼TW鋼 = Q發(fā)W發(fā) (5-81) 5.7.2 CASOB法 所以發(fā)熱劑的加入量為： W發(fā)W鋼=C鋼 T(Q發(fā) ) (5

23、-82)式中 W鋼鋼液量，t W發(fā)發(fā)熱劑的加入量，kg； C鋼鋼液比熱容，kJ/(t)； Q發(fā)發(fā)熱劑的發(fā)熱值，kJ/kg； T升溫幅度，； 發(fā)熱效率。 發(fā)熱效率取決于一系列因素，如供氧強(qiáng)度、槍位高度、發(fā)熱劑的粒度、發(fā)熱劑的過(guò)剩指數(shù)及鋼中Fe、Si、Mn等元素的氧化發(fā)熱值等。同時(shí)也與設(shè)備有關(guān)，設(shè)備確定了熱傳輸速率，也確定了鋼液吸熱和散熱的速率。 5.7.2 CASOB法 發(fā)熱劑的加入方式，一般采用一次加入、分批加入或連續(xù)加入。連續(xù)加入方式優(yōu)于其他方式. 發(fā)熱劑的過(guò)剩指數(shù)I 定義為： （5-83）（即按化學(xué)計(jì)算量反應(yīng)相平衡的量）過(guò)剩指數(shù)I變化范圍為。 當(dāng)發(fā)熱劑過(guò)剩指數(shù)增加時(shí)，升溫幅度增加，發(fā)熱劑的

24、氧化率增加，鋼液中殘存的發(fā)熱劑的量也增加。5.7.2 CASOB法供氧量或供氧強(qiáng)度供氧量或供氧強(qiáng)度是影響升溫效果的又一重要因素，而且它還影響冶金效果。供氧量不足，發(fā)熱效果差；供氧強(qiáng)度過(guò)強(qiáng)，易造成噴濺，且受設(shè)備限制。供氧量與供氧強(qiáng)度的關(guān)系為：供氧量供氧強(qiáng)度供氧時(shí)間 因此，應(yīng)先保證供氧量，然后根據(jù)升溫速度選擇合適的供氧強(qiáng)度。5.7.2 CASOB法CAS-OB法中的供氧量可由下列化學(xué)反應(yīng)式計(jì)算： 得： (5-85)式中 發(fā)熱劑的加入量，kg； M發(fā)熱劑的相對(duì)原子質(zhì)量，kgmol。 由此可求出供氧量。 5.7.2 CASOB法供氧強(qiáng)度可根據(jù)升溫速度的需求確定，由式5-81得：兩邊同除以時(shí)間得： (5

25、-86) 代入式5-85中： (5-87)式中 供氧強(qiáng)度，m3/ （） ； 升溫速度，/min。5.7.2 CASOB法 供氧強(qiáng)度以1115Nm3/(ht) 為宜，不超過(guò)20Nm3/(ht)， 300t鋼包實(shí)際使用的供氧速度范圍為10006000Nm3/t，相應(yīng)加鋁速度為20 200kg/min，鋼液升溫速度為513/min 對(duì)于160t鋼包，當(dāng)供氧強(qiáng)度為11Nm3/(ht)時(shí)，鋼液升溫速度為7/min。供氧強(qiáng)度增加至14Nm3(ht)，升溫速度達(dá)到10/min。小型鋼包(2030t)的供氧強(qiáng)度可提高至3345Nm3/(ht) (相當(dāng)于9001000Nm3/h)，最高溫度升速可達(dá)15/min，

26、平均712/min。 據(jù)經(jīng)驗(yàn)，Al(Si)過(guò)剩指數(shù)也對(duì)加熱速度有影響。為了確保升溫效率，適當(dāng)提高過(guò)剩指數(shù)是必要的，一般宜大于。5.7.2 CASOB法配氧與加鋁量的關(guān)系為： QG (5-88)式中Q應(yīng)配氧量，m3； G加入鋁量，。 在相同供氧速率下，采用硅加熱僅為鋁加熱的60。小鋼包的噸鋼占據(jù)隔離罩容積要大些，因而供氧強(qiáng)度可略高于大型鋼包。5.7.2 CASOB法CH.-S. HA,J.-M. PARK,A R C H I V E S O F M E T A L L U R G Y & M A T E R I A L S. 53(2),2008 :637-6425.7.2 CASOB法吹氬量：

27、吹氬量過(guò)小，不足以撇開(kāi)渣層；吹氬量過(guò)大，又會(huì)導(dǎo)致噴濺；另外鋼渣攪拌過(guò)于激烈又會(huì)使渣混入鋼中，影響合金收得率和鋼的純凈度。因此要設(shè)計(jì)合理的吹氬曲線。攪拌強(qiáng)度和混勻時(shí)間：攪拌強(qiáng)度與吹氬量、鋼液溫度、包內(nèi)鋼液量有關(guān)，而混勻時(shí)間又與攪拌強(qiáng)度大小直接相關(guān)。數(shù)學(xué)表達(dá)式前已經(jīng)分析過(guò)。5.7.2 CASOB法5.7.2 CASOB法2）升溫過(guò)程中鋼中元素的變化規(guī)律鋼液化學(xué)加熱法在升溫過(guò)程中，由于其氧化燃燒金屬或合金，必然對(duì)鋼中元素產(chǎn)生一定的影響。在使用鋁做發(fā)熱劑時(shí)，過(guò)剩指數(shù)為，供氧速度合適時(shí)，元素的變化規(guī)律如圖5-39所示。圖5-38升溫過(guò)程鋼液成分變化 圖5-39 加鋁吹氧結(jié)束后吹氬攪拌過(guò)程中鋼液成分變化

28、5.7.2 CASOB法由圖可見(jiàn)，在吹氧前期，Si、Mn下降，在后期回升。這是由于前期集中供氧，Si、Mn參與反應(yīng)，隨著向鋼中投入金屬鋁，Al逐漸增多，Si、Mn的氧化受到抑制，Si、Mn含量逐漸回升。C、P、S在過(guò)程中變化微小。在加鋁吹氧結(jié)束后吹氬攪拌過(guò)程中鋼液成分變化如圖5-40所示。由圖可見(jiàn)，Si、Mn呈緩慢增多趨勢(shì)，Al呈下降趨勢(shì)，這說(shuō)明Al在還原SiO2和MnO，還原能力隨其含量變化的主要因素為發(fā)熱劑的過(guò)剩指數(shù)、供氧強(qiáng)度、攪拌強(qiáng)度等。5.7.2 CASOB法 據(jù)住友提供的數(shù)據(jù)，加熱含Si和Mn的鋼液，升溫期間將有Si和Mn被燒損。碳的燒損量與鋼液含碳量不同而異，對(duì)于鋼液，燒損量為，對(duì)

29、于鋼液，燒損量為。5.7.2 CASOB法 因此，在鋼液升溫后，需加入一定數(shù)量合金進(jìn)行成分微調(diào)。由于浸漬罩的設(shè)置，較易實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的成分微調(diào)，其目標(biāo)偏差可控制在如表5-18范圍。 表5-18 目標(biāo)成分偏差范圍CSiMn (0.7)Mn (0.7)Al0.020.040.050.060.0155.7.2 CASOB法3)氧槍槍位的控制 在實(shí)際操作中，氧槍槍位的控制對(duì)升溫過(guò)程是相當(dāng)關(guān)鍵的因素，低的槍位可以獲得高的升溫速度，但氧槍的熔損加劇，槍位控制困難，升溫效果也受到影響。 在50800mm可控槍位范圍內(nèi)，200500mm的槍位比較理想。 頂吹氧槍的頂端與隔離罩內(nèi)鋼液靜止時(shí)液面間的距離L應(yīng)滿足： (5

30、-91) 5.7.2 CASOB法 此時(shí)高溫火焰點(diǎn)能形成在起泡很高的鋼液內(nèi)，所產(chǎn)生的熱量便從高溫火焰點(diǎn)向四處傳播，而實(shí)現(xiàn)高效率、快速升溫。 (5-92) (5-93)式中 Eg惰性氣體使鋼液攪動(dòng)的能量，W； F底吹惰性氣體流量，m3min； T處理溫度，K或； H鋼液面與供氣磚出口間距，m； d隔離罩內(nèi)徑，m； 鋼液密度，kg/m3； 頂吹氧流量，m3/min。 最佳吹氧模式為：氧氣流股對(duì)鋼液面的沖擊以鋼液飛濺量少，氧流股集中于反應(yīng)區(qū)域內(nèi)，利于鋁氧反應(yīng)的穿透。穿透深度(L)和鋼液深度(L0)比值(L/L0)應(yīng)選擇在之間。浸漬管的插入深度(hs)與鋼液深度(L0)之比以為宜。5.7.2 CASO

31、B法CAS-OB工藝流程：轉(zhuǎn)爐出鋼鋼包到達(dá)處理位接吹氬管測(cè)溫（定氧）取樣吹氬攪拌浸漬管下降成分、溫度調(diào)整測(cè)溫取樣成分、溫度微調(diào)浸漬管上升吹氬停止測(cè)溫取樣拔吹氬管鋼包離開(kāi).5.7.2 CASOB法(5) 工藝流程1）300t鋼包CAS工藝操作 CAS處理中為獲得較高的合金收得率和凈化鋼液，一要擋好渣，二要保證合理的底吹氬量。為保證鋼液溫度、成分均勻和夾雜上浮，吹氬攪拌時(shí)應(yīng)大于6min，對(duì)鋁鎮(zhèn)靜鋼還要適當(dāng)延長(zhǎng)。300t鋼包攪拌強(qiáng)度為50W/（ts）。 300t鋼包CAS-OB升溫處理時(shí)間一般為610min。以30爐次生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，OB吹氧量(匹配相應(yīng)加鋁速度和總量)與鋼液升溫幅度的關(guān)系如圖5-41

32、所示。鋼液升溫速度主要取決于供氧強(qiáng)度(匹配相應(yīng)加鋁速度和總量)，在供氧強(qiáng)度3(t.min)條件下，鋼液升溫在9.1min，平均升溫7.0min。 5.7.2 CASOB法2）80tCAS-OB工藝操作 鋼液到站后，先采用大流量底吹氬氣攪拌鋼液，鋼液中心突起，把渣排斥到包壁四周，翻騰的鋼液呈裸露狀態(tài)。這時(shí)降下隔離罩，渣被攔在罩外。向罩內(nèi)加入鋁丸(含鋁，粒度812mn)，鋁丸被鋼液迅速融化成熔融狀態(tài)，吹入的氧氣與液態(tài)鋁發(fā)生劇烈的氧化反應(yīng)，釋放出大量的化學(xué)熱，首先將罩內(nèi)的鋼液加熱。鋼包底吹氬氣的攪拌作用，使罩內(nèi)高溫鋼液與鋼包內(nèi)低溫鋼液發(fā)生對(duì)流，結(jié)果使整包鋼液達(dá)到升溫目的。升溫2530的工藝操作如圖5

33、-42所示。5.7.2 CASOB法圖5-41 吹氧量和升溫幅度的關(guān)系 圖5-42 武鋼二煉鋼CAS-OB工藝操作工序5.7.2 CASOB法 開(kāi)吹氬氣流量為300350L/min(標(biāo)態(tài))，鋼液裸露面積為600800mm，浸漬管插入鋼液深度為100200mm。吹氧過(guò)程中，向鋼液分批加入升溫劑。如果鋼液量為74t，吹氧時(shí)間為67min，總處理時(shí)間為1215min，即完成2530的升溫操作。5.7.2 CASOB法CAS精煉站主要技術(shù)性能參數(shù)序號(hào)項(xiàng) 目單 位數(shù)值1CAS公稱容量t3002平均精煉鋼水量t/爐3003精煉周期min15264浸漬罩升降行程mm36005.7.2 CASOB法 CAS精

34、煉站冶煉周期序號(hào)操作時(shí)間min1吹氬均勻溫度成分32測(cè)溫、取樣、定氧1.53下降浸漬罩14加Al脫氧35定氧1.56合金化、調(diào)整溫度27吹氬38測(cè)溫、取樣1.59喂絲210弱攪拌811測(cè)溫1.5合計(jì)285.7.2 CASOB法(6)CAS-OB 系統(tǒng)改進(jìn)與推廣 我國(guó)大多為中小轉(zhuǎn)爐，生產(chǎn)流程和車間廠房均已建設(shè)完畢，轉(zhuǎn)爐-連鑄生產(chǎn)節(jié)奏比較快、時(shí)常轉(zhuǎn)爐鋼水即供板坯連鑄也供小方坯連鑄。因此原CAS技術(shù)在生產(chǎn)流程布置方式、設(shè)備建設(shè)、投資成本、生產(chǎn)工藝等方面滿足不了我國(guó)許多鋼廠現(xiàn)場(chǎng)條件與生產(chǎn)需要的要求。對(duì)CAS精煉裝備與技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)和開(kāi)發(fā)，以滿足這種需要。 5.7.2 CASOB法1）在線CAS-OB精煉

35、 在國(guó)外應(yīng)用的和國(guó)內(nèi)新建的CAS-OB精煉裝置均采用離線布置的方式，即精煉站建設(shè)在與轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)流程的出鋼軌道線外的位置。其優(yōu)點(diǎn)是在CAS-OB精煉處理時(shí)，不影響下一爐出鋼的操作。但是所帶來(lái)的缺點(diǎn)是鋼包調(diào)運(yùn)環(huán)節(jié)增多，增加了輔助時(shí)間，減少了精煉的有效時(shí)間。對(duì)于大轉(zhuǎn)爐來(lái)說(shuō)，冶煉時(shí)間長(zhǎng)，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境寬敞，建設(shè)離線CAS-OB從生產(chǎn)時(shí)間和車間空間來(lái)說(shuō)都能滿足要求。5.7.2 CASOB法我國(guó)中小轉(zhuǎn)爐采用快節(jié)奏的生產(chǎn)方式，轉(zhuǎn)爐冶煉與連鑄澆注周期都比較短，再加上鋼包調(diào)運(yùn)的時(shí)間，留給CAS-OB精煉處理的時(shí)間就更短，這樣就會(huì)大大影響精煉效果。為了適用于我國(guó)實(shí)際情況，可建設(shè)在線CAS-OB精煉站，將CAS-OB建設(shè)在

36、原在線吹氬站位置處，節(jié)約了多余的鋼包調(diào)運(yùn)時(shí)間5-8min，并解決了浸罩在線更換、快速精煉、鋼包車運(yùn)行在線監(jiān)控、在線快速分析、渣面快速檢測(cè)等一系列問(wèn)題，提高了CAS-OB精煉效率，滿足中小轉(zhuǎn)爐快節(jié)奏生產(chǎn)的需要。5.7.2 CASOB法2）CAS-OB設(shè)備結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)日本引進(jìn)的CAS-OB裝備結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，要求廠房空間高，占地面積大，機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)比較龐大，投資成本大。在不影響CAS-OB精煉能力的前提下，對(duì)其裝備進(jìn)行了國(guó)產(chǎn)化自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)化的研究開(kāi)發(fā)，對(duì)下料方式、浸罩結(jié)構(gòu)與升降機(jī)構(gòu)、氧槍結(jié)構(gòu)與升降系統(tǒng)、鋼液面檢測(cè)系統(tǒng)、設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)、設(shè)備電氣儀表計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)均進(jìn)行了全面改革。新型CAS-OB精煉

37、裝置具有占地面積少、空間高度低、設(shè)備結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)、操作方便、設(shè)備故障率低、投資少等特點(diǎn)，適合我國(guó)中小轉(zhuǎn)爐配備在線CAS-OB精煉的需要。5.7.2 CASOB法3）CAS-OB多功能精煉工藝開(kāi)發(fā) 常規(guī)的CAS-OB主要的精煉功能有：鋼水成分調(diào)節(jié)、鋼水升溫、防止鋼水二次氧化、鋼水凈化等。為了更好的滿足生產(chǎn)需要，在原功能的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了通過(guò)包渣改質(zhì)、CAS浸罩內(nèi)大氣量攪拌的CAS頂渣脫硫技術(shù)，脫硫效果達(dá)到20-45%；針對(duì)我國(guó)許多鋼廠煉鋼比配備板坯連鑄機(jī)又配備小方坯連鑄機(jī)的實(shí)際情況，開(kāi)發(fā)了鋁鎮(zhèn)靜鋼（主要是板坯連鑄）和硅鎮(zhèn)靜鋼（主要是小方坯連鑄）的鋼水升溫工藝，有效防止了連鑄水口可能出現(xiàn)堵塞的現(xiàn)象等等。

38、 5.7.2 CASOB法CAS法精煉效果與常規(guī)吹氬攪拌處理的鋼液相比，鋼中總氧量可由下降到以下。40m以上的大型夾雜物可減少80，2040m的夾雜物可減少1/21/3，大大改善鋼的質(zhì)量。提高脫氧元素的收得率。 由于收得率的提高，同樣的加鋁量，鋼中酸溶鋁量可成倍增加。若有部分渣殘留在罩內(nèi)，合金收得率就會(huì)下降，且操作不穩(wěn)定。實(shí)踐表明，渣層過(guò)厚時(shí)，隔離罩的排渣、隔渣能力也就得不到充分利用。(7) CAS及CAS-OB精煉效果5.7.2 CASOB法5.7.2 CASOB法CAS-OB法的精煉效果日本八幡廠300t轉(zhuǎn)爐在生產(chǎn)中采用CAS-OB技術(shù)用于補(bǔ)償爐外精煉溫降和降低轉(zhuǎn)爐出鋼溫度(由1730降低

39、到1680)。一般可降低4050。目前，加熱鋼液升溫速度已達(dá)到10/min。加熱前后鋼液成分幾乎無(wú)變化，也未有氮升高的傾向。對(duì)夾雜物的調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，中間包鋼液或成品坯中均未出現(xiàn)問(wèn)題，與以往基本相同。國(guó)內(nèi)寶鋼等企業(yè)生產(chǎn)得到同樣結(jié)論。但OB后一定要保證必要的CAS時(shí)間。5.7.2 CASOB法5.7.2 IR-UT法： IR-UT（Injection Refining With Temperature Raising Capability），即帶有增加溫度能力的噴吹精煉。 這是繼CAS-OB法后，日本住友金屬工業(yè)株式會(huì)社1986年開(kāi)發(fā)的又一項(xiàng)新的爐外精煉方法，稱之為IR-UT鋼包冶金站。該技術(shù)設(shè)置了吹氧和吹氬攪拌（或噴粉）用的兩支浸入式噴槍，吹氬方式由底吹改為頂吹，對(duì)鋼液吹氧加熱后