LF炉合成精炼渣及操作制度对脱硫效果的影响.doc
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1、辽宁科技大学成人教育学院毕业设计(论文)题 目:LF炉合成精炼渣及操作 制度对脱硫效果的影响 函授站点: 本钢工学院 年级专业: 2011级冶金工程(本)学生姓名: 郗玲玲 指导教师: 郑颖 2013 年 4 月 10 日目 录摘要11 LF炉的精炼功能21.1炉内气氛21.2氩气搅拌21.3埋弧加热31.4白渣或造高碱度还原渣精炼31.5合金微调与成分控制42LF炉合成精炼渣成分对脱硫效果的影响52.1LF炉合成精炼渣的成分52.1.1合成渣的主要作用与精炼炉渣的组成52.1.2合成渣组元的主要作用62.2LF炉合成精炼渣成分对脱硫效果的影响73LF炉的操作制度对脱硫效果的影响103.1造渣
2、制度103.1.1炉渣碱度控制103.1.2SiO2含量控制103.1.3A12O3含量控制103.1.4渣量控制103.1.5炉渣流动性控制113.2吹氩制度113.3温度制度113.4成分控制制度124LF炉脱硫工艺134.1快速造渣134.2提高脱S反应速率134.2.1搅拌能力与脱S速度134.2.2渣组成的影响154.2.3熔池温度15结论16参考文献18摘要钢铁工业是国民经济的支柱产业,随着科学技术的不断发展,人们对炼钢生产率、钢的成本、钢的纯净度以及使用性能等方面,都提出了越来越高的要求。这使传统的炼钢设备和炼钢工艺难以满足需求。钢包精炼炉是一种炉外精炼设备,具有优异的综合性能,
3、在炼钢生产中得到了广泛的应用,LF炉对钢液进行脱硫和精炼,极大程度地提高了钢的纯净度。随着对钢的质量要求也越来越高,LF炉对脱硫在整个炼钢的生产中占很重要的位置。对合成精炼渣及操作制度对脱硫效果的影响的研究,是提高钢水质量,降低炼钢成本的重要前提。关键词:LF炉,脱硫,合成精炼渣,操作制度,炉外精炼1 LF炉的精炼功能LF炉精炼主要是靠桶内的白渣或制造的高碱度还原渣(碱度可达5以上),在低氧的气氛中,由桶底吹入惰性气体(一般为氩气)进行搅拌并由石墨电极对经过初炼炉的钢水加热而进行脱氧、脱硫、合金化等冶金反应,以精炼钢液。氩气搅拌能使钢液与精炼渣充分接触,加速渣钢之间的化学反应,促进钢液温度和合
4、金成分的均匀化,保证出炉钢液成分、温度满足浇注工序温度及产品质量的要求。LF炉用电弧加热进行温度补偿,可以保证较长时间的精炼时间,从而可使钢中的氧、硫含量降低(可达到l0ppm)。1.1 炉内气氛LF炉本身一般不具备真空系统。在不抽真空的大气压下进行精炼时,钢包上的法兰盘和水冷炉盖可以起到隔离空气的密封作用。再加上还原性渣以及加热时石墨电极与渣中的FeO,MnO,Cr2O3等氧化物作用,使渣中不稳定的氧化物减少,提高了炉渣的还原性,而且还可提高合金元素的回收率,生成的CO气体,加上底吹氩气等惰性气体,增加了炉气的还原性若密封较好,可造成微正压,达到有效精炼和保护钢液不受二次氧化的目的9。浸入渣
5、中的石墨电极与渣中氧化物反应:C+FeOFe+COC+MnOMn+CO2C+WO2W+2CO5C+V2O52V+5CO石墨电极还可与炉内气氛中的氧气作用生成CO气体,从而可使LF炉内气氛中的氧含量减为。5%,因此阻止了炉气中的氧向金属传递,保证了精炼时炉内的还原气氛。钢液在还原条件下可以进一步脱氧、脱硫及去除非金属夹杂物,有利于钢质量的提高。1.2 氩气搅拌LF炉一般采用底吹氩气搅拌。良好的氩气搅拌是LF炉精炼的又一特点,氩气搅拌可以加速钢渣之间的物质传递和热量传递,有利于钢渣之间的脱氧、脱硫等化学反应。吹氩搅拌还可以去除非金属夹杂物,特别是对Al2O3类型的夹杂物的上浮更为有利。据某厂实测结
6、果,钢包吹氩处理15min后,可使钢中大于20m的Al2O3夹杂物全部去除,残留钢中的只是小颗粒的Al2O3夹杂。吹氩搅拌的另一作用是可以加速钢液中的温度与成分均匀,能有助于精确调整钢水的化学组成,而这对优质钢又是必不可少的要求。此外,吹氩搅拌可加速渣中氧化物的还原,对回收铬、钨等有价值的合金元素有利10。1.3 埋弧加热为了确保精炼前后工序(转炉、电炉与连铸)之间的协调配合,准确控制浇注温度,(使精炼时间不受钢液降温的限制),使精炼项目多样化,增强对不同钢种的适应性及灵活性,在设计炉外精炼装置时,大都考虑采用加热装置。各种加热手段以电弧加热居多。LF炉是采用石墨电极进行加热和温度补偿的。加热
7、时电极插入渣层中采用埋弧加热法,良好的埋弧可减少辐射热损失,降低电弧对炉衬的侵蚀作用,提高热效率。1.4 白渣或造高碱度还原渣精炼理想的LF炉是利用白渣进行精炼的,是靠降低渣中(FeO)进行扩散脱氧,它不同于主要靠真空脱气的其它精炼方法13 14。白渣在LF炉内具有很强的还原性,这是LF炉内良好的还原气氛和氩气搅拌互相作用的结果。一般精炼渣量为金属量的2%8%,国内某厂经验为1%1.5%。通过白渣的精炼作用,可以降低钢中氧、硫及夹杂物含量。LF炉冶炼时可以不用添加脱氧合金,而是靠白渣对氧化物的吸附而达到脱氧的目的。但往往由于初炼炉挡渣的原因,实际LF炉较少达到白渣的要求,一般进行造高碱度还原性
8、渣的造渣工艺,可达到炉渣碱度高(R可达5以上),流动性好,还原性高的目的15。因此,高碱度还原性渣精炼是LF炉工艺操作的核心,也是提高钢水纯净度的重要保证。其工艺要点是:(1) 出钢挡渣,控制下渣量-5kg/t,钢包顶渣厚度50mm;(2) 钢包渣改质,控制包渣RX2.5,渣中w(TFe+MnO)3.0%;(3) 高碱度还原渣精炼,一般采用Al2O3-CaO-SiO2系炉渣,控制包渣碱度R=34,渣中w(TFeO+MnO)1%,保证脱硫、脱氧效果;(4) 控制LF炉内气氛为弱氧化性,避免炉渣再氧化;(5) 合理搅拌,避免钢液面裸露,并保证熔池内具有较高的传质速度。1.5 合金微调与成分控制与温
9、度控制一样,对钢液成分的控制,LF炉可达到高精度水平,由表1.1可见,LF炉能在窄小的范围内准确控制钢液成分。表1.1 LF炉精炼钢液主要成分控制偏差16元素CSiMnCrWMoAl偏差0.007%0.02%0.022%0.02%0.02%0.044%0.005%合金微调与渣成分控制技术是保证钢材成分性能稳定的关键技术之一,也是LF的重要冶金功能。例如,生产齿轮钢,必须精确控制钢材各种合金元素的成分,避免波动17。实现合金微调的主要措施是:(1) 在线建立快速分析设施,保证分析响应时间3min;(2) 精确估算钢水重量和合金收得率;(3) 钢水脱氧良好,实现高碱度还原渣精炼;(4) 计算机在线
10、准确计算各种合金加入量,保证钢水成分的准确性与稳定性。2 LF炉合成精炼渣成分对脱硫效果的影响2.1 LF炉合成精炼渣的成分2.1.1 合成渣的主要作用与精炼炉渣的组成最常用的精炼合成渣系是CaO-SiO2-A12O3三元渣系,三种组元的不同组成可形成不同的制品,精炼碱性合成渣在相图中的位置如图2.1所示,最终形成精炼炉渣主要有三部分组成;一部分是加入的合成渣及有目的的加入造渣材料,如石灰、石灰石、萤石、硅石、轻烧白云石等对精炼炉渣进行微调。一部分是炼钢过程中的必然产物,包括原材料带入的杂质及合金元素的氧化产物或脱硫产物,在冶炼过程中上浮到钢液的表面。如Fe、Si、Mn、Cr、Ti、V、Al、
11、P的氧化物及Ca、Mn、Mg的硫化物等。另一部分是化学和高温热对包衬耐火材料的侵蚀作用物,是熔渣的主要来源之一,如碱性渣中的MgO酸性渣中的SiO2等。精炼合成渣的基本作:1)提供脱硫的热力学、动力学条件进行深脱硫;2)提供还原气氛进行深脱氧;3)能起泡埋弧稳定电弧和传热及防止热量散失,保证冶炼温度,提高热效率;4)能捕捉或收容钢中的S,P杂质或其它非金属夹杂物,净化钢液;5)防止钢液二次氧化和保温作用;6)缩短精炼时间提高生产率;7)快速成渣,提高合金收得率;8)能保护钢液不受污染、防止或减少H,N气体混入钢中;9)良好的泡沫渣能包围住弧光,减少弧光对炉衬辐射侵蚀,保护钢包衬;10)能阻止或
12、促使某些化学反应的进行。(图中数字:1-硅砖;2-酸性耐火材料;3-中性耐火材料;4-刚玉高级耐材;5-铝酸盐水泥;6-硅酸盐水泥;7-碱性精炼渣;8-高炉炉渣;9-硅酸盐玻璃)图2.1 精炼碱性炉渣在相图中的位置2.1.2 合成渣组元的主要作用精炼合成渣主要有基础渣料、脱硫剂、发泡剂、还原剂、助熔剂等部分组成,其中,基础渣料主要有活性石灰、萤石、碳化硅(或铝)、火砖块(或硅石)、轻烧白云石等原料组成。主要化学成份有CaO,SiO2,Al2O3,MgO,CaCO3,MgCO3,CaF2等。(精炼合成渣的成分及其作用见表2.1)表2.1精炼合成渣的成分及其作用名称主要作用CaO主要造渣材料,调节
13、渣的碱度,脱硫剂,提高碱性渣的粘度。70%以上时出现过饱和,CaO活度下降;CaO含量增加阳氏SiO2活度;渣中氧势随碱度增加而降低;可降低CaO-A12O3渣系的表面张力,并形成2CaOSiO2,高熔点化合物,有利于炉渣发泡,CaO一般含量为3570%。Si来源于原料与脱氧产物,调节渣的碱度和粘度,做助熔剂,表面活性物质,增加吸附膜的强度,可降低渣密度与表面张力促进发泡,一般含量为1030%。Al2O3调整CaO-Si%-Al八三元系渣处于低熔点位置,降低渣粘度促进渣反应,降低CaO活度,15%以上时增加粘度,能维持发泡。一般含量1030%。CaF助熔,调整渣的粘度,改善流动性,增加传质,但
14、对包衬侵蚀较大。RV氏炉渣表面张力有利于发泡,但稳定性不良,一般加入量510%。CaCO3脱硫剂,具有优良的发泡性能。MgCO3发泡剂,分解后产生MgO对包衬起保护作用。BaCO3发泡剂,可抑制钢液回磷。NaXO3脱硫剂和发泡剂,助熔剂。K2C脱硫剂和发泡剂,助熔剂。A1强脱氧剂,且优先与CaO脱硫产生的氧反应,提高了脱硫效果。Si-Fe脱氧剂,净化钢液。CaC脱氧剂,其脱氧产物使熔渣前期发泡。SiC脱氧剂,其脱氧产物使熔渣前期发泡,延长发泡时间。C脱氧剂,其脱氧产物使熔渣前期发泡。Si-Ca脱氧剂,使钢中Al夹杂变性为低熔点铝酸盐夹杂浮出2.2 LF炉合成精炼渣成分对脱硫效果的影响为了获得最
15、佳的精炼效果,要求精炼渣具备适宜的物理化学性质,而炉渣的成分是炉渣物理化学性质的决定性因素。(1) 碱度精炼渣的碱度对精炼过程的脱氧脱硫有较大影响。精炼渣的碱度不能过大,如碱度过大,精炼渣熔化困难,流动性不好,影响脱氧脱硫效果。碱度R(CaO/SiO2)大于2为高碱度渣,高碱度渣适用于一般铝镇静钢精炼,在钢水脱硫等方面具有较好的效果。对于具有特殊要求的钢种,如帘线钢、钢丝绳钢、轴承钢等,需采用低碱度渣。CaO-SiO2-MgO-A12O3渣系脱硫实验表明,渣碱度R对渣钢硫分配比L:具有较大影响。当碱度R3.0时,继续增加R,L:下降。随CaO含量的提高,S降低,但当CaO60%后,CaO含量提
16、高能使脱硫效果降低。(2) A12O3国内外许多文献对炉外精炼渣中A12O3的行为进行了研究,目前还没有获得一致的结论。有些研究者认为,A12O3含量在15%40%范围内,能取得较好的脱硫效果。但另外一些文献表明,在此范围内,随A12O3含量的增加,渣的粘度将增加,不利于脱硫。近年来,CaO-A12O3系精炼渣在炉外精炼过程中被广泛采用,但渣中A12O3对脱硫效果的影响仍不十分清楚,尤其对于以CaO-A12O3为基的预熔渣中A12O3的行为至今未见文献报道。(3) CaF2CaF2可显著降低精炼渣粘度,使炉渣流动性改善,增加传质,有利于脱硫。但其量过大,不仅不利于脱氧,而且对炉衬侵蚀也较快。对
17、发泡效果而言,其影响是两方面的。一方面,CaF2量的增加使表面张力降低,有利于炉渣发泡,但另一方面,使炉渣粘度降低,不利于发泡,不过在整个发泡过程中,张力起主导作用。因此,CaF2的增加有利于炉渣发泡,但其缺点是稳定性较差,所以,在与CaO量相匹配的基础上控制其加入量为5%15%。图2.2显示了CaF2作为助熔剂具有显著的效果,可以明显的降低精炼渣中高熔点组分的熔化温度,这对于冶炼过程中减轻LF炉的负担、增加冶金强度、缩短冶炼周期是有利的。图2.2 CaO的二元系相图(4) MgO精炼渣中的MgO主要来源于渣料和耐火材料,从热力学角度看,MgO也能提供O2-离子,其脱硫能力略低于CaO。关于M
18、gO对炉渣脱硫的影响,尚缺乏系统的资料。一般认为,渣中MgO15%时,大量的MgO会显著提高炉渣碱度,恶化脱硫的动力学条件,使炉渣脱硫能力下降。但文献普遍认为,MgO的存在对于延长耐火材料的寿命是有益的,因此,炉外精炼过程中,渣中应保持一定的MgO含量。(5)渣中其它组员在炉外精炼渣中,通常还含有FeO、MnO、P2O5等组元。(FeO+MnO)含量的多少标志着炉渣氧化性的大小,因此渣中w(FeO+MnO)对炉外精炼过程渣一钢间硫的分配比有重要影响。因为炉渣中(FeO+MnO)含量的减少,促使与之平衡钢水氧活度降低,从而有利于脱硫反应的进行。目前,精炼终点一般将渣中的(FeO+MnO)含量控制
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