鋼包精煉爐的試驗(yàn)

1、鋼包精煉爐的試驗(yàn)摘 要90t LF/VD（EMS）鋼包精煉爐的試驗(yàn)表明：“鋼渣混卷”能 顯著提高n，但使n 0急劇下降,甚至出現(xiàn)負(fù)值。因此在對(duì)鋼液進(jìn)行脫硫 時(shí)，應(yīng)使iL ；而對(duì)鋼液進(jìn)行凈化攪拌時(shí)，應(yīng)使ivi、，。攪拌過(guò)程中 使鋼液裸露,不卷僅提高其收得率，也利于快速真空脫氣。但在非真空狀態(tài) 下，鋼液的氮含量與“開(kāi)眼”面積大小負(fù)相關(guān)。電磁攪拌在排除鋼液非金 屬夾雜物方面，有其他攪拌根本無(wú)法替代的獨(dú)特功能，可加快夾雜物的上 浮速度；電磁場(chǎng)能對(duì)導(dǎo)電流體（鋼液）中的不導(dǎo)電物質(zhì)（非金屬夾雜物）產(chǎn) 生擠壓力而使其分離，這一功能對(duì)生產(chǎn)潔凈鋼有著十分重要的意義。關(guān)鍵詞鋼包電磁攪拌潔凈鋼生產(chǎn)工藝?yán)碚揚(yáng)ROBLE

2、MS ABOUT PROCESS THEORY IN PRODUCTION OFCLEAN STEEL BY ELECTROMAGNETIC STIRRING IN LADLEGao Haichao Zhu Luncai(Maanshan Iron & Steel Co.Ltd.)Yan Genfa(Maanshan Jing ying Science & Technology Co.Ltd.)Synopsis Testing results in the LF/VD(EMD)ladle furnace show that value n falls down drastically,even

3、 to a negative value although n rises prominently by way of Liquid steel-steel-slag-blending”.Therefore in the period of desulphurizing the liquid steel II coil should be mainfained ,but in stirring the liquid steel IVI coil be maintained.Exposure of the liquid steel in the process of stirring can n

4、ot only raise the metal yield,but also accelerate vacuum degassing.However in non-vacuum state N content is in inverse proportion to the openingarea.In elimination of non-metal inclusions the electromagnetic stirring has a unique function which can never be replaced by any other stirring method.It c

5、an accelerate the rising speed of the inclusions.The electromagnetic field can bring about a pressure to the non-conductive substance (non-metal inclusion)and cause their segregation.This function is of very important significance to the production of clean steel.Keywords electromagnetic stirring in

6、 ladle production of clean steel process theory1前言爐外精煉是生產(chǎn)潔凈鋼的關(guān)鍵工序之一，而攪拌又是爐外精煉不可缺少的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。我們?cè)?0 t LF-VD(EMS)精煉爐工業(yè)性試驗(yàn)的基礎(chǔ)上, 探討了鋼包電磁攪拌生產(chǎn)潔凈鋼的幾個(gè)工藝?yán)碚搯?wèn)題。2電磁攪拌工業(yè)性試驗(yàn)條件工業(yè)性試驗(yàn)在馬鋼股份有限公司第一煉鋼廠90 t LF-VD(EMS)裝置 上進(jìn)行，設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。表1 90 t LF-VD(EMS)主要技術(shù)參數(shù)鋼包電攪器LF/VD公稱容量90 t高 度 2 720 mm變壓器容量 1 400 kVA+30 %熔池直徑2 752 mm形 狀V型板

7、式電極直徑357 mm熔池深度 2 183 mm夾 角90極心園直徑 650 mm凈空高度 900 mm工作電壓 390 V加熱速率 4.0 C/min鋼包內(nèi)襯高鋁磚工作頻率 0.35.0 Hz真空度 i 以后，一方面鋼液夾雜物仍在排血另一方面浮渣卷入鋼液，鋼液中夾雜臨 物含量變化見(jiàn)下式，即 M=M -M =K f(l)-K入f(l-1卷、臨)隨I不斷增加,又出現(xiàn)兩種不同情況，其一是通過(guò)電磁攪拌,夾雜物 排出量大于浮渣卷入的量，在此情況下(從圖1看是700800 A的情況)， 與電攪前相比，電攪后的T仍然有所下降。其二是浮渣卷入的量超過(guò)了 鋼液夾雜物排出的量，在此P情況下 MV0,電攪后的T反

8、而增加,n 出 現(xiàn)負(fù)值(從圖1看是IN900 A情況)。因此從理論上推導(dǎo)精煉鋼包電磁攪 拌發(fā)生卷渣的臨界電流強(qiáng)度值(I)，對(duì)生產(chǎn)應(yīng)用有很重要的指導(dǎo)意義。根據(jù)資料】1,精煉鋼包的鋼渣界面發(fā)生卷渣的臨界速度是：(5)式中。m-s鋼渣界面張力p ：鋼液密度g重力加速度p鋼渣密度max在馬鋼一鋼廠精煉渣系與溫度下,。m-s約為0.5 N/m，求得p、，臨 =0.399 m/s。設(shè)鋼包中p m =p卷臨，則卷渣臨界電磁攪拌功可以用、下式式中p 鋼液流股速度r鋼包半徑當(dāng) p =6 900 kg/m3, p =0.399 m/s,r=1.367 m 時(shí)，求得 W 廣408 N*m。 當(dāng)電磁攪拌的工作頻率為3

9、 Hz,電磁攪拌器邊緣與鋼包中心卷夾角為90 時(shí)，可求得比攪拌功率=50.5 w/t。根據(jù)馬鋼一鋼廠90 t LF-VD精煉爐的設(shè)備條件，按ShiWiku公式計(jì)算了攪拌電流與比攪拌功的關(guān)系, 并相應(yīng)簡(jiǎn)化成如下關(guān)系式：(7) =2.182X10-3I1.56根據(jù)式(7),可最終推導(dǎo)出I,臨二628A。因此在精煉爐內(nèi)對(duì)鋼液進(jìn)行 脫硫時(shí)，應(yīng)使電攪II、，；但在對(duì)鋼液進(jìn)行凈化攪拌時(shí)，應(yīng)使電攪IVI 、,在不發(fā)生卷渣的情況下,n 與I正相關(guān),I越大越好。卷、臨Lt4.2電磁攪拌強(qiáng)度與“開(kāi)眼”的問(wèn)題所謂“開(kāi)眼”就是鋼液面上的渣層被推開(kāi)，使鋼水裸露。精煉過(guò)程 的“開(kāi)眼”問(wèn)題分為兩個(gè)方面，一方面在非真空狀態(tài)下

10、，除特殊要求外， 不要“開(kāi)眼”，以減少合金元素的燒損和鋼液的吸氣量;另一方面在精煉 過(guò)程中添加合金微調(diào)成分和真空脫氣時(shí)必須“開(kāi)眼”，對(duì)前者而言，可以 提高合金的收得率，對(duì)后者而言，可以提高脫氣效率。脫氣速度可以用下 式表示從式(8)可見(jiàn),提高攪拌強(qiáng)度，增加“開(kāi)眼”面積，同時(shí)也增大了傳質(zhì) 系數(shù)，這都使脫氫速度加快。4.3電磁攪拌與夾雜物排出的問(wèn)題在不卷渣的前提下，比攪拌功率越大，越有利夾雜物的排出，所以鋼 中的全氧(T)含量越低。電磁攪拌與吹氬攪拌不發(fā)生卷渣的臨界比攪拌 功率是不一樣的。以馬鋼90 t鋼包而言，電磁攪拌的臨界比攪拌功率為 50.5 w/t。吹氬攪拌的臨界比攪拌功率為50.5 w/

11、t。當(dāng)鋼液流動(dòng)臨界速 度為0.399 m/s時(shí),臨界吹氬量為186 l/min,代入(9)式，求得吹氬攪拌 的臨界比攪拌功率為42.7 w/t。0盅50 ,廠T 公) ”-1-式中 M鋼液重量hL吹氬深度一般用“半衰期” T 作為夾雜物排除速度的準(zhǔn)數(shù)，半衰期越小，夾 雜物排除速度越快4。1/2(10)綜上所述，在不發(fā)生卷渣的前提下，電磁攪拌在精煉鋼水凈化攪拌 時(shí)，可采用高于吹氬約18 %的比攪拌功率，來(lái)促進(jìn)夾雜物的上浮排出，其 夾雜物排除的“半衰期”時(shí)間比吹氬攪拌減少15 %。由于處于電磁場(chǎng)中的通電物體體積元V存在一種電磁重力(EMW),當(dāng) 該體積元處于平衡時(shí)，則必有一個(gè)力與之抗衡，這個(gè)力就是

12、電磁擠壓力 (EMB)。在均一流體中，顯然EMW=EMB。但當(dāng)該體積元V被一與周圍流體 電導(dǎo)率不一致的物質(zhì)所取代，則EMW2EMB，平衡被打破，該體積元受到不 平衡力的作用。根據(jù)資料】5,推導(dǎo)其合力為：(11)式中 M 導(dǎo)磁率H磁場(chǎng)強(qiáng)度j2鋼液電流密度V-物體體積元。夾雜物電導(dǎo)率a鋼液電導(dǎo)率為了比較電磁擠壓速度與重力遷移速度的大小，以Al-Al O體系為 例，在相同的工藝參數(shù)條件下算出Al O夾雜在電磁擠壓力作用下,遷移 速度是重力作用下下沉速度的11倍,2這無(wú)疑表明在電磁場(chǎng)中，夾雜物有 很大的排出速度。不僅如此,更值得強(qiáng)調(diào)的是這種電磁合力的產(chǎn)生主要是 由于非金屬夾雜與金屬液的導(dǎo)電率差異所致，

13、而與非金屬夾雜顆粒大小 無(wú)關(guān)，這就為那些顆粒很?。?0 p m）,很難靠重力差分離的夾雜物，提 供了快速排除的新動(dòng)力。大量的研究證實(shí)：電磁攪拌能得到夾雜物較低和潔凈度較高的鋼質(zhì)， 見(jiàn)圖4 6。圖4不同攪拌方式對(duì)鋼中To的影響4.4電磁攪拌方向與攪拌時(shí)間的問(wèn)題電磁攪拌方向分上攪和下攪，流動(dòng)的鋼液在電磁攪拌器的作用下，不 斷被加速，所以上攪時(shí)，鋼液最大流速的流股在熔池表面，下攪時(shí)則在熔 池底部。為此我們認(rèn)為；除了熔化包底冷鋼，在加熱時(shí)酌情采用上、下交 替攪拌，以利包底冷鋼快速熔化和熔池的快速升溫外，一般都應(yīng)采用上 攪。因?yàn)橄聰嚂r(shí)，最大流速流股與包底接觸，在包底上流股動(dòng)能損失與流 股流速平方成正比，

14、另一方面動(dòng)摩擦力還與流股所受正壓力成正比，因此 下攪動(dòng)能損失較大,攪拌混勻的效果較差，見(jiàn)圖5e,另外下攪還降低包底 耐火材料的使用壽命。3上投拌正.:雪下M樣大滄6上上沌嗨B7 m,上安治理165 e0 H!_ F01002(30200-100500比驚!；上”*,圖5不同攪拌方式對(duì)混勻時(shí)間的影響攪拌時(shí)間取決于熔池均勻化與夾雜物充分排除的需要?；靹驎r(shí)間與 電磁攪拌電流強(qiáng)度的關(guān)系可以根據(jù)本文公式(7)與中西恭二給出的混勻 時(shí)間與比攪拌能關(guān)系式推出：T =9 280I-0.624(12)根據(jù)式(12)，在凈化攪拌時(shí)，因?yàn)橐箅姅囯娏鱅V628 A,所以攪拌 時(shí)間應(yīng)3 min,過(guò)長(zhǎng)的攪拌時(shí)間對(duì)夾雜物

15、的排除效果不大(見(jiàn)圖2),攪拌 時(shí)間應(yīng)不大于12 min。5結(jié)論電磁攪拌在降低鋼中非金屬夾雜物,尤其是20 p m的非金屬夾 雜物方面與吹氬攪拌相比有顯著的優(yōu)越性。這不僅是電攪的臨界比攪拌 功率是氣攪的1.2倍,夾雜物的“半衰期”時(shí)間比氣攪減少15 %,更重要 的是電磁攪拌對(duì)鋼液還有“電磁凈化”作用，使非金屬夾雜物不論顆粒 大小,都能以較快的速度從鋼液中排出。電磁攪拌產(chǎn)生“卷渣”的臨界電流I =628 A。由于電攪的電流 可以精確控制，可以根據(jù)不同精煉工藝的要求,1防止“卷渣”發(fā)生或制造“卷渣”現(xiàn)象。比如在凈化攪拌時(shí)，控制IVI ,防止卷渣發(fā)生;為了鋼 液深度脫硫，控制II,制造“卷渣”現(xiàn)象。

16、臨電磁攪拌(在通常渣層厚度h=110 mm的情況下)使鋼液面“開(kāi)眼”裸露的臨界電流強(qiáng)度I=800 exp(-4.6X1O-4Q)。同樣可以根據(jù)不同精煉工藝的要求進(jìn)行控制開(kāi)比如為防止鋼液中鋁等合金元素氧化和鋼 液吸氧，控制IVI 但為了提高微調(diào)合金的收得率和真空脫氣效率， 則應(yīng)使II開(kāi)臨。在底吹氬50 l/min的情況下，“開(kāi)眼”面積與電流強(qiáng) 度的關(guān)系是 F=3.182X 10-27【8.645.電磁攪拌的方向可以根據(jù)精煉工藝的需要而改變，采用下攪時(shí)具 有處理包底冷鋼透氣磚堵塞等事故的能力，在加熱時(shí)可采用上、下交替方 式。但一般情況下應(yīng)采用上攪，因?yàn)樯蠑嚹芰繐p失小,攪拌效果比下攪好, 有利于提高鋼包使用壽命。(5 )電磁攪拌能量分布均勻，