ASEA-SKF鋼包精煉爐脫氧工藝技藝技藝探討

1、ASEA-SKF鋼包精煉爐脫氧工藝探討范鼎東劉國平摘要：采用不同的脫氧材料,選擇3種工藝方案,對ASEA-SKF精煉爐脫氧工藝進(jìn)行了研究探討,并研究了在不同的脫氧工藝條件下鋼中N、H、S含量的變化情況,找出了較為理想的脫氧工藝方案。關(guān)鍵詞：ASEA-SKF精煉爐脫氧工藝冶金效果Discussion on Deoxidization Process in ASEA-SKF ladle Refining FurnaceFan DingdongLiu GuoPing(Ma Anshan Iron & Steel .)Abstract：Discussion on deoxidization proce

2、ss in ASEA-SKF refining furnace has been carried out with three different processes and changes in N,HandShave been studied under different deoxidization conditions,and reasonable deoxidization process is then put forward.Keywords：ASEA-SKF refining furnacedeoxidization processmetallurgical effective

3、ness1前言隨著爐外精煉技術(shù)的發(fā)展和新型脫氧材料的不斷涌現(xiàn),鋼液脫氧的手段越來越靈活多樣。脫氧工藝的合理選擇、脫氧材料的精確加入不僅可以將鋼中氧降至理想的范圍,而且還可以降低鋼中其它雜質(zhì)元素的含量,同時還可以節(jié)約合金用量,取得良好的綜合效益。本研究以常用的3種鋼液脫氧方法為基礎(chǔ),與不同的脫氧材料進(jìn)行合理的組合,結(jié)合馬鋼一鋼廠生產(chǎn)實際,設(shè)計了3種方案對精煉爐脫氧工藝進(jìn)行了研究探討,并研究了在不同的脫氧工藝條件下鋼中N、H、S含量的變化情況,以期找出較為理想的脫氧工藝方案,獲得良好的冶金效果。2試驗條件及工藝方案試驗條件馬鋼一鋼廠現(xiàn)有1座90t ASEA-SKF鋼包精煉爐,精煉爐有LF和VD兩個

4、工位,具有加熱處理、合金微調(diào)和真空脫氣功能。初煉爐采用雙包出鋼,鋼液分別裝入2個105t普通鋼包,然后通過滑動水口倒包方式倒入2個90t專用精煉鋼包,依次進(jìn)行加熱處理、合金微調(diào)和真空脫氣。精煉工藝流程為:初煉鋼水倒包加熱處理、合金微調(diào)真空脫氣澆注。倒包過程加渣料造新渣,堿度控制在左右;加熱過程進(jìn)行還原渣操作,要求渣中w(FeO)1%,真空脫氣保持時間大于20min,并保持吹氬攪拌。脫氧試驗工藝方案由于工藝路線涉及初煉鋼水在出鋼過程的脫氧合金化、倒包、加熱精煉及真空脫氣等環(huán)節(jié),針對各工藝環(huán)節(jié)的不同脫氧操作,設(shè)計了3個脫氧工藝方案。工藝方案見表1,所用脫氧材料成份見表2。表1脫氧試驗工藝方案方案出

5、鋼/kg。t-1倒包/kg。t-1真空后凈化攪拌/min1加鋁加鋁喂Ca-Si線t吹氬,152脫氧劑脫氧劑喂Al線Als=%吹氬,103脫氧劑脫氧劑Al t,Si-Al-Ba t電磁攪拌,5注:表中脫氧劑指鈣系脫氧劑 表2脫氧材料成份(w)%材料名稱CCaSiAlBaCa-Si鈣系脫氧劑2016Si-Al-Ba3幾種脫氧材料的冶金特性 鋁鋁主要用于鋼液脫氧,其脫氧產(chǎn)物為固態(tài)的Al2O3,反應(yīng)式為:2Al+3O=Al2O3G=.8T(1)由熱力學(xué)計算可以看到鋁的脫氧基本上在1873K高溫下完成,即加鋁后的片刻之內(nèi),絕大部分氧就由溶解態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸锒龀觥Ｎ墨I(xiàn)資料1表明,含碳%的鋼,鋁脫氧的二、三

6、次脫氧產(chǎn)物占總量的%,這也說明鋁脫氧速度很快,脫氧產(chǎn)物主要為一次生成。由式(1),若設(shè)Al(w)為%,鋼液在15201600變化時,鋼中溶解氧可以從310-6降至10-6。因此,在精煉條件下,脫氧過程是一個夾雜物去除過程,一般可將這樣一個脫氧過程看成一個準(zhǔn)一級反應(yīng),即:Ot=O0exp(-S/V。kt)(2)式中Ot精煉后t時間的含氧量/10-6V鋼液體積/m3Oo精煉初始時刻的含氧量/10-6k鋼液脫氧的傳質(zhì)系數(shù)/m。s-1S鋼渣界面積/m2t脫氧時間/s由(2)可見,精煉時間越長,鋼中氧含量越低,即通過有效的攪拌和足夠的精煉時間,可以使Al2O3上浮去除,從而降低鋼中的氧含量。硅鋁鋇Si-

7、Al復(fù)合脫氧的產(chǎn)物可能是SiO2,Al2O3,3Al2O3。2SiO2及FeO。Al2O3,2FeO。SiO2等,但在一般的煉鋼過程中,鋼液中Si、Al、O都處于常規(guī)范圍內(nèi),Si-Al復(fù)合脫氧的產(chǎn)物主要為3Al2O3。2SiO2或Al2O3。在鋼液中O含量較高時,脫氧產(chǎn)物主要是3Al2O3。2SiO2,而隨著氧含量的降低,脫氧產(chǎn)物以Al2O3為主。Si-Al復(fù)合脫氧反應(yīng)式為:6Al+2Si+13O=3Al2O3。2SiO2(s)G=+(3)1600K時,K=O13Si2Al6=10-52在Si-Al復(fù)合脫氧的基礎(chǔ)上引入鋇,形成硅鋁鋇復(fù)合脫氧劑,這種脫氧材料近幾年在冶金中的應(yīng)用越來越廣。鋇的高沸

8、點是優(yōu)于鈣、鎂的重要特性。鋇對夾雜物的變性作用主要表現(xiàn)為降低夾雜物的熔點,改善夾雜物的形狀和尺寸以及使雜物分布均勻化。因此,含鋇合金應(yīng)用于煉鋼過程,除能減少鋁的消耗外,還能改變鋼中夾雜物的形態(tài)及結(jié)晶組織的彌散度和均勻性,減少鋼中夾雜物的含量,凈化鋼液,從而提高鋼材質(zhì)量,優(yōu)化使用性能。鈣金屬鈣是很好的鋼液凈化劑,大多用于鋼液的深脫氧和深脫硫。硅鋁脫氧的鋼,鋼中O已很低,一般在510-6左右,此時,鈣直接脫氧反應(yīng)不是主要的,但鈣可以與大量存在于鋼中的Al2O3發(fā)生反應(yīng),其反應(yīng)式為:xCa+yAl2O3=x(CaO)。(y-1/3x)Al2O3+2/3xAl(4)鈣在這些Al2O3夾雜顆粒中擴散,使

9、鈣連續(xù)地進(jìn)入鋁的位置,置換出來的鋁進(jìn)入鋼液。隨著鈣的擴散,在Al2O3夾雜表面CaO含量升高,當(dāng)CaO25%時,鈣鋁酸鹽呈液態(tài),這種含CaO量高的液態(tài)鈣鋁酸鹽夾雜物大部分浮出鋼液,進(jìn)入渣層,從而降低鋼中的全氧。鈣也是一種很好的深脫硫劑,其反應(yīng)式為:Ca(g)+S=CaS(s)G=-136380+(5)近年來,許多廠家采用了一種新型的鈣系脫氧劑,其主要成分為碳化鈣和硅鈣。新型鈣系脫氧劑的應(yīng)用,不僅解決了脫氧問題,而且大大減少了鋼中的Al2O3夾雜含量。4試驗結(jié)果及分析脫氧效果及分析采用3種脫氧工藝方案進(jìn)行精煉的爐次,在不同階段的鋼中全氧含量見表3。表3不同精煉階段的鋼中全氧含量10-6脫氧方案L

10、F結(jié)束VD結(jié)束精煉結(jié)束12(24)3注:括弧中所列為平均值。 由表3可見,3個方案在VD結(jié)束后,鋼中全氧含量基本相同;而精煉結(jié)束后鋼中全氧含量相關(guān)較大,方案1脫氧效果最好,鋼中O最低。方案1的特點是在精煉前期使用強的脫氧劑鋁,精煉結(jié)束前喂入Ca-Si線,使Al2O3夾雜變性或生成鈣鋁酸鹽的物質(zhì),這些物質(zhì)在5min的吹氬凈化攪拌情況下上浮并被爐渣所捕獲,從而使得鋼中全氧含量降低。方案2、方案3的特點是前期使用鈣系脫氧劑及通過加熱過程擴散脫氧和真空過程碳脫氧來降低鋼中的氧位,最后用喂鋁線及加鋁的方法來保證Als的穩(wěn)定性。在方案2中,鈣是在前期加入的,當(dāng)鋁線被喂入鋼液時,鋼液中殘留的鈣已很少,無法進(jìn)

11、行變性處理,其凈化攪拌的作用和功能將顯著減弱,鋼中全氧含量在喂線前后變化無幾;方案3在真空結(jié)束后向鋼液中加入硅鋁釩進(jìn)行綜合脫氧和變性處理,以便達(dá)到降低鋼中全氧的目的,但所得結(jié)果并不理想,這可能是因為凈化攪拌時間不夠,變形過程還沒有完全結(jié)束,夾雜物沒有充分上浮所致。因此,根據(jù)試驗結(jié)果可以得知,采用精煉前期一次性加鋁,真空結(jié)束后再利用Ca-Si作深脫氧及變性處理的工藝路線,其脫氧效果較佳,這個結(jié)論與脫氧原理也相吻合。脫氧對脫氮、脫氫的影響3種脫氧工藝方案進(jìn)行試驗的爐次,鋼中氫含量、氮含量見表4。表4不同階段鋼中氫含量、氮含量10-6脫氧方案N,LF結(jié)束N,VD結(jié)束N,精煉結(jié)束H,真空后1(53)5

12、1(52)23注:括弧中所列為平均值 由表4結(jié)果可以看出,方案1鋼中氮含量較高,方案2、方案3鋼中氮低些。說明鋼中氮含量與脫氧工藝有關(guān)。方案2、3在出鋼、倒包時采用鈣質(zhì)脫氧材料,鋼中氧位相對較高,鋼中高氧位,使得鋼液在出鋼及精煉時的吸氮過程受阻。因為,在一定的條件下,氮在鋼渣界面的吸附是氮在鋼液中溶解的限制性環(huán)節(jié),而鋼液中溶解的氧原子是很強的表面活性物質(zhì),也能在相界上吸附并與氮原子爭奪吸附點,所以,當(dāng)鋼液中氧位較高時將會降低鋼液表面吸附氮的速度,從而使得氮的溶解速度減緩,鋼液從大氣中吸氮量減少,以致使鋼液中氮含量下降。因此,推遲強脫氧劑鋁的加入可以減少出鋼及精煉過程吸氮2。方案1、2、3真空后

13、鋼中氫基本相同,說明脫氧工藝對脫氫的影響不大,鋼中氫含量主要與真空處理工藝有關(guān)。脫氧對脫硫的影響3種脫氧工藝方案進(jìn)行實驗的爐次,鋼中硫含量見表5。表5試驗爐次不同階段鋼中硫含量(w)%脫氧方案出鋼SLF結(jié)束SVD結(jié)束S成品S123注:括弧中所列為平均值。 由表5可見,方案2、3成品硫基本相當(dāng),而方案1成品硫明顯低于方案2、3,這與表3所列的鋼中氧位相對應(yīng)。這一點通過熔渣-金屬間的脫硫反應(yīng)式可以很明顯地看出:S+(O-)=(S2-)+O(6)當(dāng)鋼中的O降低時,有利于反應(yīng)向脫硫方向進(jìn)行。在本試驗中,方案1采用了兩次加鋁脫氧,使得鋼中O在進(jìn)精煉站時就已經(jīng)降到較低的水平,這樣使得精煉全過程都在低氧位下

14、進(jìn)行,因此,精煉過程脫硫效果很好。同時,還有不可忽略的鈣的深脫硫作用。圖13是鈣和鋁的加入對O含量的影響。當(dāng)Al=%時,所對應(yīng)的O=%,當(dāng)Ca加入后,O立即降為%,這樣大大有利于脫硫反應(yīng)。而且Ca加入后,與S反應(yīng)生成CaS,CaS在攪拌過程上浮到熔渣中去除,使得脫硫更加徹底。因此,方案1是冶煉低硫鋼較為理想的工藝路線。圖1鈣和鋁的加入對O含量的影響5結(jié)論(1)脫氧材料與脫氧工藝路線對其冶金效果的影響是明顯的,可以通過不同的組合獲得較為理想的工藝方法,以滿足產(chǎn)品的功能要求。(2)采用精煉早期一次性加鋁,真空結(jié)束后喂Ca-Si類線劑的方法獲得較低的鋼中全氧含量,并可以冶煉低硫鋼。(3)在鋼包精煉過程中采用前期弱脫氧的工藝有