爐外精煉20114的資料

爐外精煉20114的資料第1頁/共81頁5.5鋼包攪拌與吹氬5.5.1攪拌方法與作用

5.5.3吹氬與脫氣

5.5.2底吹攪拌

5.6VD法第2頁/共81頁5.5.1攪拌方法與作用

一般地說，攪拌就是向流體系統(tǒng)供應(yīng)能量，使該系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。攪拌的作用：（1）均勻成份與溫度；（2）加速溶質(zhì)傳輸，促進(jìn)鋼渣間間化學(xué)反應(yīng)與脫氣反應(yīng)；（3）促進(jìn)夾雜物的上浮排除；攪拌方式：噴吹氣體、電磁感應(yīng)和機(jī)械攪拌的方法。氣體攪拌是一種應(yīng)用最為廣泛的攪拌方法：LF、VD、RH等幾乎現(xiàn)有所有精煉手段。5.5鋼包攪拌與吹氬第3頁/共81頁攪拌方式5.5鋼包攪拌與吹氬第4頁/共81頁攪拌的普遍性5.5鋼包攪拌與吹氬第5頁/共81頁CAS-OB底吹攪拌5.5鋼包攪拌與吹氬第6頁/共81頁RH上升管吹氬攪拌5.5鋼包攪拌與吹氬第7頁/共81頁LF（V）底吹氬攪拌第8頁/共81頁VD底吹攪拌5.5鋼包攪拌與吹氬第9頁/共81頁喂線時(shí)底吹攪拌5.5鋼包攪拌與吹氬第10頁/共81頁噴粉時(shí)的底吹攪拌與載氣攪拌5.5鋼包攪拌與吹氬第11頁/共81頁5.5鋼包攪拌與吹氬第12頁/共81頁YS429MPaUTS537MPa%El255.5鋼包攪拌與吹氬第13頁/共81頁5.5鋼包攪拌與吹氬第14頁/共81頁5.5.2底吹攪拌5.5鋼包攪拌與吹氬第15頁/共81頁氣體攪拌下的鋼包5.5鋼包攪拌與吹氬第16頁/共81頁鋼包底部中心位置吹氣時(shí)，包內(nèi)鋼液的運(yùn)動(dòng)可用右圖描述。根據(jù)鋼包液的循環(huán)流動(dòng)情況，基本上可以分為A、B、C、D四個(gè)區(qū)。A區(qū)氣相分率約占4.8%。5.5鋼包攪拌與吹氬第17頁/共81頁

也有人認(rèn)為可以：分為三個(gè)主區(qū)：上升區(qū)吐出區(qū)下降區(qū)5.5鋼包攪拌與吹氬第18頁/共81頁攪拌能力的評價(jià):攪拌強(qiáng)度：比攪拌功率：單位重量（1t）鋼液所承受到的攪拌功率，W/t。攪拌效果：混勻時(shí)間τs一般采用示蹤的方法來實(shí)際測量。

5.5鋼包攪拌與吹氬第19頁/共81頁StirringPower:Homogenizationofbathtemperatureandcompositionbyargonbubblingisprimarilycausedbythedissipationofthebuoyantenergyoftheinjectedgas.Thefollowingequationisusedtocalculatethestirringpower.where:ε=stirringpower,Wtonne-1

V=gasflowrate,Nm3min-1

T=bathtemperature,K

M=bathweight,tonne

H=depthofgasinjection,m

P0=gaspressureatthebathsurface,atm5.5鋼包攪拌與吹氬比攪拌功率第20頁/共81頁或氣體攪拌鋼包時(shí)比攪拌功率可按下式計(jì)算（考慮溫度影響）：5.5鋼包攪拌與吹氬第21頁/共81頁比攪拌功率與吹氬流量5.5鋼包攪拌與吹氬第22頁/共81頁混均時(shí)間τs中西恭二公式（經(jīng)驗(yàn)式之一）：

其中：τs混勻時(shí)間，s

比攪拌功率，W/t5.5鋼包攪拌與吹氬第23頁/共81頁Themixingtime,τs(i.e.thestirringtimetoachieve95%homogenization)canalsobegivenby(經(jīng)驗(yàn)式二):τs=116ε-1/3

D5/3

H-1whereDistheladlediameter,inmτs=themixingtime,sε=stirringpower,Wtonne-1

H=depthofgasinjection,m

5.5鋼包攪拌與吹氬第24頁/共81頁5.5鋼包攪拌與吹氬第25頁/共81頁5.5鋼包攪拌與吹氬第26頁/共81頁根據(jù)傳輸原理的量綱分析，比攪拌功率與混均時(shí)間的關(guān)系為：式中L為特征長度，ι為混合長度。根據(jù)流動(dòng)支配力的不同和傳質(zhì)方式不同，具體系數(shù)如下表：5.5鋼包攪拌與吹氬第27頁/共81頁5.5鋼包攪拌與吹氬第28頁/共81頁底吹攪拌對傳質(zhì)的影響氣體流量對脫硫容量系數(shù)的影響。（底吹攪拌，2.5t試驗(yàn)爐）5.5鋼包攪拌與吹氬第29頁/共81頁EffectofStirringonInclusionRemoval5.5鋼包攪拌與吹氬第30頁/共81頁底吹組件5.5鋼包攪拌與吹氬第31頁/共81頁供氣元件5.5鋼包攪拌與吹氬第32頁/共81頁底吹氬流量5.5鋼包攪拌與吹氬最高可到8.0Nl/min,t第33頁/共81頁LF及VD底吹氬流量流量L/min啟泵前深真空前深真空0.1kPa喂絲軟吹85t1010-50300-36050-10020-50120t100200250-350200150t100200-300400(裸露30-50cm)80-120200-80VD處理吹氬流量控制5.5鋼包攪拌與吹氬第34頁/共81頁馬鋼120tLF吹氬制度5.5鋼包攪拌與吹氬第35頁/共81頁操作項(xiàng)目預(yù)吹氬加熱化渣脫硫合金化喂絲靜吹氬氬氣流量m3.h-115-3010-2040-6020-4010-1510-15氬氣流量Nl/t.min1.25-2.50.83-1.673.33-5.01.67-3.330.83-1.250.83-1.25熔池深度3300mm，上下內(nèi)徑分別為：3500、3100mm.鞍鋼第二煉鋼廠180-200tLF吹氬制度5.5鋼包攪拌與吹氬第36頁/共81頁5.5鋼包攪拌與吹氬5.5.3吹氬與脫氣

（吹氬對脫硫及夾雜物去除的影響將結(jié)合LF爐精煉論述）第37頁/共81頁吹氬攪拌時(shí)脫氣的速率

氬氣泡通過鋼液時(shí)，溶解于鋼中的氣體會以氣體分子的形式進(jìn)入氬氣泡中。設(shè)氣泡的總壓等于外壓，氣泡中氣體的分壓為，則可得：（1）式中—從1t鋼液中放出的氣體的體積，m3/t；

—吹入鋼液氬氣體積，m3/t；—?dú)馀輧?nèi)總壓，atm。設(shè)鋼中溶解的氣體向氬氣泡解析的反應(yīng)達(dá)到了平衡，則有和5.5鋼包攪拌與吹氬第38頁/共81頁將此式代入（1）得：積分得：

5.5鋼包攪拌與吹氬第39頁/共81頁

由于上式中第二項(xiàng)遠(yuǎn)小于它的前一項(xiàng)，所以可將此項(xiàng)忽略，而得如下近似式：（2）5.5鋼包攪拌與吹氬第40頁/共81頁吹氬脫氫：

(5-74)式中－吹氬量，mol/t；－鋼液最終的含氫量，%；－鋼液原始含氫量，%；－1噸鋼液中氫的摩爾數(shù)(mol)與氫百分濃度(%)之間的關(guān)系（）。5.5鋼包攪拌與吹氬第41頁/共81頁例如常壓下，溫度為1600℃的鋼液中原始含氫量為7×10-4％，通過吹氬，使氫含量降至2×10-4％，求每噸鋼應(yīng)吹入的最少氬氣量？解：已知P總=1atm,

所以第42頁/共81頁

這是最少（臨界）吹氬量，實(shí)際耗氬量要比此數(shù)大得多。因?yàn)椋悍磻?yīng)不可能平衡；氬氣中含微量水分，去氫同時(shí)要滲入氫；鋼液表面吸氫。5.5鋼包攪拌與吹氬第43頁/共81頁吹氬脫氮：*以上分析是基于熱力學(xué)條件。5.5鋼包攪拌與吹氬第44頁/共81頁鋼包吹氬脫氧：如果鋼液未完全脫氧，鋼液中有相當(dāng)數(shù)量的溶解氧時(shí)，那么鋼包吹氬還可以脫除部分鋼中的溶解氧，起到脫氧和脫碳的作用。設(shè)氬氣泡中的分壓力為，則從物質(zhì)平衡可以推出下式：式中－鋼液重量，t.

5.5鋼包攪拌與吹氬第45頁/共81頁

時(shí)，：5.5鋼包攪拌與吹氬第46頁/共81頁第47頁/共81頁由上表可見，脫氮和脫氫所需的吹氬量是相當(dāng)大的。用多孔磚在短短的鎮(zhèn)靜時(shí)間內(nèi)吹入這樣多的氬氣量是有困難的，但是，如果真空與吹氬相結(jié)合，就可以收到十分顯著的效果。因?yàn)榇禋辶颗c系統(tǒng)總壓力成正比。由于真空，系統(tǒng)總壓力降低，吹氬量可以顯著減少。如果真空度達(dá)到1000Pa，則用大約1/10的氬氣就可以達(dá)到1×105Pa下的去氣效果。這意味著只要用0.1～0.3m3/t的氬氣就可以使氫含量從（6～7）×10-4％降到（2～3）×10-4％。5.5鋼包攪拌與吹氬第48頁/共81頁5.6VD法VD法:

（VacuumDegassing）

真空脫氣法

手段：第49頁/共81頁第50頁/共81頁5.6真空脫氣（VD）法

美國芬克爾（Finkl）公司1958年首先提出來的，所以也叫芬克爾法，一般簡稱為VD(VacuumDegassing)法。5.6.1VD法的方法特點(diǎn)

VD法是把鋼包真空脫氣法和吹氬攪拌相結(jié)合產(chǎn)生的一種方法。第51頁/共81頁5.6VD法第52頁/共81頁VD功能具有以下功能：①有效的脫氣，減少[H]、[N]；②通過吹A(chǔ)r使夾雜物聚集上浮脫氧；③通過[C]+[O]={CO}去除[O]；④通過合金微調(diào)及吹A(chǔ)r控制化學(xué)成分和溫度；⑤通過堿性頂渣去[S]。

VD主要與電弧爐和LF配合:[S]＜10ppm；[H]＜1.5-2ppm；[N]＜40ppm；[O]＜20ppm。5.6真空脫氣（VD）法第53頁/共81頁VD法的精煉手段是底吹氬攪拌與真空相結(jié)合。在真空狀態(tài)下包底吹氬攪拌鋼液，一方面增加了鋼液與真空的接觸界面積；另一方面從包底上浮的氬氣泡吸收鋼液內(nèi)溶解的氣體，加強(qiáng)了真空脫氣效果，脫氫率可達(dá)到42～78%，同時(shí)上浮的氬氣泡還能沾附非金屬夾雜物，促使夾雜物從鋼液內(nèi)排除。使鋼的純凈度提高，清除鋼的白點(diǎn)和發(fā)紋缺陷。真空室的壓力一般為66.7Pa～2.66×104Pa。5.6真空脫氣（VD）法第54頁/共81頁圖5-35VD鋼液真空脫氣裝置5.6.2VD法的裝置特點(diǎn)5.6真空脫氣（VD）法第55頁/共81頁第56頁/共81頁5.6真空脫氣（VD）法第57頁/共81頁5.6真空脫氣（VD）法第58頁/共81頁5.6真空脫氣（VD）法第59頁/共81頁VD（含VOD）真空系統(tǒng)5.6真空脫氣（VD）法第60頁/共81頁5.6真空脫氣（VD）法真空泵第61頁/共81頁5.6真空脫氣（VD）法第62頁/共81頁VD真空處理裝置主體設(shè)置主要包括:鋼包、真空罐、真空罐蓋、罐蓋車及其提升系統(tǒng)、真空料斗系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)、鐵合金添加系統(tǒng)、喂絲裝置、液壓站和其它介質(zhì)供應(yīng)系統(tǒng)等。5.6真空脫氣（VD）法第63頁/共81頁１）鋼包：普通鋼包,但是比普通鋼包稍深一些，鋼液面以上留有800～1200mm的凈空高度，以適應(yīng)鋼液沸騰的需要。包底裝有透氣元件或透氣磚，真空蓋上裝有加料設(shè)備，可以在真空狀態(tài)下添加合金料。5.6真空脫氣（VD）法第64頁/共81頁２）真空罐:是圓桶形的鋼性焊接結(jié)構(gòu)，其底部由一個(gè)沖壓而成的半橢圓形封頭構(gòu)成，內(nèi)襯耐火材料，罐體上設(shè)有水冷密封法蘭，底部裝有漏鋼裝置，當(dāng)發(fā)生漏鋼事故時(shí)，鋼水沿罐體下部的事故流槽進(jìn)入隔離式事故坑內(nèi)，達(dá)到保護(hù)設(shè)備的目的。罐體側(cè)部裝有鋼包吹氫用軟管和快速接頭。３）真空罐蓋系統(tǒng):由罐蓋、防濺罩和更換臺架、攝像機(jī),觀察孔等組成。設(shè)有密封法蘭，罐蓋內(nèi)側(cè)由耐火材料澆鑄而成。該系統(tǒng)的主要作用是真空處理時(shí)對真空罐進(jìn)行密封。5.6真空脫氣（VD）法第65頁/共81頁４）真空料斗系統(tǒng):由受料斗、真空給料斗、真空密封閥和加料均壓系統(tǒng)組成。它安裝在真空罐蓋上，在真空處理時(shí)進(jìn)行合金微調(diào)。５）罐蓋移動(dòng)小車系統(tǒng):該系統(tǒng)由真空蓋移動(dòng)車和罐蓋提升裝置組成，其功能是將罐蓋和真空料斗系統(tǒng)升降并運(yùn)送到兩個(gè)不同的處理位或等待位。６）真空系統(tǒng):由抽氣管和真空泵等組成，抽氣管道把真空泵和真空罐連接起來，真空泵使用蒸汽噴射泵，提供冶煉需要的真空效果。5.6真空脫氣（VD）法第66頁/共81頁７)鋼包底吹氬系統(tǒng)8）合金加料系統(tǒng):該系統(tǒng)由鐵合金儲存料倉、稱量系統(tǒng)、運(yùn)輸皮帶等組成，它們同時(shí)滿足VD和LF爐對鐵合金的需求。9）喂絲系統(tǒng):由兩臺喂絲機(jī)及其相應(yīng)的行車軌道、絲卷架等組成，每一臺對應(yīng)一個(gè)處理罐位。5.6真空脫氣（VD）法第67頁/共81頁耐火材料VD真空精煉爐系統(tǒng)的真空罐及罐蓋都襯有耐火材料，VD精煉爐內(nèi)溫度在1600~1700℃之間，此對耐火材料的性能要求較高。因此，真空罐內(nèi)襯應(yīng)選用耐火度高、熱穩(wěn)定性好、抗渣性好、耐壓強(qiáng)度高的高鋁磚，補(bǔ)爐材料選用石英砂或白云石磚。具體要求列于表4。表4對耐火材料的具體要求5.6真空脫氣（VD）法第68頁/共81頁5.6.3VD法的工藝特點(diǎn)

1）40tVD真空精煉爐主要性能參數(shù)額定容量/t40工作真空度/Pa66.7真空泵額定抽氣量/kg.h-1260從一個(gè)大氣壓抽到工作真空度的時(shí)間/min≤5蒸汽平均耗量/t.h-19蒸氣最大耗量/t.h-1≤12蒸汽溫度/℃≤185蒸汽壓力/MPa≥0.75.6真空脫氣（VD）法第69頁/共81頁2）工藝過程：

需要處理的鋼液在電弧爐或轉(zhuǎn)爐內(nèi)冶煉，爐內(nèi)預(yù)脫氧，并造流動(dòng)性良好的還原渣，出鋼溫度比不處理時(shí)高10～20℃，然后出鋼。將鋼包座入真空室內(nèi)，接通吹氬管吹氬攪拌，測溫取樣，再蓋上真空蓋，啟動(dòng)真空泵，大約5min內(nèi)可達(dá)到工作真空度（67～133.3Pa以上），在真空下保持10～15min左右，達(dá)到脫氣、去夾雜、均勻成分和溫度的作用，整個(gè)精煉時(shí)間約30min，吹氬攪拌貫穿整個(gè)精煉過程。5.6真空脫氣（VD）法第70頁/共81頁5.6真空脫氣（VD）法第71頁/共81頁VD底吹氬流量流量L/min啟泵前深真空前深真空0.1kPa喂絲軟吹85t1010-50300-36050-10020-50120t100200250-350200150t100200-300400(裸露30-50cm)80-120200-80VD處理吹氬流量控制5.6真空脫氣（VD）法第72頁/共81頁以某廠精煉GCr15鋼為例脫氧：經(jīng)VD法精煉后鋼中全氧含量在（12～27）×10-4％之間，溶解氧含量一般為（7～15）×10-4％，溶解氧的脫除率平均為82%。脫氫：脫氫率平均55%，氫含量為2.34×10-4％。溫度均勻：處理前不同部位的溫差為，處理后為。夾雜物形態(tài)有了根本改善：以往造成廢品的主要質(zhì)量問題“點(diǎn)狀”不變形夾雜現(xiàn)已消失。脫硫：VD法因缺少加熱手段，精煉過程不能造新渣脫硫，脫硫率只有20%左右。精煉效果：5.6真空脫氣（VD）法第73頁/共81頁40噸VD爐的精煉工藝實(shí)踐1）鋼水入罐前的所有設(shè)備處于良好狀態(tài)，并聯(lián)系好冷卻水、蒸汽，鋼包包沿?zé)o鋼瘤。2）鋼包入罐，吹氬正常后，罐車開至加熱工位，測溫取樣，送電調(diào)渣。3）由LF爐轉(zhuǎn)VD爐前(或抽真空前)視鋼水中鋁含量高低喂10～30m鋁絲，進(jìn)VD爐前喂Si-Ca線100～150m(喂絲量根據(jù)各鋼種喂絲要求而定)。5.6真空脫氣（VD）法第74頁/共81頁4）進(jìn)VD鋼水條件:(1)溫度:1640～1660℃;(2)成分:[C]控制在規(guī)格下限0.02%左右，其余成分在規(guī)格中下降，易氧化合金不調(diào)加;(3)自由空間:>700mm，抽真空前必須保證鋼渣內(nèi)C、Si粉反應(yīng)完全，渣白且流動(dòng)性好，渣厚控制在100mm以內(nèi)。5.6真空脫氣（VD）法第75頁/共81頁5）抽真空前15min送蒸汽，送水，確認(rèn)蒸汽溫度不小于185℃，蒸汽壓力不小于0.7MPa,蒸汽流量不小于l0t/h。

6）抽真空前氬氣控制在0.20～0.35MPa，達(dá)到極限真空度時(shí)，將氬氣調(diào)至0.3～0.5MPa，保持至破空。

7）罐車開至VD定位完畢，并確定罐蓋達(dá)下限位時(shí)，方可開始抽真空，先開5級泵，真空度達(dá)到33kPa左右開4級泵，真空度達(dá)到8kPa左右，開啟3級泵，真空度1達(dá)到2.