ASEASKF钢包精炼炉脱氧工艺研究模板.doc

方案
出钢/kg。t-1
倒包/kg。t-1
真空后
净化搅拌/min
1
加铝0.6
加铝0.9
喂Ca-Si线1.5kg/t
吹氩,15
2
脱氧剂1.6
脱氧剂2.2
喂Al线Als=0.020%
吹氩,10
3
脱氧剂1.6
脱氧剂2.2
Al 0.25kg/t,Si-Al-Ba 1.5kg/t
电磁搅拌,5

　　　注:表中脱氧剂指钙系脱氧剂
表2　脱氧材料成份(w)
%

材料名称
C
Ca
Si
Al
Ba
Ca-Si

28.4
55.6

钙系脱氧剂
20
37.2
16

Si-Al-Ba

36.24
19.79
12.76

3　多个脱氧材料冶金特征
3.1　铝
　　铝关键用于钢液脱氧,其脱氧产物为固态
　　Al2O3,反应式为:
2［Al］+3［O］=Al2O3
ΔG°=1225000-393.8T　　　　　　　　　　　　　　　　(1)
　　由热力学计算能够看到铝脱氧基础上在1873K高温下完成,即加铝后片刻之内,绝大部分氧就由溶解态转变为氧化物而析出。文件资料［1］表明,含碳0.50%钢,铝脱氧二、三次脱氧产物占总量22.5%～50.4%,这也说明铝脱氧速度很快,脱氧产物关键为一次生成。由式(1),若设［Al］(w)为0.025%,钢液在1520℃～1600℃改变时,钢中溶解氧能够从3×10-6降至0.5×10-6。所以,在精炼条件下,脱氧过程是一个夹杂物去除过程,通常可将这么一个脱氧过程看成一个准一级反应,即:
［O］t=［O］0exp(-S/V。kt)　　　　　　　　　　　　　　　　(2)
式中　［O］t——精炼后t时间含氧量/×10-6
　　　V——钢液体积/m3
　　　［O］o——精炼初始时刻含氧量/×10-6
　　　k——钢液脱氧传质系数/m。s-1
　　　S——钢渣界面积/m2
　　　t——脱氧时间/s
　　由(2)可见,精炼时间越长,钢中氧含量越低,即经过有效搅拌和足够精炼时间,能够使Al2O3上浮去除,从而降低钢中氧含量。
3.2　硅铝钡
　　Si-Al复合脱氧产物可能是SiO2,Al2O3,3Al2O3。2SiO2及FeO。Al2O3,2FeO。SiO2等,但在通常炼钢过程中,钢液中［Si］、［Al］、［O］全部处于常规范围内,Si-Al复合脱氧产物关键为3Al2O3。2SiO2或Al2O3。在钢液中［O］含量较高时,脱氧产物关键是3Al2O3。2SiO2,而伴随氧含量降低,脱氧产物以Al2O3为主。
　　Si-Al复合脱氧反应式为:
6［Al］+2［Si］+13［O］=3Al2O3。2SiO2(s)
ΔG°=-4679530.9+1506.14T　　　　　　　　　　　　　　　　(3)
　　1600K时,K=［O］13［Si］2［Al］6=1.29×10-52
　　在Si-Al复合脱氧基础上引入钡,形成硅铝钡复合脱氧剂,这种脱氧材料近几年在冶金中应用越来越广。钡高沸点是优于钙、镁关键特征。钡对夹杂物变性作用关键表现为降低夹杂物熔点,改善夹杂物形状和尺寸和使杂物分布均匀化。所以,含钡合金应用于炼钢过程,除能降低铝消耗外,还能改变钢中夹杂物形态及结晶组织弥散度和均匀性,降低钢中夹杂物含量,净化钢液,从而提升钢材质量,优化使用性能。
3.3　钙
　　金属钙是很好钢液净化剂,大多用于钢液深脱氧和深脱硫。硅铝脱氧钢,钢中［O］已很低,通常在5×10-6左右,此时,钙直接脱氧反应不是关键,但钙能够和大量存在于钢中Al2O3发生反应,其反应式为:
xCa+yAl2O3=
｛x(CaO)。(y-1/3x)Al2O3｝+2/3xAl　　　　　　　　　　　(4)
　　钙在这些Al2O3夹杂颗粒中扩散,使钙连续地进入铝位置,置换出来铝进入钢液。伴随钙扩散,在Al2O3夹杂表面CaO含量升高,当CaO＞25%时,钙铝酸盐呈液态,这种含CaO量高液态钙铝酸盐夹杂物大部分浮出钢液,进入渣层,从而降低钢中全氧。
　　钙也是一个很好深脱硫剂,其反应式为:
Ca(g)+［S］=CaS(s)
ΔG°=-136380+40.94T　　　　　　　　　　　　　　　　(5)
　　多年来,很多厂家采取了一个新型钙系脱氧剂,其关键成份为碳化钙和硅钙。新型钙系脱氧剂应用,不仅处理了脱氧问题,而且大大降低了钢中Al2O3夹杂含量。
4　试验结果及分析
4.1　脱氧效果及分析
　　采取3种脱氧工艺方案进行精炼炉次,在不一样阶段钢中全氧含量见表3。
表3　不一样精炼阶段钢中全氧含量
×10-6

脱氧
方案
LF结束
VD结束
精炼结束
1
29.2～32.4(30.8)
18.3～28.7(23.1)
15.9～22.1(18.6)
2
32.1～49.5(40.8)
22.4～26.8(24.6)
19.5～26.2(24)
3
33.5～39.9(36.2)
18.2～26.4(22.1)
21.5

注:括弧中所列为平均值。
　　由表3可见,3个方案在VD结束后,钢中全氧含量基础相同;而精炼结束后钢中全氧含量相关较大,方案1脱氧效果最好,钢中［O］最低。方案1特点是在精炼前期使用强脱氧剂铝,精炼结束前喂入Ca-Si线,使Al2O3夹杂变性或生成钙铝酸盐物质,这些物质在5min吹氩净化搅拌情况下上浮并被炉渣所捕捉,从而使得钢中全氧含量降低。方案2、方案3特点是前期使用钙系脱氧剂及经过加热过程扩散脱氧和真空过程碳脱氧来降低钢中氧位,最终用喂铝线及加铝方法来确保Als稳定性。在方案2中,钙是在前期加入,当铝线被喂入钢液时,钢液中残留钙已极少,无法进行变性处理,其净化搅拌作用和功效将显著减弱,钢中全氧含量在喂线前后改变无几;方案3在真空结束后向钢液中加入硅铝钒进行综合脱氧和变性处理,方便达成降低钢中全氧目标,但所得结果并不理想,这可能是因为净化搅拌时间不够,变形过程还没有完全结束,夹杂物没有充足上浮所致。
　　所以,依据试验结果能够得悉,采取精炼前期一次性加铝,真空结束后再利用Ca-Si作深脱氧及变性处理工艺路线,其脱氧效果较佳,这个结论和脱氧原理也相吻合。
4.2　脱氧对脱氮、脱氢影响
　　3种脱氧工艺方案进行试验炉次,钢中氢含量、氮含量见表4。
表4　不一样阶段钢中氢含量、氮含量
×10-6

脱氧方案
［N］,LF结束
［N］,VD结束
［N］,精炼结束
［H］,真空后
1
59.2～62.8(61.0)
47.7～55.3(53)
51～55.2(52)
2.1～2.7(2.4)
2
48.3～54.9(51.6)
41.1～48.5(44.8)
40.2～46.3(43.3)
1.6～3.3(2.5)
3
54.2～60.9(54.5)
45.6～48.3(46.8)
46.5
2.0～3.4(2.6)

　　注:括弧中所列为平均值
　　由表4结果能够看出,方案1钢中氮含量较高,方案2、方案3钢中氮低些。说明钢中氮含量和脱氧工艺相关。方案2、3在出钢、倒包时采取钙质脱氧材料,钢中氧位相对较高,钢中高氧位,使得钢液在出钢及精炼时吸氮过程受阻。因为,在一定条件下,氮在钢渣界面吸附是氮在钢液中溶解限制性步骤,而钢液中溶解氧原子是很强表面活性物质,也能在相界上吸附并和氮原子争夺吸附点,所以,当钢液中氧位较高时将会降低钢液表面吸附氮速度,从而使得氮溶解速度减缓,钢液从大气中吸氮量降低,以致使钢液中氮含量下降。所以,推迟强脱氧剂铝加入能够降低出钢及精炼过程吸氮［2］。
　　方案1、2、3真空后钢中氢基础相同,说明脱氧工艺对脱氢影响不大,钢中氢含量关键和真空处理工艺相关。
4.3　脱氧对脱硫影响
　　3种脱氧工艺方案进行试验炉次,钢中硫含量见表5。
表5　试验炉次不一样阶段钢中硫含量(w)
%

脱氧方案
出钢［S］
LF结束［S］
VD结束［S］
成品［S］
1
0.023～0.032(0.029)
0.008～0.013(0.011)
0.006～0.008(0.007)
0.002～0.006(0.004)
2
0.023～0.032(0.029)
0.013～0.016(0.014)
0.010～0.015(0.012)
0.007～0.012(0.011)
3
0.023～0.032(0.029)
0.012～0.017(0.013)
0.008～0.014(0.011)
0.005～0.013(0.009)

注:括弧中所列为平均值。
　　由表5可见,方案2、3成品硫基础相当,而方案1成品硫显著低于方案2、3,这和表3所列钢中氧位相对应。这一点经过熔渣-金属间脱硫
　　反应式能够很显著地看出:
［S］+(O-)=(S2-)+［O］　　　　　　　　　　　　　　　(6)
　　当钢中［O］降低时,有利于反应向脱硫方向进行。在本试验中,方案1采取了两次加铝脱氧,使得钢中［O］在进精炼站时就已经降到较低水平,这么使得精炼全过程全部在低氧位下进行,所以,精炼过程脱硫效果很好。同时,还有不可忽略钙深脱硫作用。图1［3］是钙和铝加入对［O］含量影响。当［Al］=0.020%时,所对应［O］=0.007%,当Ca加入后,［O］立即降为0.0006%,这么大大有利于脱硫反应。而且Ca加入后,和S反应生成CaS,CaS在搅拌过程上浮到熔渣中去除,使得脱硫愈加根本。所以,方案1是冶炼低硫钢较为理想工艺路线。

图1　钙和铝加入对［O］含量影响
5　结　论
　　(1)脱氧材料和脱氧工艺路线对其冶金效果影响是显著,能够经过不一样组合取得较为理想工艺方法,以满足产品功效要求。
　　(2)采取精炼早期一次性加铝,真空结束后喂Ca-Si类线剂方法取得较低钢中全氧含量,并能够冶炼低硫钢。
　　(3)在钢包精炼过程中采取前期弱脱氧工艺有利于避免钢液吸氮,所以,对氮含量要求高钢种能够采取前期使用钙系脱氧剂,最终加铝合金化工艺方法。
　　致谢:参与本研究工作还有:唐希伦、张建平、龚志翔等。■
作者单位：范鼎东(马鞍山钢铁股份)
　　　　　刘国平(马鞍山钢铁股份)
参考文件：
［1］蒋国昌编著.纯净钢及二次精炼,上海:上海科学技术出版社,1994:187
［2］邱绍歧,祝桂华.电炉炼钢原理及工艺,北京:冶金工业出版社,1996:70
［3］曲英.炼钢学原理,北京:冶金工业出版社,1980:213