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1、第16卷第8期2006年8月 中国冶金 China Metallurgy Vol.16,No.8 Aug.2006作者简介:杜 勇(19712),男,大学本科,助理工程师;E2mail:ppp1976 ;修订日期:2006205210100 t转炉LF精炼工艺的生产实践杜 勇,彭家清,姬健营(安阳钢铁股份有限责任公司第一炼轧厂,河南 安阳455004)摘 要:介绍了安钢第一炼轧厂100 t LF钢包精炼炉月产15万t生产能力下的精炼效果;分析了LF炉的造渣、脱硫、脱氧、氩气搅拌、钢液纯净度控制等工艺制度。实践表明,该工艺制度不但能满足年产150万t钢的生产需要,且能保证现生产品种的钢液质量。但
2、要降低目标值,其工艺过程还需优化。关键词:LF;工艺现状;效果中图分类号:TF703.5 文献标识码:A 文章编号:100629356(2006)0820017203Practice on 100 t Ladle FuranceDU Yong,PENGJia2qing,J I Jian2ying(No 1 Steel Making and Rolling Plant,Anyang Iron and Steel Group Co Ltd,Anyang 455004,Henan,China)Abstract:This paper introduces the process practice an
3、d refining effect of 100 t ladle furnace with capacity of150000 t per month in Anyang Steel.The processes such as slag making,desulfurizing,deoxidizing and control2ling cleanness of steel in LF are analyzed and optimized.Practice indicates that this system not only can satisfy theproduction need of
4、1.50 million t/a and also guarantee molten steel quality.Key woeds:LF;process practice;effect2004年3月26日,安钢第一炼轧厂100 t顶底复吹转炉-100 t LF-连铸生产线投产,原设计年生产能力105万t。近年来,随生产工艺的优化,现平均每炉冶炼周期达到31.27 min,小时产钢量221t,月生产能力可达15万t,LF炉充分发挥协调缓冲和保证钢液质量的作用。1 钢包炉的主要设备与生产工艺100 t钢包炉的主要设备:双钢包车、炉体(钢包)、钢包盖、电弧加热系统、喂线系统、底吹氩搅拌系统装置、合
5、金上料系统及其他辅助设备。其主要技术参数为:最小容量75 t,最大容量135 t;钢包的高度4300 mm,上部外沿直径 3426 mm,最小自由空间900 mm;炉盖提升高度(液压)300 mm;电极直径 450 mm,提升行程3000 mm;变压器的额定功率18 MVA,2次侧电压180299 V,电压调档方式为有载。其生产工艺流程见图1。2LF钢包精炼分析2.1 造渣工艺分析LF精炼渣基本功能为:深脱硫,深脱氧;起泡埋弧;可去除钢中非金属夹杂物,净化钢液;改变夹杂物的形态;防止钢液2次氧化和保温。因此,在选择精炼渣时,除了要考虑深脱硫和深脱氧外,还要兼顾其他功能。LF精炼渣根据其功能由基
6、础渣、脱硫剂、还原剂、发泡剂和助熔剂等组成。LF精炼渣的熔点一般控制在13001450,且1500 时渣的粘度()一般控制在0.250.60 Pas。精炼渣的基础渣一般多选CaO2Al2O32SiO2系三元相图的低熔点位置的渣系,见图21。图1100 t LF生产工艺流程Fig.1Process flow of 100 t ladle furnace 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/图2CaO2Al2O32SiO2渣Fig.2CaO2Al2O32SiO2
7、slag system100 t LD出钢采取挡渣塞挡渣操作,出钢下渣量少,保证下渣量 50 kg/t,出钢量1/31/2时加入150 kg铝矾土和300 kg石灰预造渣;精炼过程以石灰 铝矾土=21的比例小批量多次加入,根据渣的稀稠适当调整配比,渣量根据硫的质量分数来决定,一般控制在钢液量的1.5%2.0%,渣中的主要化学成分见表1。2.2 脱硫工艺分析 工业实践与理论研究表明,熔渣碱度(R)、氧化铁、熔渣流动性、熔渣温度及搅拌等诸多因素均影响LF精炼钢包炉的脱硫速度和脱硫能力。2.2.1 熔渣的脱硫效率 精炼过程中熔渣的脱硫效率见图3。从中看出,精炼时间大于40 min熔渣的脱硫效率上升趋
8、缓。2.2.2 熔渣碱度对脱硫的影响 提高熔渣的碱度,渣中自由氧化钙的有效质量分数增加,使脱硫反应朝降低硫的方向进行,但并非熔渣的碱度越高越好,而是存在一最佳范围。当R 4.0时,再提高碱度则渣的粘度会过大而流动性不好,精炼渣熔化困难,渣中氧化钙质量分数的增加而使熔渣的流动性变坏,影响硫化钙或(S2-)在渣中的扩散与转移,并将影响脱氧和脱硫的效果,且R值过大对精炼渣的发泡性能也有不利影响,从而限制钢液的脱硫。R值最佳控制范围为2.54.0,见图42。2.2.3 熔渣中氧化铁对脱硫的影响渣中氧化铁的质量分数对脱硫的影响见图53。从图5中看出,渣中的氧化铁不利于钢液的脱硫,转炉出钢BaCaSiAl
9、沉淀脱氧,LF炉通过电石表1 钢包精炼炉熔渣(变渣后)的主要化学成分Table 1Main chemical composition of refining slag in ladle furnace钢种化学成分/%w(CaO)w(SiO2)w(Al2O3)w(MgO)w(MnO)w(FeO)R中高碳钢4952161819233.744.860.330.540.361.242.753.16普碳钢4953131823273.915.110.220.480.382.172.764.25低合金钢4753142121262.475.030.331.340.351.242.183.80图3 精炼时间与熔
10、渣脱硫效率之间的关系Fig.3Relationship between refining time anddesulfurization efficiency of slag图4 碱度R对脱硫率的影响Fig.4Influence of slag basicity on desulfurization rate扩散脱氧,渣中的氧化铁逐渐降低到较低水平。当w(FeO)2.5%时,熔渣的脱硫能力随氧化铁的降低而增大。研究表明,当w(FeO)1%时,w(FeO)与硫的分配系数(Ls)之间具有线性关系。81 中国冶金 第16卷 1994-2008 China Academic Journal Elect
11、ronic Publishing House.All rights reserved.http:/图5 熔渣中w(FeO)与Ls之间的关系Fig.5Relationship between content of ferrous oxide andsulphur distribution coefficient2.2.4 氩气搅拌对脱硫的影响 吹氩搅拌能增加钢-渣界面和传质、传热速度,强化钢渣反应,提高脱硫速度,降低溶解氧,促进夹杂上浮,提高钢液质量;随氩气流量的增大则脱硫速率增大,同时易造成钢液面裸露、钢水2次氧化而导致钢液中氧和氧化物夹杂增加,从而限制了搅拌强度的进一步提高;而搅拌能量太小又
12、起不到吹氩搅拌去除夹杂物的作用。吹氩量与脱硫率的关系见图6。图6 吹氩量与脱硫率的关系Fig.6Relationship between desulfurization rateand volume of argon blow 钢包在初始加热状态需升温和化渣,强化脱氧,氩气流量应加大到400700 L/min,钢水搅拌能约500950 kW/m3;随钢液脱氧、升温的进行,氩气流量控制在300450 L/min;钢液中增加碳粉或加入合金量较大时氩气流量可增至6001000 L/min,或开启旁通阀进行搅拌,以增加溶解速度、提高碳粉收得率和增加合金均匀程度;当钢液精炼接近结束时,钢液喂线后氩流量控
13、制在60120 L/min,进行弱搅拌,促进夹杂进一步上浮。精炼终点喂Ca2Si线(3 m/t)并吹氩弱搅拌,氩气压力和流量的控制以钢液面轻微抖动而不翻腾为原则。合理控制喂线和吹氩工艺不仅能均匀成分和温度,同时也具有去氧、硫和夹杂的作用。2.3 脱氧工艺实践分析 出钢预脱氧可减轻钢包炉脱氧负担。喂铝线沉淀脱氧与CaC2扩散脱氧相结合的复合脱氧方式能迅速降低钢中氧,精炼渣变成脱氧良好的白渣,精炼过程钢中全氧变化趋势见图7。图7 精炼时间与钢中全氧的关系Fig.7Relationship between refining time andoxygen content of steel 转炉终点碳对
14、钢中全氧的影响见图8。从中看出,稳定转炉兑铁液量,控制氧枪吹氧强度,避免钢液过氧化,出钢口后期采取挡渣塞挡渣操作,下渣后及时倒渣,可降低脱氧量。从图9看出吹氩时间大于5 min具有一定的脱氧效果。图8 转炉终点碳与氧的对应关系Fig.8Corresponding carbon with oxygenat end point图9LF炉终点弱搅拌时间对氧的影响Fig.9Inlluence of weak stirring time in LF onoxygen content2.4 钢水纯净度控制 在LF炉操作中采用白渣精炼,保持时间大于15 min,钢中全氧较低,氧化物夹杂减少;采用喂入Ca2S
15、i线的办法向钢中加入一定的钙,对钢中夹杂物进行变性处理,有利于夹杂物的去除;规定精炼时间须大于35 min,以保证夹杂物有充分的上浮时间,喂线后弱搅拌时间应大于5 min。(下转第33页)91第8期 杜 勇等:100 t转炉LF精炼工艺的生产实践 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/图5 喷嘴出口角度对粉剂穿透比的影响Fig.5Effect of nozzle angle on powder penetration ratio图6 理论穿透比与实验穿透比的比
16、较Fig.6Comparison between theoretical andexperimental penetration ratio从中看出,粉剂穿透比的实验值与理论值之间还存在一定差距。这是由于本文对粉剂浸入液相的理论分析是对单个颗粒进行的,单个颗粒浸入液相时需克服液相的界面张力、运动阻力和浮力的作用,并假定气粉流为两相平衡流,即气体和粉剂的出口速度相等;而在实验过程中,粉剂始终是群体运动,颗粒与颗粒、颗粒与管壁、颗粒与气相、气相与管壁之间的相互作用,使粉剂颗粒的出口速度小于式(5)计算的出口速度,因此实验过程得到的粉剂穿透比也低于理论计算值。4 结论(1)通过理论分析,得到载气体积
17、流量、固气比、喷嘴直径、粉剂粒度、载气密度和粉剂密度对临界粉粒直径的影响规律。通过考察喷吹粉剂的粒度分布和计算粉剂颗粒进入钢液的临界直径可得到粉剂颗粒的穿透比。(2)水模实验结果表明,高固气比、喷枪深插入、粉剂颗粒大以及减小喷嘴出口与水平方向的夹角等,均有利于增加粉剂的穿透比。(3)粉剂穿透比的实验测定值与理论计算值之间存在一定差距,这主要是因为理论计算中忽略了颗粒与颗粒、颗粒与管壁、颗粒与气相、气相与管壁之间的相互作用,使理论计算所得气粉流的出口速度偏大。参考文献:1 张信昭.喷粉冶金基本原理M.北京:化学工业出版社,1988.2M.西多连柯.喷粉冶金的理论和实践 M.北京:化学工业出版社,
18、1983.3ZOU Zong2shu,ZOU You2sheng,ZHANG Li2bing,et al.Mathematical Model of Hot Metal Desuophurization by PowderInjectionJ.ISIJ,2001,41:66269.4Ozawa Y,Mori K.Critical Conditions for Penetration of SolidParticle Into Liquid MetalJ.Iron Steel Inst,1983,(23):7682774.5 韩 旭.熔池中气粉两相流喷吹行为的研究D,沈阳:东北大学,1995.6
19、 彭一川,罗建江.熔池中气粉流穿透行为的试验研究J.钢铁研究,1996,(6):327.(上接第19页)这些措施的实施可进一步提高钢液的纯净度。3 结论(1)造渣制度基本合理,白渣保持期间碱度为2.5左右,w(FeO)接近0.5%,渣量控制在钢液总量的1.5%2.0%,能达到工艺要求。(2)精炼时间3040 min,钢中w(S)的目标值可达到0.010%0.020%。(3)满足现有钢种的质量要求需保证30 min精炼时间,但超过40 min则会降低精炼效率。(4)合理运用精炼终点弱搅拌可进一步改善钢的质量,其有效时间应大于5 min。参考文献:1 廖健诚.金属学M.北京:冶金工业出版社,1994.2 宋文林.电弧炉炼钢M.北京:冶金工业出版社,1995.3 徐增启.炉外精炼M.北京:冶金工业出版社,1998.33第8期 赵成林等:CAS2OB喷粉过程中精炼粉剂穿透行为的研究 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/