ASEA-SKF钢包精炼炉脱氧工艺探讨3116.docx

ASEAA-SKKF钢包包精炼炉炉脱氧工工艺探讨讨范鼎东刘国平平摘要：采用不不同的脱脱氧材料料,选择择3种工工艺方案案,对AASEAA-SKKF精炼炼炉脱氧氧工艺进进行了研研究探讨讨,并研研究了在在不同的的脱氧工工艺条件件下钢中中N、HH、S含含量的变变化情况况,找出出了较为为理想的的脱氧工工艺方案案。关键键词：AASEAA-SKKF精炼炼炉脱脱氧工艺艺冶金金效果Disccusssionn onn Deeoxiidizzatiion Proocesss iin AASEAA-SKKF lladlle RRefiininng FFurnnaceeFan DinngdoongLLiu GuooPinng(MMa AAnshhan Iroon && Stteell Coo.Lttd.)Absttracct：Disscusssioon oon ddeoxxidiizattionn prroceess in ASEEA-SSKF reffiniing furrnacce hhas beeen ccarrriedd ouut wwithh thhreee diiffeerennt pproccessses andd deeoxiidizzerss.Thhe cchanngess inn N,HanddShavve bbeenn sttudiied undder diffferrentt deeoxiidizzatiion conndittionns,aand reaasonnablle ddeoxxidiizattionn prroceess is theen pput forrwarrd.KKeywwordds：ASEEA-SSKF reffiniing furrnaccedeeoxiidizzatiion proocesssmeetalllurrgiccal efffecttiveenesss1前言随着着炉外精精炼技术术的发展展和新型型脱氧材材料的不不断涌现现,钢液液脱氧的的手段越越来越灵灵活多样样。脱氧氧工艺的的合理选选择、脱脱氧材料料的精确确加入不不仅可以以将钢中中氧降至至理想的的范围,而且还还可以降降低钢中中其它杂杂质元素素的含量量,同时时还可以以节约合合金用量量,取得得良好的的综合效效益。本研研究以常常用的33种钢液液脱氧方方法为基基础,与与不同的的脱氧材材料进行行合理的的组合,结合马马钢一钢钢厂生产产实际,设计了了3种方方案对精精炼炉脱脱氧工艺艺进行了了研究探探讨,并并研究了了在不同同的脱氧氧工艺条条件下钢钢中NN、H、S含含量的变变化情况况,以期期找出较较为理想想的脱氧氧工艺方方案,获获得良好好的冶金金效果。2试验验条件及及工艺方方案2.1试验条条件马钢钢一钢厂厂现有11座900t AASEAA-SKKF钢包包精炼炉炉,精炼炼炉有LLF和VVD两个个工位,具有加加热处理理、合金金微调和和真空脱脱气功能能。初炼炼炉采用用双包出出钢,钢钢液分别别装入22个1005t普普通钢包包,然后后通过滑滑动水口口倒包方方式倒入入2个990t专专用精炼炼钢包,依次进进行加热热处理、合合金微调调和真空空脱气。精炼工艺流程为:初炼钢水倒包加热处理、合金微调真空脱气浇注。倒包过程加渣料造新渣,碱度控制在2.5左右;加热过程进行还原渣操作,要求渣中w(FeO)1%,真空脱气66.7Pa保持时间大于20min,并保持吹氩搅拌。2.2脱氧试试验工艺艺方案由于于工艺路路线涉及及初炼钢钢水在出出钢过程程的脱氧氧合金化化、倒包包、加热热精炼及及真空脱脱气等环环节,针针对各工工艺环节节的不同同脱氧操操作,设设计了33个脱氧氧工艺方方案。工工艺方案案见表11,所用用脱氧材材料成份份见表22。表1脱脱氧试验验工艺方方案方案出钢/kkg。t-1倒包/kkg。t-1真空后净化搅拌拌/miin1加铝0.6加铝0.9喂Ca-Si线线1.55kg/t吹氩,1152脱氧剂11.6脱氧剂22.2喂Al线线Alss=0.0200%吹氩,1103脱氧剂11.6脱氧剂22.2Al 00.255kg/t,SSi-AAl-BBa 11.5kkg/tt电磁搅拌拌,5注注:表中中脱氧剂剂指钙系系脱氧剂剂 表2脱脱氧材料料成份(w)%材料名称称CCaSiAlBaCa-SSi28.4455.66钙系脱氧氧剂2037.2216Si-AAl-BBa36.22419.77912.7763几种种脱氧材材料的冶冶金特性性3.1铝铝主主要用于于钢液脱脱氧,其其脱氧产产物为固固态的All2O3,反应应式为:2All+33O=All2O3G°=122250000-3393.8T(1)由热热力学计计算可以以看到铝铝的脱氧氧基本上上在18873KK高温下下完成,即加铝铝后的片片刻之内内,绝大大部分氧氧就由溶溶解态转转变为氧氧化物而而析出。文文献资料料1表明,含碳00.500%的钢钢,铝脱脱氧的二二、三次次脱氧产产物占总总量的222.55%550.44%,这这也说明明铝脱氧氧速度很很快,脱脱氧产物物主要为为一次生生成。由由式(11),若若设AAl(w)为为0.0025%,钢液液在1552016600变化时时,钢中中溶解氧氧可以从从3×110-66降至00.5××10-6。因因此,在在精炼条条件下,脱氧过过程是一一个夹杂杂物去除除过程,一般可可将这样样一个脱脱氧过程程看成一一个准一一级反应应,即:Ott=OO0expp(-SS/V。kt)(22)式中Ott精精炼后tt时间的的含氧量量/×110-66V钢液体体积/mm3Oo精精炼初始始时刻的的含氧量量/×110-66k钢液脱脱氧的传传质系数数/m。s-1S钢渣渣界面积积/m22t脱氧时时间/ss由由(2)可见,精炼时时间越长长,钢中中氧含量量越低,即通过过有效的的搅拌和和足够的的精炼时时间,可可以使AAl2O3上浮去去除,从从而降低低钢中的的氧含量量。3.2硅铝钡钡Sii-All复合脱脱氧的产产物可能能是SiiO2,Al2O3,3AAl2O3。2SiiO2及FeeO。Al2O3,2FFeO。SiOO2等,但但在一般般的炼钢钢过程中中,钢液液中SSi、Al、OO都处处于常规规范围内内,Sii-All复合脱脱氧的产产物主要要为3AAl2O3。2SiiO2或All2O3。在钢钢液中O含含量较高高时,脱脱氧产物物主要是是3All2O3。2SiiO2,而随随着氧含含量的降降低,脱脱氧产物物以All2O3为主。Sii-All复合脱脱氧反应应式为:6All+22Sii+113OO=33Al22O3。2SiiO2(s)G°=-466795530.9+115066.144T(3)16600KK时,KK=OO133Sii2All6=1.29××10-52在SSi-AAl复合合脱氧的的基础上上引入钡钡,形成成硅铝钡钡复合脱脱氧剂,这种脱脱氧材料料近几年年在冶金金中的应应用越来来越广。钡钡的高沸沸点是优优于钙、镁镁的重要要特性。钡钡对夹杂杂物的变变性作用用主要表表现为降降低夹杂杂物的熔熔点,改改善夹杂杂物的形形状和尺尺寸以及及使杂物物分布均均匀化。因因此,含含钡合金金应用于于炼钢过过程,除除能减少少铝的消消耗外,还能改改变钢中中夹杂物物的形态态及结晶晶组织的的弥散度度和均匀匀性,减减少钢中中夹杂物物的含量量,净化化钢液,从而提提高钢材材质量,优化使使用性能能。3.3钙金属属钙是很很好的钢钢液净化化剂,大大多用于于钢液的的深脱氧氧和深脱脱硫。硅硅铝脱氧氧的钢,钢中O已已很低,一般在在5×110-66左右,此时,钙直接接脱氧反反应不是是主要的的,但钙钙可以与与大量存存在于钢钢中的AAl2O3发生反反应,其其反应式式为:xCa+yAll2O3=x(CCaO)。(y-1/33x)AAl2O3+22/3xxAl(44)钙在在这些AAl2O3夹杂颗颗粒中扩扩散,使使钙连续续地进入入铝的位位置,置置换出来来的铝进进入钢液液。随着着钙的扩扩散,在在Al22O3夹杂表表面CaaO含量量升高,当CaaO225%时时,钙铝铝酸盐呈呈液态,这种含含CaOO量高的的液态钙钙铝酸盐盐夹杂物物大部分分浮出钢钢液,进进入渣层层,从而而降低钢钢中的全全氧。钙也也是一种种很好的的深脱硫硫剂,其其反应式式为:Ca(gg)+S=CaSS(s)G°=-13363880+440.994T(5)近年年来,许许多厂家家采用了了一种新新型的钙钙系脱氧氧剂,其其主要成成分为碳碳化钙和和硅钙。新新型钙系系脱氧剂剂的应用用,不仅仅解决了了脱氧问问题,而而且大大大减少了了钢中的的Al22O3夹杂含含量。4试验验结果及及分析4.1脱氧效效果及分分析采用用3种脱脱氧工艺艺方案进进行精炼炼的炉次次,在不不同阶段段的钢中中全氧含含量见表表3。表3不不同精炼炼阶段的的钢中全全氧含量量×10-6脱氧方案案LF结束束VD结束束精炼结束束129.22322.4(30.8)18.33288.7(23.1)15.99222.1(18.6)232.11499.5(40.8)22.44266.8(24.6)19.55266.2(24)333.55399.9(36.2)18.22266.4(22.1)21.55注:括弧弧中所列列为平均均值。 由表表3可见见,3个个方案在在VD结结束后,钢中全全氧含量量基本相相同;而而精炼结结束后钢钢中全氧氧含量相相关较大大,方案案1脱氧氧效果最最好,钢钢中OO最低低。方案案1的特特点是在在精炼前前期使用用强的脱脱氧剂铝铝,精炼炼结束前前喂入CCa-SSi线,使All2O3夹杂变变性或生生成钙铝铝酸盐的的物质,这些物物质在55minn的吹氩氩净化搅搅拌情况况下上浮浮并被炉炉渣所捕捕获,从从而使得得钢中全全氧含量量降低。方方案2、方方案3的的特点是是前期使使用钙系系脱氧剂剂及通过过加热过过程扩散散脱氧和和真空过过程碳脱脱氧来降降低钢中中的氧位位,最后后用喂铝铝线及加加铝的方方法来保保证Alls的稳稳定性。在在方案22中,钙钙是在前前期加入入的,当当铝线被被喂入钢钢液时,钢液中中残留的的钙已很很少,无无法进行行变性处处理,其其净化搅搅拌的作作用和功功能将显显著减弱弱,钢中中全氧含含量在喂喂线前后后变化无无几;方方案3在在真空结结束后向向钢液中中加入硅硅铝钒进进行综合合脱氧和和变性处处理,以以便达到到降低钢钢中全氧氧的目的的,但所所得结果果并不理理想,这这可能是是因为净净化搅拌拌时间不不够,变变形过程程还没有有完全结结束,夹夹杂物没没有充分分上浮所所致。因此此,根据据试验结结果可以以得知,采用精精炼前期期一次性性加铝,真空结结束后再再利用CCa-SSi作深深脱氧及及变性处处理的工工艺路线线,其脱脱氧效果果较佳,这个结结论与脱脱氧原理理也相吻吻合。4.2脱氧对对脱氮、脱脱氢的影影响3种种脱氧工工艺方案案进行试试验的炉炉次,钢钢中氢含含量、氮氮含量见见表4。表4不不同阶段段钢中氢氢含量、氮氮含量×10-6脱氧方案案N,LF结结束N,VD结结束N,精炼结结束H,真空后后159.22622.8(61.0)47.77555.3(53)51555.22(522)2.12.77(2.4)248.33544.9(51.6)41.11488.5(44.8)40.22466.3(43.3)1.63.33(2.5)354.22600.9(54.5)45.66488.3(46.8)46.552.03.44(2.6)注:括弧中中所列为为平均值值 由表表4结果果可以看看出,方方案1钢钢中氮含含量较高高,方案案2、方方案3钢钢中氮低低些。说说明钢中中氮含量量与脱氧氧工艺有有关。方方案2、33在出钢钢、倒包包时采用用钙质脱脱氧材料料,钢中中氧位相相对较高高,钢中中高氧位位,使得得钢液在在出钢及及精炼时时的吸氮氮过程受受阻。因因为,在在一定的的条件下下,氮在在钢渣界界面的吸吸附是氮氮在钢液液中溶解解的限制制性环节节,而钢钢液中溶溶解的氧氧原子是是很强的的表面活活性物质质,也能能在相界界上吸附附并与氮氮原子争争夺吸附附点,所所以,当当钢液中中氧位较较高时将将会降低低钢液表表面吸附附氮的速速度,从从而使得得氮的溶溶解速度度减缓,钢液从从大气中中吸氮量量减少,以致使使钢液中中氮含量量下降。因因此,推推迟强脱脱氧剂铝铝的加入入可以减减少出钢钢及精炼炼过程吸吸氮22。方方案1、22、3真真空后钢钢中氢基基本相同同,说明明脱氧工工艺对脱脱氢的影影响不大大,钢中中氢含量量主要与与真空处处理工艺艺有关。4.3脱氧对对脱硫的的影响3种种脱氧工工艺方案案进行实实验的炉炉次,钢钢中硫含含量见表表5。表5试试验炉次次不同阶阶段钢中中硫含量量(w)%脱氧方案案出钢SSLF结束束SVD结束束S成品SS10.022300.0332(00.0229)0.000800.0113(00.0111)0.000600.0008(00.0007)0.000200.0006(00.0004)20.022300.0332(00.0229)0.011300.0116(00.0114)0.011000.0115(00.0112)0.000700.0112(00.0111)30.022300.0332(00.0229)0.011200.0117(00.0113)0.000800.0114(00.0111)0.000500.0113(00.0009)注:括弧弧中所列列为平均均值。 由表表5可见见,方案案2、33成品硫硫基本相相当,而而方案11成品硫硫明显低低于方案案2、33,这与与表3所所列的钢钢中氧位位相对应应。这一一点通过过熔渣-金属间间的脱硫硫反反应式可可以很明明显地看看出:S+(O-)=(S2-)+O(6)当钢钢中的O降降低时,有利于于反应向向脱硫方方向进行行。在本本试验中中,方案案1采用用了两次次加铝脱脱氧,使使得钢中中O在进精精炼站时时就已经经降到较较低的水水平,这这样使得得精炼全全过程都都在低氧氧位下进进行,因因此,精精炼过程程脱硫效效果很好好。同时时,还有有不可忽忽略的钙钙的深脱脱硫作用用。图113是钙和和铝的加加入对O含含量的影影响。当当All=00.0220%时时,所对对应的O=0.0007%,当CCa加入入后,O立立即降为为0.000066%,这这样大大大有利于于脱硫反反应。而而且Caa加入后后,与SS反应生生成CaaS,CCaS在在搅拌过过程上浮浮到熔渣渣中去除除,使得得脱硫更更加彻底底。因此此,方案案1是冶冶炼低硫硫钢较为为理想的的工艺路路线。图1钙钙和铝的的加入对对O含量的的影响5结论(11)脱氧氧材料与与脱氧工工艺路线线对其冶冶金效果果的影响响是明显显的,可可以通过过不同的的组合获获得较为为理想的的工艺方方法,以以满足产产品的功功能要求求。(2)采用精精炼早期期一次性性加铝,真空结结束后喂喂Ca-Si类类线剂的的方法获获得较低低的钢中中全氧含含量,并并可以冶冶炼低硫硫钢。(33)在钢钢包精炼炼过程中中采用前前期弱脱脱氧的工工艺有利利于避免免钢液吸吸氮,因因此,对对氮含量量要求高高的钢种种可以采采用前期期使用钙钙系脱氧氧剂,最最终加铝铝合金化化的工艺艺方法。致谢:参加本研究工作的还有:唐希伦、张建平、龚志翔等。作者单位位：范鼎鼎东(马马鞍山钢钢铁股份份有限公公司)刘国国平(马马鞍山钢钢铁股份份有限公公司)参考文献献：1蒋蒋国昌编编著.纯纯净钢及及二次精精炼,上上海:上上海科学学技术出出版社,19994:11872邱邱绍歧,祝桂华华.电炉炉炼钢原原理及工工艺,北北京:冶冶金工业业出版社社,19996:703曲曲英.炼炼钢学原原理,北北京:冶冶金工业业出版社社,19980:2133