炉外精炼zPPT学习教案.pptx

会计学1炉外精炼炉外精炼(jnglin)z第一页，共220页。1 1 概述概述概述概述(i sh)i sh)n n把常规炼钢炉中要完成的精炼任务，如脱硫、脱氧把常规炼钢炉中要完成的精炼任务，如脱硫、脱氧(tu y(tu y ng)ng)、脱磷、去除气、脱磷、去除气体和夹杂物、调整钢的成分和温度等，移到钢包或专用容器中进行，也叫二体和夹杂物、调整钢的成分和温度等，移到钢包或专用容器中进行，也叫二次冶金或钢包冶金。（次冶金或钢包冶金。（Secondary Steelmaking ProcessSecondary Steelmaking Process），），“二次精炼二次精炼”（Secondary RefiningSecondary Refining）。）。n n纯净钢生产技术、连铸、炼钢新技术以及降低生产成本的要求。纯净钢生产技术、连铸、炼钢新技术以及降低生产成本的要求。n n日、欧洲的炉外精炼比接近日、欧洲的炉外精炼比接近100%100%，真空精炼比，真空精炼比70%70%以上。以上。第1页/共220页第二页，共220页。n n19331933年，法国佩兰（年，法国佩兰（R.Perrin)R.Perrin)应用高碱度合成渣，对钢应用高碱度合成渣，对钢液进行液进行“渣洗脱硫渣洗脱硫”现代炉外精炼技术的萌芽；现代炉外精炼技术的萌芽；n n5050年代年代-真空处理技术。真空处理技术。n n19351935年年H.Schenck H.Schenck 确定大型钢锻件中的白点缺陷是由氢引确定大型钢锻件中的白点缺陷是由氢引起的起的-氢脆。氢脆。n n19501950年，德国年，德国Bochumer Verein(Bochumer Verein(伯施莫尔伯施莫尔-威林）真空铸威林）真空铸锭。锭。n n19531953年以来，美国的年以来，美国的1010万千瓦以上的发电厂中，都发现了万千瓦以上的发电厂中，都发现了电机轴或叶片折损的事故。电机轴或叶片折损的事故。n n19541954年，钢包真空脱气年，钢包真空脱气(tu q)(tu q)。n n19561956年，真空循环脱气年，真空循环脱气(tu q)(tu q)（DHDH、RHRH）。）。1.11.1炉外精炼的产生炉外精炼的产生(chnshng)(chnshng)和发展和发展第2页/共220页第三页，共220页。n n6060606070707070年代，高质量钢种的要求，产生了各种年代，高质量钢种的要求，产生了各种年代，高质量钢种的要求，产生了各种年代，高质量钢种的要求，产生了各种(zhn)(zhn)(zhn)(zhn)精炼方法；精炼方法；精炼方法；精炼方法；n n8080808090909090年代，连铸的发展，连铸坯对质量的要年代，连铸的发展，连铸坯对质量的要年代，连铸的发展，连铸坯对质量的要年代，连铸的发展，连铸坯对质量的要求及炼钢炉与连铸的衔接；求及炼钢炉与连铸的衔接；求及炼钢炉与连铸的衔接；求及炼钢炉与连铸的衔接；n n21212121世纪，更高节奏及超级钢的生产。世纪，更高节奏及超级钢的生产。世纪，更高节奏及超级钢的生产。世纪，更高节奏及超级钢的生产。第3页/共220页第四页，共220页。炉外精炼发展炉外精炼发展(fzhn)的背景的背景n n在转炉中生产平炉和电炉生产的钢种。在转炉中生产平炉和电炉生产的钢种。n n转炉大型化、钢锭大型化导致炼钢过程生产率的提高。转炉大型化、钢锭大型化导致炼钢过程生产率的提高。n n连续连续(linx)(linx)铸钢的发展。铸钢的发展。n n钢材使用条件日益苛刻、制品大型化、薄壁化带来的钢材使用条件日益苛刻、制品大型化、薄壁化带来的质量问题。质量问题。n n轧制工艺的自动化。轧制工艺的自动化。第4页/共220页第五页，共220页。1.2炉外精炼的冶金炉外精炼的冶金(yjn)特点特点n n改善冶金化学反应的热力学条件改善冶金化学反应的热力学条件(tiojin)(tiojin)。n n加速熔池传质速度。加速熔池传质速度。n n增大渣钢反应面积。增大渣钢反应面积。n n精确控制反应条件精确控制反应条件(tiojin)(tiojin)，均匀钢水成分和温度。，均匀钢水成分和温度。第5页/共220页第六页，共220页。1.3炉外精炼炉外精炼(jnglin)的的冶金功能冶金功能n n熔池搅拌功能n n提纯精炼功能n n钢水升温控温功能n n合金化功能n n生产(shngchn)调节功能第6页/共220页第七页，共220页。1.4炉外精炼炉外精炼(jnglin)的作用的作用提高钢的质量提高钢的质量提高钢的质量提高钢的质量去除钢种的有害元素及气体，去除钢种的有害元素及气体，去除钢种的有害元素及气体，去除钢种的有害元素及气体，S S、OO、NN、HH、C C 等；等；等；等；成分调整；成分调整；成分调整；成分调整；提高生产效率（电炉），降低成本、优化工艺；提高生产效率（电炉），降低成本、优化工艺；提高生产效率（电炉），降低成本、优化工艺；提高生产效率（电炉），降低成本、优化工艺；保证连铸过程的顺利进行（缓冲、温度保证连铸过程的顺利进行（缓冲、温度保证连铸过程的顺利进行（缓冲、温度保证连铸过程的顺利进行（缓冲、温度(wnd)(wnd)调整）调整）调整）调整）扩大品种（转炉）扩大品种（转炉）扩大品种（转炉）扩大品种（转炉）第7页/共220页第八页，共220页。1.5炉外精炼炉外精炼(jnglin)的手段的手段n n渣洗渣洗 最简单的精炼手段；最简单的精炼手段；n n真空真空 目前应用的高质量钢目前应用的高质量钢的精炼手段；的精炼手段；n n搅拌搅拌 最基本的精炼手段；最基本的精炼手段；n n喷吹、喂线喷吹、喂线 将反应剂直接将反应剂直接加入熔体的手段；加入熔体的手段；n n调温调温 加热是调节加热是调节(tioji)(tioji)温度的一项常用温度的一项常用手段。手段。第8页/共220页第九页，共220页。炉外精炼炉外精炼(jnglin)手手段段n n要求：1.独立性2.作用时间可控3.作用能力可控4.作用能力再现性强5.便于与其它手段组合(zh)6.操作方便、设备简单、投资运行费用低。n n1)合成渣洗n n使渣和钢充分接触，通过渣-钢之间的反应，有效去除钢中的硫和氧（夹杂物）；n n根据要求将各种渣料配置成满足某种冶金功能的合成炉渣；第9页/共220页第十页，共220页。2)2)真真 空空 处处 理理目的目的目的目的(md)(md)(md)(md)：提高真空度可将钢中提高真空度可将钢中提高真空度可将钢中提高真空度可将钢中C C C C、H H H H、O O O O降低；降低；降低；降低；第10页/共220页第十一页，共220页。3)搅拌搅拌(jiobn)n n目的：目的：目的：目的：n n加速反应的进行加速反应的进行加速反应的进行加速反应的进行n n均匀成分、温度均匀成分、温度均匀成分、温度均匀成分、温度n n手段：手段：手段：手段：n n电磁电磁电磁电磁(dinc)(dinc)搅拌搅拌搅拌搅拌n n吹气搅拌吹气搅拌吹气搅拌吹气搅拌第11页/共220页第十二页，共220页。4)喷吹技术喷吹技术(jsh)n n喷吹实现脱碳、脱硫、脱氧、喷吹实现脱碳、脱硫、脱氧、合金化、控制夹杂合金化、控制夹杂(jiz)(jiz)物物形态；形态；n n单一气体喷吹单一气体喷吹 VOD VOD；n n混合气体喷吹混合气体喷吹 AOD AOD；n n粉气流的喷吹粉气流的喷吹 TN TN；n n固体物加入固体物加入 喂线。喂线。第12页/共220页第十三页，共220页。5)调温调温(dio wn)n n提高生产率的需要提高生产率的需要(xyo)(xyo)；n n保证连铸的顺利进行；保证连铸的顺利进行；n n加热方法：加热方法：n n电加热：电弧加热、感应加热等电加热：电弧加热、感应加热等n n化学热：铝氧加热法化学热：铝氧加热法第13页/共220页第十四页，共220页。1.6炉外精炼(jnglin)技术的发展趋势需完善的技术：温度补偿耐火材料精炼(jnglin)后期钢水再污染老厂改造发展趋势：多功能化提高精炼设备生产效率和二次精炼比 钢包净空、吹氩强度和混匀时间、升温速度、传质系数 冶炼周期、包衬寿命(shumng)钢铁生产流程优化、提高过程自动控制、冶金效果在线监测生产效率：提高反应速度，缩短精炼时间、在线快速分析、提高钢包寿命、计算机控制提高终点命中率、扩大精炼能力第14页/共220页第十五页，共220页。主要主要主要主要(zh(zh yo)yo)的精炼工的精炼工的精炼工的精炼工艺艺艺艺n nLF(Ladle Furnace process)LF(Ladle Furnace process)；n nAOD(Argon-oxygen decarburization process);AOD(Argon-oxygen decarburization process);n nVOD(Vacuum oxygen decrease process);VOD(Vacuum oxygen decrease process);n nRH(Ruhrstahl Heraeus process);RH(Ruhrstahl Heraeus process);n nCAS-OB(Composition adjustments by sealed argon-oxygen CAS-OB(Composition adjustments by sealed argon-oxygen blowing process)blowing process)；n n喂线喂线喂线喂线(Wire Feeding(Wire Feeding，Insert thread)Insert thread)；n n钢包钢包钢包钢包(gngbo)(gngbo)吹氩搅拌吹氩搅拌吹氩搅拌吹氩搅拌(Ladle argon stirring)(Ladle argon stirring)；n n喷粉喷粉喷粉喷粉(powder injection)(powder injection)。第15页/共220页第十六页，共220页。第16页/共220页第十七页，共220页。第17页/共220页第十八页，共220页。炼钢(lin n)工序功能的演变 1)脱碳；2)升温；3)脱磷；4)脱硫；4)脱氧(tuyng)、氮、氢等；5)合金化。基本(jbn)任务炉外精炼第18页/共220页第十九页，共220页。2 炉外精炼炉外精炼(jnglin)理论和工艺理论和工艺n n2.12.1合成渣洗合成渣洗n n目的目的:使渣和钢充分接触，通过渣使渣和钢充分接触，通过渣-钢之间的反钢之间的反应，有效去除钢中的硫和氧（夹杂物）；应，有效去除钢中的硫和氧（夹杂物）；n n2.1.12.1.1合成渣合成渣n n根据要求将各种渣料配置成满足某种冶金功根据要求将各种渣料配置成满足某种冶金功能的合成炉渣；能的合成炉渣；n n 成分成分 物理化学物理化学(w l(w l hu xu)hu xu)性能性能n n1 1）成分（）成分（compositionscompositions）n n CaO-SiO2-Al2O3 CaO-SiO2-Al2O3、B B、(CaO)u(CaO)u（参与冶金反应（参与冶金反应的的CaO CaO 数量）、数量）、FeOFeO、S S第19页/共220页第二十页，共220页。碱度计算(j sun):石灰(shhu)-粘土渣石灰(shhu)-氧化铝渣第20页/共220页第二十一页，共220页。常用的渣洗合成常用的渣洗合成(hchng)渣成分渣成分n n图图第21页/共220页第二十二页，共220页。熔点熔点(rngdin)（melting point）n n钢的熔点钢的熔点T=1538-T=1538-Tjj%Tjj%n n合成渣的熔点需根据渣的成分利用相应的相图确定合成渣的熔点需根据渣的成分利用相应的相图确定(qudng),CaO-SiO2(qudng),CaO-SiO2、CaO-Al2O3CaO-Al2O3、CaO-SiO2-Al2O3 CaO-SiO2-Al2O3等相图。等相图。n n针对某一成分的渣系得出的经验公式。针对某一成分的渣系得出的经验公式。n nCaO-MgO62-66.2%;CaF29%;SiO2-Al2O324-29%;CaO-MgO62-66.2%;CaF29%;SiO2-Al2O324-29%;渣中渣中MgOMgO对熔点的影响对熔点的影响:n n t=1208+15.5(MgO%)t=1208+15.5(MgO%)2）性质(xngzh)第22页/共220页第二十三页，共220页。不同成分不同成分(chng fn)合成渣的熔点合成渣的熔点CaO-MgO对熔点(rngdin)影响W(Al2O348-56%,w(CaO)52-54%第23页/共220页第二十四页，共220页。流动性流动性 粘度粘度(zhn d)(zhn d)（ViscosityViscosity）图图第24页/共220页第二十五页，共220页。CaOAl 2O3CaOAl 2O3渣系的粘度渣系的粘度渣系的粘度渣系的粘度(zhn d)(zhn d)与与与与(CaO)(CaO)的关系的关系的关系的关系n n1第25页/共220页第二十六页，共220页。16001600时粘度时粘度时粘度时粘度(zhn d)(zhn d)与（与（与（与（CaO+MgOCaO+MgO）的关系（的关系（的关系（的关系（CaO-MgO-SiO2-Al2O3CaO-MgO-SiO2-Al2O3渣系）渣系）渣系）渣系）n n1SiO220-25%Al2O35-11%R:2.4-2.5第26页/共220页第二十七页，共220页。炉外精炼炉外精炼(jnglin)渣的主要成渣的主要成分分n nCaO:5055%；MgO:610%；SiO2:1520%；Al2O3:815%；CaF2:5%第27页/共220页第二十八页，共220页。表面张力表面张力(biominzhngl)液体的表面张力是作用于液体表面液体的表面张力是作用于液体表面单位长度上使表面收缩的力。表面单位长度上使表面收缩的力。表面张力为液面的分子受液体内部分子张力为液面的分子受液体内部分子吸引的结果吸引的结果,N/m,N/m。渣洗过程中，直接起作用的是钢渣、渣洗过程中，直接起作用的是钢渣、渣与夹杂间的界面张力，界面张力的渣与夹杂间的界面张力，界面张力的大小与每一组成的表面张力有关大小与每一组成的表面张力有关(yugun)(yugun)。熔熔渣渣表表面面张张力力S=S=1N1+1N1+2N2+2N2+；熔熔渣渣的的表表面面张张力力还还是温度的函数是温度的函数,随温度升高表面张力减小。随温度升高表面张力减小。钢钢液液的的表表面面张张力力受受温温度度和和成成分分的的影影响响，在在炼炼钢钢温温度度下下一一般般为为1.11.11.5N/m1.5N/m。渣钢界面张力渣钢界面张力 m-s=m-scos dyn/cm m-s=m-scos dyn/cm还原性还原性第28页/共220页第二十九页，共220页。渣中常见(chn jin)氧化物的表面张力合成渣表面张力(biominzhngl)的计算值第29页/共220页第三十页，共220页。2.1.2渣洗的精炼渣洗的精炼(jnglin)作用作用n n1 1）合成）合成(hchng)(hchng)渣的乳化和上浮渣的乳化和上浮n n乳化：乳化：rmin=2 m-s/cmHrmin=2 m-s/cmHn n渣滴最小半径的计算渣滴最小半径的计算第30页/共220页第三十一页，共220页。合成合成(hchng)渣的乳化和上浮渣的乳化和上浮n n上浮：速度与渣液滴直径、钢渣上浮：速度与渣液滴直径、钢渣(gngzh)(gngzh)密度差、密度差、钢渣钢渣(gngzh)(gngzh)的界面张力等有关。的界面张力等有关。n n渣洗过程中乳化和上浮是一对矛盾。渣洗过程中乳化和上浮是一对矛盾。n n保证精炼前提下，增大渣滴直径，降低渣温，延长保证精炼前提下，增大渣滴直径，降低渣温，延长镇静时间，降低钢的粘度等都利于渣滴上浮。镇静时间，降低钢的粘度等都利于渣滴上浮。第31页/共220页第三十二页，共220页。n n上浮：速度与渣液滴直径上浮：速度与渣液滴直径(zhjng)(zhjng)、钢渣密度差、钢渣密度差、钢渣的界面张力等有关。钢渣的界面张力等有关。n n渣洗过程中乳化和上浮是一对矛盾。渣洗过程中乳化和上浮是一对矛盾。n n保证精炼前提下，增大渣滴直径保证精炼前提下，增大渣滴直径(zhjng)(zhjng)，降低，降低渣温，延长镇静时间，降低钢的粘度等都利于渣渣温，延长镇静时间，降低钢的粘度等都利于渣滴上浮。滴上浮。第32页/共220页第三十三页，共220页。2 2）合成渣对钢中元素脱氧）合成渣对钢中元素脱氧）合成渣对钢中元素脱氧）合成渣对钢中元素脱氧(tu y(tu y ng)ng)能力的影响能力的影响能力的影响能力的影响n n硅的脱氧硅的脱氧 Si+2O=SiO2 Si+2O=SiO2n n n n当钢中含硅当钢中含硅0.3%,aSiO2=1,0.3%,aSiO2=1,温度为温度为15001500,1550,1550,1600,1600 时平衡时平衡(pnghng)(pnghng)含氧量分别为含氧量分别为34.4ppm,64.5ppm,96.6ppm.34.4ppm,64.5ppm,96.6ppm.第33页/共220页第三十四页，共220页。p硅、锰综合(zngh)脱氧不同Mn含量时钢水中1600,Si,O平衡(pnghng)浓度渣中脱氧产物活度减少提高渣的碱度，aSiO2降低(jingd)，硅脱氧 能力提高第34页/共220页第三十五页，共220页。不同不同不同不同(b tn(b tn)碱度、碱度、碱度、碱度、T=1873KT=1873K时钢中氧和硅的时钢中氧和硅的时钢中氧和硅的时钢中氧和硅的关系关系关系关系第35页/共220页第三十六页，共220页。铝脱氧(tu yng)2Al+3O=（Al2O3）1873K时与不同(b tn)铝含量相平衡的氧含量第36页/共220页第三十七页，共220页。通常钢中氧在20-50ppm,反应的平衡问题。Ar喷CaO+CaF2粉O可到10ppm 熔融CaO+CaF2中 aAl2O3 小，铝粉可提高铝脱氧能力(nngl)。吹入含铝粉的石灰、萤石混合粉剂，可促进铝脱氧反应，使产物渣化上浮。石灰-氧化铝渣中:CaO+Al2O3=CaOAl2O3反应的存在使aAl2O3减少,提高铝的脱 氧能力(nngl)。第37页/共220页第三十八页，共220页。CaOAl2O3渣中各组元活度1873K1873K时与不同时与不同时与不同时与不同(b tn(b tn)铝含量相平衡的氧含量铝含量相平衡的氧含量铝含量相平衡的氧含量铝含量相平衡的氧含量第38页/共220页第三十九页，共220页。3）扩散）扩散(kusn)脱氧脱氧n n氧在熔渣和钢液中的分配：氧在熔渣和钢液中的分配：n n LO=O%/(FeO%)rFeO LO=O%/(FeO%)rFeOn n 式中式中O%0O%0为钢中原始氧含量为钢中原始氧含量n n类似现场条件下，扩散脱氧反应大约在类似现场条件下，扩散脱氧反应大约在2min2min左右就能左右就能完成完成(wn chng)(wn chng)。n n渣洗与二次氧化渣洗与二次氧化第39页/共220页第四十页，共220页。4）夹杂）夹杂(jiz)的去除的去除n n钢种夹杂物与乳化渣滴碰撞，被吸附、同化钢种夹杂物与乳化渣滴碰撞，被吸附、同化(tnghu)(tnghu)上浮排除。上浮排除。n n促进二次氧化产物的排出。乳化渣滴表面作为脱氧反应新相形成的晶核。促进二次氧化产物的排出。乳化渣滴表面作为脱氧反应新相形成的晶核。n n5 5）脱硫）脱硫n n反应式：反应式：FeS+(CaO)=(CaS)+(FeO)FeS+(CaO)=(CaS)+(FeO)n n Ls=(S)/S=Ks(CaO)u/(FeO)Ls=(S)/S=Ks(CaO)u/(FeO)n n渣的成分、流动性（渣的成分、流动性（CaF2CaF2）及冶炼条件（增加）及冶炼条件（增加HH、吹氩）对、吹氩）对LsLs影响较大。影响较大。第40页/共220页第四十一页，共220页。渣成分(chng fn)对Ls的影响第41页/共220页第四十二页，共220页。Ls与与(CaO%)u、(FeO%)的关系的关系(gun x)第42页/共220页第四十三页，共220页。CaOAl2O3CaOAl2O3渣中，渣中，渣中，渣中，LsLs与与与与(CaO%)u(CaO%)u的关系的关系的关系的关系(gun x)(gun x)第43页/共220页第四十四页，共220页。LSLS与与与与(FeO)(FeO)、(CaO)u(CaO)u的关系的关系的关系的关系(gun x)(gun x)第44页/共220页第四十五页，共220页。2.2渣洗工艺渣洗工艺(gngy)2.2.12.2.1工艺工艺异炉渣洗异炉渣洗同炉渣洗同炉渣洗混合炼钢混合炼钢2.2.22.2.2功能功能 通过在专门的炼渣炉中熔炼通过在专门的炼渣炉中熔炼(rn(rn lin)lin)，出钢时钢液与炉渣混合，实，出钢时钢液与炉渣混合，实现脱硫及脱氧去夹杂功能；现脱硫及脱氧去夹杂功能；局限：不能去除钢中气体；局限：不能去除钢中气体；第45页/共220页第四十六页，共220页。2.2真空真空(zhnkng)给定的空间内，气体分子的密度低于该地区大气压给定的空间内，气体分子的密度低于该地区大气压的气体分子密度的状态。的气体分子密度的状态。气体在钢液中的溶解和析出气体在钢液中的溶解和析出碳脱氧碳脱氧脱碳脱碳溶解在钢液中的碳与炉衬作用溶解在钢液中的碳与炉衬作用合金合金(hjn)(hjn)元素的挥发元素的挥发金属和夹杂物的挥发和去除金属和夹杂物的挥发和去除第46页/共220页第四十七页，共220页。2.2.1基本原理基本原理2.2.1.12.2.1.1钢液的真空钢液的真空(zhnkng)(zhnkng)脱气脱气一、钢液脱气的热力学一、钢液脱气的热力学 N2=2N N2=2N N2=2N第47页/共220页第四十八页，共220页。气体在铁中溶解反应(fnyng)的热力学数据第48页/共220页第四十九页，共220页。影响气体(qt)在钢中的溶解度的因素：温度、压力、铁的相结构、铁中溶解的其它元素等。第49页/共220页第五十页，共220页。钢中氢的主要(zhyo)来源：空气中水蒸气的分压、原材料的干燥程度(chngd)、钢水的脱氧程度(chngd)。第50页/共220页第五十一页，共220页。1600，KH2O=1.2610-3，PH2O=0.04atm(生产中石灰烘烤不好，废钢锈多）条件(tiojin)：氧化性钢液：O%=0.05 H=11.3ppm已脱氧钢液：O%=0.002 H=56.4ppm热力学研究结果，气相中气体(qt)分压为100200Pa时，就可以将钢中气体(qt)降低到较低水平。第51页/共220页第五十二页，共220页。二、钢液脱气二、钢液脱气(tu q)的动力学的动力学n n1 1）脱气反应）脱气反应(f(f nyng)nyng)的步骤的步骤n n钢中溶解的气体原子向金属钢中溶解的气体原子向金属气相界面的扩散为限制性环节。气相界面的扩散为限制性环节。第52页/共220页第五十三页，共220页。2）真空脱气的速率 （1）式中：Gt为真空脱气t时间后钢液中的气体浓度 G0为真空脱气前钢液中的气体浓度 t 脱气时间 V钢液体积 A接触面积(min j)k传质系数第53页/共220页第五十四页，共220页。传质系数k的确定：传质系数k的确定复杂，它与温度、搅动状况、扩散系数、钢种及时间等因素有关。K的确定可以根据公式（1）由实验计算，另外(ln wi)描述气液相之间反应动力学的表面更新理论，得出了以下公式：式中：D扩散系数，1600 氮5.510-5cm2/sec;氢 3.5110-3cm2/sec;氧2.610-5cm2/sec。te熔体内某一体积元在气液界面(jimin)停留时间0.010.1秒,与温度、搅动情况有关，一般0.01-0.1。第54页/共220页第五十五页，共220页。计算得出1600气体在铁液中的传质系数:氮:0.0145cm/sec;氢:0.091cm/sec;氧:0.0143-0.0456cm/sec。当熔池强烈(qin li)搅拌时,氢的传质系数可高达0.640cm/sec.第55页/共220页第五十六页，共220页。3）钢液沸腾）钢液沸腾(fitng)时脱气的速时脱气的速率率熔池脱气速率(sl)与脱碳速率(sl)的关系:熔池脱气量(qling)与脱碳量的关系:第56页/共220页第五十七页，共220页。4）吹氩搅拌时脱气(tu q)的速率以上两个公式推导时作了两个假设：1钢中溶解的气体与气泡达到平衡。2气泡内的总压等于外压。生产中气泡上浮时1的平衡达不到，实际的气体分压必然小于平衡分压。所以，生产中为脱除(tu ch)一定量的气体须吹入更多的气体或脱掉更多的碳。去气效率f：脱氧钢吹氩0.440.75，未脱氧钢吹氩0.80.9。第57页/共220页第五十八页，共220页。三、降低钢中气体三、降低钢中气体(qt)的措施的措施n n使用干燥的原材料和耐火材料(nihucilio)n n降低与钢液接触的气相中气体的分压n n增加钢液的比表面积（A/V)n n提高传质系数kn n适当延长脱气时间n n利用生成氮化物来n n 脱除钢中氮第58页/共220页第五十九页，共220页。2.2.1.2钢液的真空钢液的真空(zhnkng)脱脱氧氧一、氧在钢中的溶解一、氧在钢中的溶解氧在钢中的溶解度决定于钢液温度氧在钢中的溶解度决定于钢液温度(wnd)(wnd)和成分。和成分。二、碳脱氧的热力学二、碳脱氧的热力学C+O=CO C+O=CO 为真空下最重要的脱氧反应。为真空下最重要的脱氧反应。其热力学关系式：其热力学关系式：第59页/共220页第六十页，共220页。1600时,由以上(yshng)关系推导出：与0.1%碳平衡的氧含量：PCO=1 atm O=220ppm;PCO=10-3 atm O=0.22ppm。第60页/共220页第六十一页，共220页。真空(zhnkng)下碳的脱氧能力钢液中碳的实际脱氧能力与压力(yl)的关系第61页/共220页第六十二页，共220页。真空下碳脱氧真空下碳脱氧真空下碳脱氧真空下碳脱氧(tu y(tu y ng)ng)的能力小于计算的原因的能力小于计算的原因的能力小于计算的原因的能力小于计算的原因n n碳氧反应未达到平衡。n n反应区的压力高于真空(zhnkng)压力。C-O反应进行时CO的生成压必须满足：n n碳还原钢中氧化物夹杂，反应的动力学条件差。n n炉衬和炉渣供氧。表面张力形成的附加(fji)压力钢液的静压力真空压力第62页/共220页第六十三页，共220页。三、碳脱氧三、碳脱氧(tu yng)的动力学的动力学n n碳氧反应为在钢液碳氧反应为在钢液气相界面进行的非自发形核，气相界面进行的非自发形核，COCO气气相形成的核心是炉底和炉壁的耐火材料表面的缝隙和吹入相形成的核心是炉底和炉壁的耐火材料表面的缝隙和吹入钢液的气体。反应步骤如下：钢液的气体。反应步骤如下：n n1 1）碳、氧通过扩散边界层迁移到相界面（）碳、氧通过扩散边界层迁移到相界面（DC=2.0DC=2.010-4;10-4;DO=2.6DO=2.610-5)10-5)n n2 2）相界面上反应生成）相界面上反应生成COCOn n3 3）产物脱离相界面进入气相）产物脱离相界面进入气相n n4 4）COCO气泡长大、上浮、排出气泡长大、上浮、排出n n以上步骤中，氧在钢液侧界面层的传质是碳脱氧速率的控以上步骤中，氧在钢液侧界面层的传质是碳脱氧速率的控制制(kngzh)(kngzh)环节。环节。第63页/共220页第六十四页，共220页。CO气相的非自发气相的非自发(zf)形核形核深度为h时,钢液不能进入(jnr)的最大缝隙半径:第64页/共220页第六十五页，共220页。当曲率半径达到最小值时,缝隙中气体(qt)的总压力达到最大:活性缝隙(fngx),炉底和炉壁渣化后活性缝隙大大减少.第65页/共220页第六十六页，共220页。缝隙内气体体积随着CO的生成增大,所受浮力也成比例增大,气体所受浮力超过(chogu)由于表面张力而产生的附着力时气泡将脱离缝隙上浮.钢液中自由上浮的气泡随体积的增大上浮速度加快.上浮过程上浮过程(guchng)中中,气泡大小不同气泡大小不同,由于不同力的作用具有不同的形状由于不同力的作用具有不同的形状.气泡的当量直径气泡的当量直径:5mm 5-10mm 10mm以上以上形状形状:球形球形 扁圆形扁圆形 球冠形球冠形受力受力:表面张力表面张力 钢水静压力钢水静压力 钢水静压力钢水静压力 第66页/共220页第六十七页，共220页。钢中氧浓度的变化速率Do氧在钢液中的扩散系数气液界面钢液侧扩散边界层的厚度气液界面上反应平衡时的氧含量碳脱氧(tu yng)的速率氧在钢液侧界面层的传质是碳脱氧速率的控制(kngzh)环节第67页/共220页第六十八页，共220页。O%SO%1，更多的设计成锥桶形。n n对精炼反应的要求n n 渣钢反应、夹杂上浮，卷渣，冲刷炉衬、增碳（电弧加热）、脱气，促进碳氧反应、降温n n设备投资和运行费用第121页/共220页第一百二十二页，共220页。2.3.52.3.5搅拌搅拌搅拌搅拌(ji(ji obn)obn)过程中的能量消耗过程中的能量消耗过程中的能量消耗过程中的能量消耗 描述搅拌特征和质量指标：描述搅拌特征和质量指标：能量耗散系数或比搅拌功率（能量耗散系数或比搅拌功率（W/t W/t或或W/m3W/m3）：单位时间内，向一吨钢液）：单位时间内，向一吨钢液（或（或1m31m3钢液）提供的搅拌能量。钢液）提供的搅拌能量。不同搅拌方法可根据使钢液搅动的能量种类计算能量耗散系数，比较其不同搅拌方法可根据使钢液搅动的能量种类计算能量耗散系数，比较其搅拌能量的大小。搅拌能量的大小。例例:a):a)利用重力利用重力(zhngl)(zhngl)的搅拌的搅拌:搅拌能量搅拌能量比搅拌功率比搅拌功率出钢平均高度出钢平均高度2.8m,2.8m,出钢时间出钢时间3.2min,3.2min,平均比搅拌功率平均比搅拌功率1398W/t 1398W/t b)RH:b)RH:钢包钢液搅动耗能为经下降管流入钢包钢流的动能钢包钢液搅动耗能为经下降管流入钢包钢流的动能.比搅拌功率比搅拌功率循环流量循环流量30-50t/min,30-50t/min,被处理钢液量被处理钢液量120-300t,120-300t,比搅拌功率比搅拌功率500-100W/m3 500-100W/m3 W/t第122页/共220页第一百二十三页，共220页。2.3.62.3.6熔体的混匀时间与比搅拌熔体的混匀时间与比搅拌熔体的混匀时间与比搅拌熔体的混匀时间与比搅拌(ji(ji obn)obn)功率的关系功率的关系功率的关系功率的关系n n混匀时间也是一个混匀时间也是一个(y(y )常用的描述搅拌特征和质量的指标。其定义：在被常用的描述搅拌特征和质量的指标。其定义：在被搅拌的熔体中，从加入示踪迹到它在熔体中均匀分布所需的时间。搅拌的熔体中，从加入示踪迹到它在熔体中均匀分布所需的时间。n n熔体被搅拌的越剧烈，混匀时间越短。中西等人在各种搅拌方法的钢包中实熔体被搅拌的越剧烈，混匀时间越短。中西等人在各种搅拌方法的钢包中实测的比搅拌功率与混匀时间的关系见图。测的比搅拌功率与混匀时间的关系见图。n n =800=800-04 s-04 sn n所有以传质为限制性环节的冶金反应，都可以借助增加比搅拌功率的措施加所有以传质为限制性环节的冶金反应，都可以借助增加比搅拌功率的措施加以改善。以改善。第123页/共220页第一百二十四页，共220页。完全完全完全完全(wnqun)(wnqun)混匀时间与搅拌能的关系混匀时间与搅拌能的关系混匀时间与搅拌能的关系混匀时间与搅拌能的关系第124页/共220页第一百二十五页，共220页。1)处理时间没有限制，可以充分进行精炼；还可以自由且精确地调整钢水浇铸温度。2）由于渣的组成(z chn)和渣量可以自由选择，能够充分地进行渣洗精炼，脱硫、脱氧可以脱到10PPm水平。3)合金添加量没有限制，适于熔炼大部分钢种。与电炉组合使用的时候，由于能够省略电炉还原期，提高了电炉的炼钢能力。4)在粗精炼炉里，不需提高出钢温度，可以减轻粗精炼炉的负荷。2.4 加热(ji r)提高出钢温度，缩短(sudun)熔化时间。第125页/共220页第一百二十六页，共220页。n n2.4.1燃料燃烧加热：氧化性，内衬，残钢，氢，烟气n n2.4.2电阻加热n n2.4.3电弧加热n n2.4.4化学热法n n2.4.5其它(qt)加热方法第126页/共220页第一百二十七页，共220页。2.4.3电弧电弧(dinh)加热加热n n与电弧炉相同与电弧炉相同(xin(xin tn tn)，由三相变压器供电，变压器容量小，电，由三相变压器供电，变压器容量小，电极直径小，电流密度大。极直径小，电流密度大。n n电弧加热效率高，升温幅度大，对钢质量影响较小。电弧加热效率高，升温幅度大，对钢质量影响较小。n n几种电弧加热的精炼炉的升温速度几种电弧加热的精炼炉的升温速度精炼炉类型SKFVADLF升温速度/min24.51.6535第127页/共220页第一百二十八页，共220页。炉外精炼电弧炉外精炼电弧炉外精炼电弧炉外精炼电弧(dinh)(dinh)加热的平均单位能耗加热的平均单位能耗加热的平均单位能耗加热的平均单位能耗第128页/共220页第一百二十九页，共220页。钢包炉电弧加热系统的有关钢包炉电弧加热系统的有关钢包炉电弧加热系统的有关钢包炉电弧加热系统的有关(y(y ugun)ugun)参数参数参数参数第129页/共220页第一百三十页，共220页。炉壁烧损系数炉壁烧损系数炉壁烧损系数炉壁烧损系数RERE与电弧与电弧与电弧与电弧(dinh)(dinh)功率功率功率功率PhPh的关系的关系的关系的关系n n加热钢水前期升温速度低，提高其不能用增大变压器输入功率的办法：n n式中：Ph一相电弧(dinh)的功率，MW；n n Uh该相的电弧(dinh)电压，V；n n a电弧(dinh)与炉壁间的距离，m；n n RE的安全值约为450 MWV/m2。n n埋弧加热，加强烘烤。n n 第130页/共220页第一百三十一页，共220页。钢包钢包(gngbo)炉加热功率的计炉加热功率的计算算n nW=Cmt+S%Ws+A%WAW=Cmt+S%Ws+A%WAn n式中：式中：W W精炼一吨钢液理论上需要补偿的能量，精炼一吨钢液理论上需要补偿的能量，kWh/t;kWh/t;n n Cm Cm每吨钢液生温每吨钢液生温11所需要的热量，所需要的热量，kWh/t;kWh/t;n ntt钢液的温升，按精炼工艺要求定钢液的温升，按精炼工艺要求定,50-80 ,50-80 ；n n S%S%渣量，造渣材料的用量与钢总量的百分比渣量，造渣材料的用量与钢总量的百分比1.5%1.5%；n n Ws Ws熔化熔化10kg10kg渣并加热渣并加热(ji r)(ji r)到钢水温度所需能量，到钢水温度所需能量，约为约为5.8kWh/1%t;5.8kWh/1%t;n n A%A%合金的加入量与钢液总量的百分比；合金的加入量与钢液总量的百分比；n n WA WA熔化熔化10kg10kg合金并加热合金并加热(ji r)(ji r)到钢水温度所需能到钢水温度所需能量，约为量，约为7kWh/1%t;7kWh/1%t;n n精炼炉的热效率精炼炉的热效率一般为一般为30%40%30%40%，实际需要的能量：