炉外精炼5PPT学习教案.pptx

会计学1炉外精炼炉外精炼(jnglin)5第一页，共90页。法法CASComposition adjustment by sealed argon bubbling（密封吹氩微调合金成分）。日本新日铁公司八幡技术研究所1975年开发的简易炉外处理工艺，80年代末期逐渐推广应用。在以往的钢包底吹氩均匀钢液成分和温度功能的基础上，在钢液面上插入一个隔离罩，撇开(pi ki)炉渣，铁合金从隔离罩上面加入，不与炉渣接触，直接加入到钢液内，并在底吹氩搅拌下，微调合金成分，提高了合金收得率。此外，这种方法还有利于消除钢中的大型夹杂物，以较低的成本获得纯净的钢液。CAS法主要用于处理转炉钢液。第1页/共90页第二页，共90页。1透气砖；2钢包(gngbo)；3钢液；4隔离罩；5加热及取样孔；6排气孔图5-36 CAS法系统示意图q法第2页/共90页第三页，共90页。（1）CAS法的设备：钢包底吹氩系统；隔离罩（或浸渍罩）及其升降机构，隔离罩是由钢板支承的耐火材料环罩，由罩体和浸入部分组成，浸入部分用高铝耐火水泥浇铸而成，操作时插入钢液；合金料加入系统，有合金料仓，电磁振动给料器，电子称量装置，输送胶带；测温取样和割渣装置。（2）CAS法的基本功能：均匀和调整钢液成分和温度；提高合金收得率；净化(jnghu)钢液、去除气体和夹杂物。法第3页/共90页第四页，共90页。（3）精炼工艺过程：首先强底吹氩气，在上升的气液两相流股作用(zuyng)下，钢液沸腾，氩气流股上方的钢液表面凸起，将熔渣向周围推开，在钢液表面形成一个无渣的区域，当裸露的钢液表面积相当于隔离罩面积时降下隔离罩插入裸露的钢液内罩住该无渣区域，以便加入的合金与炉渣隔离，也使钢液与大气隔离。罩内呈密封状态，钢液面无炉渣覆盖，加上吹氩使罩内充满氩气，形成相对的惰性气氛，保持氩气正压，调整成分用的铁合金从罩的顶部加入，不经过炉渣直接加入钢液内，从而减小合金损失，因此合金收得率高且稳定，成分迅速均匀，并可精确调整成分。法第4页/共90页第五页，共90页。n n与常规吹氩搅拌处理钢液比较，处理78分钟，钢中总氧量由10010-4可降到4010-4以下，处理后钢中非金属夹杂物明显减少(jinsho)，尤其40以上的大型夹杂物可减少(jinsho)50%；2040的夹杂物可减少(jinsho)1/21/3，大大改善钢的质量。q法第5页/共90页第六页，共90页。（4）具体操作：钢包吊运到处理(chl)站，对位以后，强吹氩1分钟，吹开钢液表面渣层后，立即降罩，同时测温取样，按计算好的合金称量，不断吹氩，稍后即可加入铁合金进行搅拌。吹氩结束将隔离罩提升，再测温取样。新日铁试验结果反映出CAS法的优势：钢液氮含量维持低水平。CAS处理(chl)后钢液中N为0.002，钢液送到中间包内，N为0.0022。中间包水口结瘤改善。两台铸机连浇炉数的统计表明，CAS处理(chl)分别达56和100炉。钢材质量提高。法第6页/共90页第七页，共90页。CAS-OB法是CAS法的改进，增设顶氧枪。为了快速补偿CAS法处理过程中的温降，在隔离罩内增设了一支吹氧枪对钢液进行吹氧，同时向钢液内加入铝或硅铁，利用加入的铝或硅铁与氧反应所放出的热量直接加热钢液，称为CASOB法（OBOxygen blowing）。其目的是对转炉钢液进行快速升温，补偿CAS法工序的温降，为中间包内的钢液提供准确的目标温度(wnd)，使转炉和连铸协调配合。其设备如图所示。CAS-OB法为新日铁最早推出，为最具有代表性的化学加热法。qOB法第7页/共90页第八页，共90页。原理原理设备设备(shbi)冶金特性冶金特性精炼工艺精炼工艺qOB法第8页/共90页第九页，共90页。图5-37 CAB-OB设备示意图1透气砖；2钢包；3渣；4隔离罩；5隔离罩升降(shngjing)机构；6氧枪；7合金料斜槽；8排气口qOB法第9页/共90页第十页，共90页。qOB法第10页/共90页第十一页，共90页。CAS-OB原理和工艺：在大气压下，将氩气通过钢包底部透气砖吹入，将浸渍管插入钢液表面吹氩口的上方，并挡掉炉渣(lzh)。可通过浸渍管加入各种合金调整钢水成分。并且在浸渍管上插入氧枪，加热钢水。CAS-OB可以调整和均匀钢水的温度和成分，减少钢中氧化物夹杂的含量及改善钢水的凝固性能。qOB法第11页/共90页第十二页，共90页。（1 1）CAS-OB CAS-OB法的工艺原理法的工艺原理 CAS-OB CAS-OB法的基本原理：法的基本原理：OB OB氧枪吹氧，并氧枪吹氧，并向罩内投入铝、硅、碳等可燃物质，发生氧化反向罩内投入铝、硅、碳等可燃物质，发生氧化反应产生化学热。应产生化学热。燃烧热通过辐射、传导、对流传给钢液，借助氩燃烧热通过辐射、传导、对流传给钢液，借助氩气搅拌将热传向钢液深部。燃烧气搅拌将热传向钢液深部。燃烧1.0kg1.0kg铝的理论需铝的理论需氧量为氧量为0.62m30.62m3，燃烧，燃烧1.0kg1.0kg硅需要氧硅需要氧0.8m30.8m3；实际；实际分别为分别为0.740.74和和1.05m31.05m3。钢液比热容取钢液比热容取0.88kJ0.88kJkgkg，燃烧，燃烧1.0kg1.0kg铝和铝和1.0kg1.0kg硅的吨钢升温值分别为硅的吨钢升温值分别为3535和和3333。一般。一般(ybn)(ybn)把升温幅度控制在把升温幅度控制在5050以内。以内。一般一般(ybn)(ybn)热吸收率可达热吸收率可达8080以上。为以上。为获得较好的铁、锰、碳元素烧损，需要保持比较获得较好的铁、锰、碳元素烧损，需要保持比较多的与供氧相平衡的理论燃烧物数量。多的与供氧相平衡的理论燃烧物数量。第12页/共90页第十三页，共90页。qOB法（2 2）CASCASOBOB的设备的设备(shbi)(shbi)底吹氩系统底吹氩系统 合金称量与加入系统合金称量与加入系统 氧枪升降与吹氧系统氧枪升降与吹氧系统 浸渍罩及其升降系统浸渍罩及其升降系统 保温材料加入系统保温材料加入系统 自动测温取样装置自动测温取样装置 风动送样及光谱分析系统风动送样及光谱分析系统 除尘系统除尘系统第13页/共90页第十四页，共90页。1）隔离罩(浸渍(jnz)罩)隔离罩的作用：隔离浮渣，形成无渣液面，并提供加入微调合金空间，提高合金元素的收得率；容纳上浮的搅拌氩气，提供氩气保护空间；为铝氧反应加热钢液提供反应空间；收集和排出烟气（烟罩作用）。CAS-OB隔离罩为锥形体。由钢板焊成，分上下两部分，上罩体内衬耐火材料，下罩体内外均衬以耐火材料，以便浸入钢液内部，通常浸入深度为100200mm。耐火材料为高铝质不定形材料，一般Al2O370，使用寿命为65100次。例如：浸渍(jnz)罩高度：3000 mm下罩体外径：1924 mm下罩体内径：1400 mmqOB法第14页/共90页第十五页，共90页。qOB法第15页/共90页第十六页，共90页。第16页/共90页第十七页，共90页。第17页/共90页第十八页，共90页。qOB法宝钢宝钢300tCAS-OB300tCAS-OB隔离隔离(gl)(gl)罩罩第18页/共90页第十九页，共90页。隔离罩在钢包内的位置应能基本笼罩住全部上浮氩气泡，并与包壁保持适当的距离。据新日铁经验，自包内壁至隔离罩外壁的距离170mm合适(hsh)。隔离罩的内径的按下式确定：D=2tan(/2)h十d (5-80)式中 D隔离罩内径，m；h钢液深度，m；氩气泡扩张角，取2025；d吹氩砖直径，m。隔离罩深度净空高度+渣层厚度+罩插入钢液中的深度（100200mm）。qOB法第19页/共90页第二十页，共90页。300t300t钢包浸渍钢包浸渍(jnz)(jnz)管内径的确定管内径的确定qOB法第20页/共90页第二十一页，共90页。确定浸渍管内径的另一种确定浸渍管内径的另一种(y zh(y zh n n)方法是（考虑渣层影响）：方法是（考虑渣层影响）：式中：式中：-裸露孔面积，裸露孔面积，m2;m2;-渣层厚度，渣层厚度，m;m;-钢液深度，钢液深度，m;m;-氩气流量，氩气流量，m3/s;m3/s;-重力加速度，重力加速度，m/s2m/s2qOB法第21页/共90页第二十二页，共90页。POSCO 300t CAS-OB:POSCO 300t CAS-OB:CH.-S.HACH.-S.HA,J.-M.PARKJ.-M.PARK,A R C H I V E S O F M E T A L L U R G Y&M A T E R I A L S.A R C H I V E S O F M E T A L L U R G Y&M A T E R I A L S.53(2),2008:637-642 53(2),2008:637-642qOB法第22页/共90页第二十三页，共90页。2）氧枪 一般在CAS-OB法中多采用惰性气体包围氧气流股的双套管顶吹氧枪。常见吹氧枪为消耗型，用双层不锈钢管组成。套管外涂高铝质耐火材料(A12O390)，套管间隙一般为23mm。中心管吹氧，套管环缝吹氩气冷却，氩气量大约占氧气量的10左右。这种喷枪使氧气流股包围在隋性气氛当中，形成了集中(jzhng)的吹氧点，在大的钢液面则形成低氧分压区，从而抑制了钢液的氧化。操作中控制外管压力和内管压力的比值在1.23.0之间能收到良好的效果。氧枪的烧损速度大约为50mm次，寿命为20-30次。qOB法第23页/共90页第二十四页，共90页。为提高升温速度，将顶吹氧枪下段置于由底吹气体和顶吹氧在隔离罩内形成的发泡钢液中进行吹氧。最合理的方法是把枪头埋入发泡的钢液中。显然，底吹的惰性气体不足以使钢液发泡，要借助钢中碳的氧化生成大量的CO和O2气体，在起泡的钢液中吹氧可以实现高的热效率和快速升温。因为此时热量向钢液的传递最快，这里枪位的控制极为重要。这种吹氧过程中，要消耗(xioho)一定量的碳，解决方法是转炉以碳的上偏差出钢，或OB后补加部分碳。qOB法第24页/共90页第二十五页，共90页。3)CASOB法加热钢液的特点 CASOB法在吹氧的同时，不断通过隔离罩向钢液内加入铝（或硅铁），利用铝或硅氧化的化学热对钢液加热。吹氧时有少量的锰、碳、铁元素被氧化，升温速度为510/min。如宝钢最大升温速度可达13/min。当出钢温度低时或浇注温度低时，经吹氧处理，可以不回炉再冶炼。CASOB法对钢液加热调温的目的是为了(wi le)转炉与连铸更好地协调配合。钢包处理站起缓冲站作用，为连铸中间包内的钢液提供准确的目标温度而创造条件。例如鞍钢的ANSOB，温度控制在目标温度3 。由于实现了过程中加热，有助于降低转炉的出钢温度，提高炉龄和钢液质量。并且可以协调转炉与连铸的生产，促进多炉连浇，提高生产率。利用加入的铝或硅铁与氧反应所放出的热量直接加热钢液，操作方便，且成本低，效率高。qOB法第25页/共90页第二十六页，共90页。(3)CAS-OB(3)CAS-OB冶金冶金(yjn)(yjn)特性特性 CAS-OB精炼技术是在钢包底吹氩的基础上发展起来的，对CAS加装了OB功能。它通过浸入密闭(mb)的浸罩到钢水中将裸露的钢水与空气和大部分钢包覆盖渣隔开，并通过底吹氩，在罩内逐步形成惰性气氛，这为钢水成分调节、钢水净化、吹氧燃烧升温等炉外精炼处理打下了良好的基础。qOB法第26页/共90页第二十七页，共90页。1 1）CAS-OB CAS-OB 浸罩阻隔浸罩阻隔(zg)(zg)空气效果空气效果n n在钢水精炼中，底吹氩是最基本的精炼技术，它也是LF精炼炉、VOD（VD）精炼炉等的必配备的技术手段。然而在普通底吹氩钢水处理过程中甚至在LF精炼炉处理过程中，底吹时会因排开包渣形成一定的钢水裸露面，从而使钢水与空气接触造成二次氧化。n n图1是在钢包底吹氩过程中底吹搅拌强度对钢水脱氧效果影响(yngxing)的情况。在底吹搅拌比较弱的情况下，随着底吹搅拌强度的增加，钢水的脱氧效果提高，但当搅拌强度达到80w/t后，钢水脱氧效果则随着底吹搅拌强度增加反而降低。造成这一现象的原因是在强底吹搅拌下，钢水裸露面积大，从而二次氧化严重，造成钢水增氧（产生大量二次氧化夹杂物）的现象。qOB法第27页/共90页第二十八页，共90页。图1 钢包底吹氩搅拌强度对钢水(gngshu)脱氧率影响。qOB法第28页/共90页第二十九页，共90页。n nCAS-OB精炼装置则是采用密闭浸罩下部插入钢包内液面以下，使罩外空气与罩内严格隔离，同时通过底吹氩气逐步在罩内形成惰性气氛，防止空气从浸罩上部的空隙进入罩内。因而(yn r)CAS具有良好的阻隔空气达到钢水液面，防止钢水二次氧化的作用，如图2所示。第29页/共90页第三十页，共90页。O+CNHArPO2、PCO、PN2PH2图3、氩气泡“真空(zhnkng)”反应示意图 2）CAS-OB 氩“真空(zhnkng)”精炼qOB法第30页/共90页第三十一页，共90页。PO2、PCOPH2、PN2Ar图4、浸罩内氩“真空(zhnkng)”反应示意图 qOB法第31页/共90页第三十二页，共90页。n n钢包底吹氩处理过程中，在钢液内产生大量的氩气泡上浮。由于吹入钢水内氩气的纯洁度达到99.98%以上。对于50-60吨的钢包其钢水深度为2.4m左右，在包底时，氩气泡内部压力为2.68kg/cm2，除氩气以外的其它气体压力应小于0.0536 kg/cm2(5.3kPa)。氩气内的残余气体主要是氮气，因此在钢包底部时氩气泡内的氮气分压应小于0.0536 kg/cm2(5.3kPa)，对于CO、H2来说几乎真空状态，其分压接近0。在钢液面处时，其氩气泡内的总压力接近大气压。氩气泡内各气体所处状态与RH轻处里（4-6kPa）的条件接近。因此在氩气泡内，相对于CO反应和脱气反应（见图3所示）来说，基本处于氩“真空”状态，对于钢水处理可起到良好(lingho)的精炼作用。qOB法第32页/共90页第三十三页，共90页。n n在CAS精炼处理时，在排渣后浸罩插入钢水内将空气与钢液面隔离，由于底吹氩气通过钢水进入浸罩内，通过上烟气管道逐步将罩内空气排出，在浸罩内形成(xngchng)氩气氛。如图4所示，在浸罩内的钢液面上方，由于大量氩气存在，大大降低了PO2、PCO、PH2、PN2，形成(xngchng)一定氩“真空”状态，有利于在钢液面处进行CO反应和脱气反应。根据计算，对于50吨钢包，在CAS处理时一般2min内即可将浸罩内充满氩气。n n对于CAS精炼，在底吹氩产生的气泡内和钢液面上方的浸罩内均形成(xngchng)氩“真空”反应区。由于CAS精炼具有防止空气进入，没有二次氧化问题，通过钢包底部吹入大量的氩气，从而可以充分发挥氩气泡冶金的精炼功能。qOB法第33页/共90页第三十四页，共90页。3 3）CAS-OB CAS-OB 大气大气(dq)(dq)量强搅拌精炼量强搅拌精炼n n钢水在合金化过程中，形成大量的夹杂物。夹杂物的去除主要通过夹杂物被气泡吸附、细小夹杂物碰撞聚合后带动上浮到渣面进入渣中。在普通底吹氩的条件下，大多对钢水采用(ciyng)低流量弱搅拌方式以防止钢水二次氧化。在这种情况下，要使钢水中夹杂物尽可能去除和氧含量尽可能降低，只有通过延长处理时间来实现。同时由于弱底吹氩搅拌也有一定的裸露钢水现象，出现少量的二次氧化，对于后期低氧低夹杂的情况下进一步钢水净化带来困难。图5是LF精炼喂线后底吹氩过程中钢水夹杂物随时间变化的情况。qOB法第34页/共90页第三十五页，共90页。图5 LF精炼(jnglin)喂线后底吹氩过程中钢水夹杂物随时间变化的情况 qOB法第35页/共90页第三十六页，共90页。n n由结果可看出，在底吹氩10min以内时，钢水中夹杂物量随底吹时间延长而降低，但是当吹氩时间大于10min以后，随着吹氩时间的增加钢水中夹杂物量也在增加，这是因为在后期底吹氩去除夹杂物的量小于二次氧化产生的夹杂物量。对于LF精炼来说，也存在(cnzi)大气量搅拌带来电极消耗、钢水增碳、钢水增氮等负面影响。qOB法第36页/共90页第三十七页，共90页。大气量底吹搅拌可起到底吹弱搅拌所起不到的作用：提高钢包内气液比（氩气与钢水量比），增大氩气泡(qpo)与钢水的反应量；促进钢水内O与C、Al、Si等的反应，大大降低钢水中溶解氧量；提高细小夹杂物碰撞聚合上浮、气泡(qpo)吸附夹杂物上浮的几率（图6所示）；对于有渣的条件下，大气量搅拌有利于渣钢混合促进渣钢反应。qOB法第37页/共90页第三十八页，共90页。图6、吹氩过程(guchng)中夹杂物去除机理 qOB法第38页/共90页第三十九页，共90页。n n因此，在防止钢水二次氧化、确保钢水温度损失不大的前提下，在精炼前期对钢水进行适当的大气量搅拌有利于钢水的净化和精炼效率。CAS-OB精炼装备由于将密闭浸罩插入钢包内液面以下(yxi)，使裸露的钢水与空气隔开并受到罩内的氩气保护。所以，CAS-OB精炼过程中可以实现大气量底吹搅拌，发挥高效精炼的作用。qOB法第39页/共90页第四十页，共90页。4 4）CAS-OB CAS-OB 罩内钢渣罩内钢渣(gngzh)(gngzh)混搅能力强混搅能力强n n钢渣反应特别是利用包渣脱硫脱氧吸附夹杂物等是钢水精炼的重要手段之一。在普通底吹氩精炼钢包中，虽然钢渣之间的接触面积比较大，但是为了防止钢水二次氧化，只能采用小气量弱搅拌(jiobn)方式，其钢渣混搅效果差，几乎没有起到精炼渣对钢水精炼的作用。LF精炼炉在造白渣的条件下通过提高底吹搅拌(jiobn)强度实现了渣钢精炼，具有良好的脱硫效果和夹杂物去除效果，但是也带来了副作用即钢水增碳和一定程度的增氮。qOB法第40页/共90页第四十一页，共90页。n n在CAS-OB底吹氩过程中，由于底吹氩产生的上升液流作用，浸罩内产生较强的搅动能，精炼渣在钢液流的作用下，卷入钢液内比较深的位置，大大增加了反应区的精炼渣与钢液接触面积，提高了渣钢精炼效果。图7中a图和b图分别是普通底吹氩和CAS浸罩条件下底吹氩包渣卷入钢水中的水模照片。从该图可看出，在CAS钢包(gngbo)内浸入罩的情况下，底吹氩对卷渣的效果要远好于普通钢包(gngbo)底吹氩。qOB法第41页/共90页第四十二页，共90页。a b图7普通(ptng)钢包底吹氩和CAS浸罩底吹氩卷渣的水模照片 qOB法第42页/共90页第四十三页，共90页。5）CAS-OB 与其他精炼技术比较 CAS与LF、RH、VD精炼效果对比见表1所示。CAS在成分调节、脱氧、夹杂物去除方面与其它精炼装置有同等的优点，而在脱硫、脱气、渣精炼方面目前还有一定的差距，然而(rn r)在处理时间、防止钢水二次氧化、处理成本、防止增碳增氮等方面具有很大的优越性。qOB法第43页/共90页第四十四页，共90页。项目CASLFRHVD成分调节好好好好脱氧好好好好脱硫差好差好处理时间快慢慢慢低碳钢不增碳增碳深脱碳深脱碳脱气无无有有渣精炼无好无好夹杂物去除能力好好一般好防二次氧化好一般好好处理成本低高高高增氮少较高少少 表表1精炼装置性能精炼装置性能(xngnng)对比对比 qOB法第44页/共90页第四十五页，共90页。（4 4）CAS-OBCAS-OB法精炼法精炼(jnglin)(jnglin)工艺工艺1）工艺参数的选择发热剂的加入量发热剂的加入量是影响升温幅度的重要因素，同时，发热剂的过剩指数对升温幅度有一定的影响。因此，根据钢液要求(yoqi)的升温幅度，发热剂的加入量应有一个合适值，该值可由钢液与发热剂的热平衡关系得到。C钢TW钢=Q发W发 (5-81)qOB法第45页/共90页第四十六页，共90页。所以发热剂的加入量为：W发W钢=C钢 T(Q发 )(5-82)式中 W钢钢液量，t W发发热剂的加入量，kg；C钢钢液比热容，kJ/(t)；Q发发热剂的发热值，kJ/kg；T升温幅度，；发热效率。发热效率取决于一系列因素，如供氧强度(qingd)、枪位高度、发热剂的粒度、发热剂的过剩指数及钢中Fe、Si、Mn等元素的氧化发热值等。同时也与设备有关，设备确定了热传输速率，也确定了钢液吸热和散热的速率。qOB法第46页/共90页第四十七页，共90页。发热剂的加入方式，一般采用一次加入、分批加入或连续加入。连续加入方式优于其他方式.发热剂的过剩指数I 定义为：（5-83）（即按化学计算量反应相平衡的量）过剩指数I变化范围为1.01.4。当发热剂过剩指数增加时，升温幅度增加，发热剂的氧化(ynghu)率增加，钢液中残存的发热剂的量也增加。qOB法第47页/共90页第四十八页，共90页。供氧量或供氧强度供氧量或供氧强度(qingd)(qingd)n n供氧量或供氧强度是影响升温效果的又一重要因素，而且它还影响冶金效果。n n供氧量不足(bz)，发热效果差；n n供氧强度过强，易造成喷溅，且受设备限制。n n供氧量与供氧强度的关系为：n n供氧量供氧强度供氧时间 n n因此，应先保证供氧量，然后根据升温速度选择合适的供氧强度。qOB法第48页/共90页第四十九页，共90页。CAS-OB法中的供氧量可由下列(xili)化学反应式计算：得：(5-85)式中 发热剂的加入量，kg；M发热剂的相对原子质量，kgmol。由此可求出供氧量。qOB法第49页/共90页第五十页，共90页。供氧强度可根据升温速度的需求确定供氧强度可根据升温速度的需求确定(qudng)(qudng)，由式，由式5-815-81得：得：两边同除以时间得：两边同除以时间得：(5-86)(5-86)代入式代入式5-855-85中：中：(5-87)(5-87)式中式中 供氧强度，供氧强度，m3/m3/（h.th.t）；升温速度，升温速度，/min/min。qOB法第50页/共90页第五十一页，共90页。供氧强度以1115Nm3/(ht)为宜，不超过20Nm3/(ht)，300t钢包实际使用的供氧速度范围为10006000Nm3/t，相应加铝速度为20 200kg/min，钢液升温速度为513/min 对于160t钢包，当供氧强度为11Nm3/(ht)时，钢液升温速度为7/min。供氧强度增加至14Nm3(ht)，升温速度达到10/min。小型钢包(2030t)的供氧强度可提高至3345Nm3/(ht)(相当于9001000Nm3/h)，最高温度升速可达15/min，平均712/min。据经验，Al(Si)过剩指数也对加热速度有影响。为了确保升温效率(xio l)，适当提高过剩指数是必要的，一般宜大于1.2。qOB法第51页/共90页第五十二页，共90页。配氧与加铝量的关系为：Q=0.62G (5-88)式中Q应配氧量，m3；G加入铝量，。在相同供氧速率下，采用硅加热仅为铝加热的60。小钢包的吨钢占据(zhnj)隔离罩容积要大些，因而供氧强度可略高于大型钢包。qOB法第52页/共90页第五十三页，共90页。CH.-S.HA,J.-M.PARK,A R C H I V E S O F M E T A L L U R G Y&M A T E R I A L S.53(2),2008:637-642qOB法第53页/共90页第五十四页，共90页。吹氩量：吹氩量过小，不足以撇开渣层；吹氩量过大，又会导致喷溅；另外钢渣搅拌过于激烈又会使渣混入(hn r)钢中，影响合金收得率和钢的纯净度。因此要设计合理的吹氩曲线。搅拌强度和混匀时间：搅拌强度与吹氩量、钢液温度、包内钢液量有关，而混匀时间又与搅拌强度大小直接相关。数学表达式前已经分析过。qOB法第54页/共90页第五十五页，共90页。qOB法第55页/共90页第五十六页，共90页。2）升温过程中钢中元素的变化规律钢液化学(huxu)加热法在升温过程中，由于其氧化燃烧金属或合金，必然对钢中元素产生一定的影响。在使用铝做发热剂时，过剩指数为1.21.3，供氧速度合适时，元素的变化规律如图5-39所示。图5-38升温过程钢液成分变化 图5-39 加铝吹氧结束后吹氩搅拌过程中钢液成分变化 qOB法第56页/共90页第五十七页，共90页。n n由图可见，在吹氧前期，Si、Mn下降，在后期回升。这是由于前期集中供氧，Si、Mn参与反应，随着向钢中投入金属铝，Al逐渐增多，Si、Mn的氧化受到抑制，Si、Mn含量逐渐回升。C、P、S在过程中变化微小。n n在加铝吹氧结束后吹氩搅拌过程中钢液成分变化如图5-40所示。由图可见，Si、Mn呈缓慢增多趋势(qsh)，Al呈下降趋势(qsh)，这说明Al在还原SiO2和MnO，还原能力随其含量变化的主要因素为发热剂的过剩指数、供氧强度、搅拌强度等。qOB法第57页/共90页第五十八页，共90页。据住友提供的数据(shj)，加热含0.10.3Si和0.30.6Mn的钢液，升温期间将有0.03Si和0.07Mn被烧损。碳的烧损量与钢液含碳量不同而异，对于C0.15钢液，烧损量为0.02，对于C0.35钢液，烧损量为0.03。qOB法第58页/共90页第五十九页，共90页。因此，在钢液升温后，需加入一定数量合金进行成分(chng fn)微调。由于浸渍罩的设置，较易实现准确的成分(chng fn)微调，其目标偏差可控制在如表5-18范围。表5-18 目标成分(chng fn)偏差范围CSiMn(0.7)Mn(0.7)Al0.020.040.050.060.015qOB法第59页/共90页第六十页，共90页。3)3)3)3)氧枪枪位的控制氧枪枪位的控制氧枪枪位的控制氧枪枪位的控制(kngzh)(kngzh)(kngzh)(kngzh)在实际操作中，氧枪枪位的控制对升温过程是相当关键的因素(yn s)，低的枪位可以获得高的升温速度，但氧枪的熔损加剧，枪位控制困难，升温效果也受到影响。在50800mm可控枪位范围内，200500mm的枪位比较理想。顶吹氧枪的顶端与隔离罩内钢液静止时液面间的距离L应满足：(5-91)qOB法第60页/共90页第六十一页，共90页。此时高温火焰此时高温火焰(hu(hu yn)yn)点能形成在起泡很高的钢液内，所产生的热量便从高温火焰点能形成在起泡很高的钢液内，所产生的热量便从高温火焰(hu(hu yn)yn)点向四处传播，而实现高效率、快速升温。点向四处传播，而实现高效率、快速升温。(5-92)(5-92)(5-93)(5-93)式中式中 Eg Eg惰性气体使钢液搅动的能量，惰性气体使钢液搅动的能量，WW；F F底吹惰性气体流量，底吹惰性气体流量，m3m3minmin；T T处理温度，处理温度，K K或或；H H钢液面与供气砖出口间距，钢液面与供气砖出口间距，mm；d d隔离罩内径，隔离罩内径，mm；钢液密度，钢液密度，kg/m3kg/m3；顶吹氧流量，顶吹氧流量，m3/minm3/min。第61页/共90页第六十二页，共90页。最佳吹氧模式为：氧气流股对钢液面的冲击以钢液飞溅量少，氧流股集中于反应区域内，利于铝氧反应的穿透(chun tu)。穿透(chun tu)深度(L)和钢液深度(L0)比值(L/L0)应选择在0.20.3之间。浸渍管的插入深度(hs)与钢液深度(L0)之比以0.1为宜。qOB法第62页/共90页第六十三页，共90页。CAS-OB工艺流程：转炉出钢钢包到达处理位接吹氩管测温（定氧）取样吹氩搅拌浸渍管下降成分、温度调整(tiozhng)测温取样成分、温度微调浸渍管上升吹氩停止测温取样拔吹氩管钢包离开.qOB法(5)工艺流程工艺流程(n y li chn)第63页/共90页第六十四页，共90页。1）300t钢包CAS工艺操作 CAS处理中为获得较高的合金收得率和净化钢液，一要挡好渣，二要保证合理的底吹氩量。为保证钢液温度、成分均匀和夹杂上浮，吹氩搅拌时应大于6min，对铝镇静钢还要适当延长(ynchng)。300t钢包搅拌强度为50W/（ts）。300t钢包CAS-OB升温处理时间一般为610min。以30炉次生产数据统计，OB吹氧量(匹配相应加铝速度和总量)与钢液升温幅度的关系如图5-41所示。钢液升温速度主要取决于供氧强度(匹配相应加铝速度和总量)，在供氧强度0.160.20m3(t.min)条件下，钢液升温在5.89.1min，平均升温7.0min。qOB法第64页/共90页第六十五页，共90页。2）80tCAS-OB工艺操作 钢液到站后，先采用大流量底吹氩气搅拌钢液，钢液中心突起，把渣排斥到包壁四周，翻腾的钢液呈裸露状态。这时降下隔离罩，渣被拦在罩外。向罩内加入铝丸(含铝99.7，粒度812mn)，铝丸被钢液迅速融化成熔融状态，吹入的氧气与液态(yti)铝发生剧烈的氧化反应，释放出大量的化学热，首先将罩内的钢液加热。钢包底吹氩气的搅拌作用，使罩内高温钢液与钢包内低温钢液发生对流，结果使整包钢液达到升温目的。升温2530的工艺操作如图5-42所示。qOB法第65页/共90页第六十六页，共90页。图5-41 吹氧量和升温幅度的关系 图5-42 武钢二炼钢CAS-OB工艺操作(cozu)工序qOB法第66页/共90页第六十七页，共90页。开吹氩气流量为300350L/min(标态)，钢液裸露面积(min j)为600800mm，浸渍管插入钢液深度为100200mm。吹氧过程中，向钢液分批加入升温剂。如果钢液量为74t，吹氧时间为67min，总处理时间为1215min，即完成2530的升温操作。qOB法第67页/共90页第六十八页，共90页。CASCAS精炼精炼(jnglin)(jnglin)站主要技术性能参数站主要技术性能参数序号序号项项 目目单单 位位数值数值1CAS公称容量公称容量t3002平均精炼钢水量平均精炼钢水量t/炉炉3003精炼周期精炼周期min15264浸渍罩升降行程浸渍罩升降行程mm3600qOB法第68页/共90页第六十九页，共90页。CAS精炼(jnglin)站冶炼周期序号序号操作操作时间时间min1吹氩均匀温度成分吹氩均匀温度成分32测温、取样、定氧测温、取样、定氧1.53下降浸渍罩下降浸渍罩14加加Al脱氧脱氧35定氧定氧1.56合金化、调整温度合金化、调整温度27吹氩吹氩38测温、取样测温、取样1.59喂丝喂丝210弱搅拌弱搅拌811测温测温1.5合计合计28qOB法第69页/共90页第七十页，共90页。第70页/共90页第七十一页，共90页。(6)CAS-OB(6)CAS-OB 系统改进系统改进系统改进系统改进(g(g ijn)ijn)与推广与推广与推广与推广 我国大多为中小转炉，生产流程和车间厂房均已建设完毕，转炉-连铸生产节奏比较快、时常转炉钢水即供板坯连铸也供小方坯连铸。因此原CAS技术在生产流程布置方式、设备建设、投资成本、生产工艺等方面满足不了我国许多(xdu)钢厂现场条件与生产需要的要求。对CAS精炼装备与技术进行改进和开发，以满足这种需要。qOB法第71页/共90页第七十二页，共90页。1 1）在线）在线(zi xin)CAS-OB(zi xin)CAS-OB精炼精炼 在国外应用的和国内新建的CAS-OB精炼装置均采用离线布置的方式，即精炼站建设在与转炉生产流程的出钢轨道线外的位置。其优点是在CAS-OB精炼处理时，不影响下一炉出钢的操作。但是(dnsh)所带来的缺点是钢包调运环节增多，增加了辅助时间，减少了精炼的有效时间。对于大转炉来说，冶炼时间长，现场环境宽敞，建设离线CAS-OB从生产时间和车间空间来说都能满足要求。qOB法第72页/共90页第七十三页，共90页。第73页/共90页第七十四页，共90页。n n我国中小转炉采用快节奏的生产方式，转炉冶炼与连铸浇注周期都比较短，再加上钢包调运的时间，留给CAS-OB精炼处理的时间就更短，这样就会大大影响精炼效果。为了适用(shyng)于我国实际情况，可建设在线CAS-OB精炼站，将CAS-OB建设在原在线吹氩站位置处，节约了多余的钢包调运时间5-8min，并解决了浸罩在线更换、快速精炼、钢包车运行在线监控、在线快速分析、渣面快速检测等一系列问题，提高了CAS-OB精炼效率，满足中小转炉快节奏生产的需要。qOB法第74页/共90页第七十五页，共90页。2 2）CAS-OBCAS-OB设备结构设备结构(jigu)(jigu)优化设计优化设计n n日本引进的CAS-OB装备结构比较复杂，要求厂房空间高，占地面积大，机械设备(shbi)的结构比较庞大，投资成本大。在不影响CAS-OB精炼能力的前提下，对其装备进行了国产化自主知识产权化的研究开发，对下料方式、浸罩结构与升降机构、氧枪结构与升降系统、钢液面检测系统、设备(shbi)的总体结构、设备(shbi)电气仪表计算机控制系统均进行了全面改革。新型CAS-OB精炼装置具有占地面积少、空间高度低、设备(shbi)结构精简、操作方便、设备(shbi)故障率低、投资少等特点，适合我国中小转炉配备在线CAS-OB精炼的需要。qOB法第75页/共90页第七十六页，共90页。3 3）CAS-OBCAS-OB多功能精炼多功能精炼(jnglin)(jnglin)工艺开发工艺开发 常规的CAS-OB主要的精炼功能有：钢水成分调节、钢水升温、防止钢水二次氧化、钢水净化等。为了更好的满足生产需要，在原功能的基础上，开发了通过包渣改质、CAS浸罩内大气量搅拌的CAS顶渣脱硫技术，脱硫效果达到20-45%；针对我国许多钢厂炼钢比配备板坯连铸机又配备小方坯连铸机的实际情况，开发了铝镇静钢（主要是板坯连铸）和硅镇静钢（主要是小方坯连铸）的钢水升温工艺，有效防止了连铸水口可能(knng)出现堵塞的现象等等。qOB法第76页/共90页第七十七页，共90页。n nCAS法精炼效果n n与常规吹氩搅拌处理的钢液相比，钢中总氧量可由0.010下降到0.0040以下。n n40m以上的大型夹杂物可减少(jinsho)80，2040m的夹杂物可减少(jinsho)1/21/3，大大改善钢的质量。n n提高脱氧元素的收得率。由于收得率的提高，同样的加铝量，钢中酸溶铝量可成倍增加。若有部分渣残留在罩内，合金收得率就会下降，且操作不稳定。实践表明，渣层过厚时，隔离罩的排渣、隔渣能力也就得不到充分利用。(7)CAS(7)CAS及及及及CAS-OBCAS-OB精炼精炼精炼精炼(jnglin)(jnglin)效果效果效果效果qOB法第77页/共90页第七十八页，共90页。qOB法第78页/共90页第七十九页，共90页。n nCAS-OB法的精炼效果n n日本(r bn)八幡厂300t转炉在生产中采用CAS-OB技术用于补偿炉外精炼温降和降低转炉出钢温度(由1730降低到1680)。一般可降低4050。目前，加热钢液升温速度已达到10/min。加热前后钢液成分几乎无变化，也未有氮升高的倾向。对夹杂物的调查结果发现，中间包钢液或成品坯中均未出现问题，与以往基本相同。n n国内宝钢等企业生产得到同样结论。但OB后一定要保证必要的CAS时间。qOB法第79页/共90页第八十页，共90页。法：IR-UT IR-UT（Injection Refining With Temperature Raising CapabilityInjection Refining With Temperature Raising Capability），），即带有增加温度能力的喷吹精炼。即带有增加温度能力的喷吹精炼。这是继这是继CAS-OBCAS-OB法后，日本住友金属工业法后，日本住友金属工业(gngy)(gngy)株式会社株式会社19861986年开发的又一项新的炉外精炼方法，称之为年开发的又一项新的炉外精炼方法，称之为IR-UTIR-UT钢包冶钢包冶金站。该技术设置了吹氧和吹氩搅拌（或喷粉）用的两支浸入金站。该技术设置了吹氧和吹氩搅拌（或喷粉）用的两支浸入式喷枪，吹氩方式由底吹改为顶吹，对钢液吹氧加热后进行喷式喷枪，吹氩方式由底吹改为顶吹，对钢液吹氧加热后进行喷粉脱硫和夹杂物形态的调整操作。粉脱硫和夹杂物形态的调整操作。