LF炉预熔精炼渣的研制与应用.ppt

LF 炉预熔精炼渣的研制与应用主要内容1. 问题的提出2. 当前的国内外研究情况3. 正交实验设计4. 实验室研究5. 工业实验6. 结论1 课题提出 目前国际比较流行的精炼渣是以 CaO-Al2O3-CaF2为基础的固体合成渣，该渣是将活性石灰、高铝熟料、萤石等原料按一定比例机械的混合在一起，虽然可以达到大部分钢种的精炼要求，但是这种固体合成渣存在两个缺陷： (1) 这种渣的熔点很高，熔速慢，在初炼炉出钢过程加入时不易成渣，需靠提高出钢温度或 LF 炉电弧加热化渣，影响生产节奏；并且深脱硫效果不理想。 (2) 渣料中石灰活性度较高，容易吸收水分、二氧化碳等变质，造成运输和储藏上的不便。预熔精炼渣概念 预熔精炼渣，就是在精炼工艺之前用一定的化渣装置将造渣原料进行提前熔融化合所得到的产物。它不再是机械的混合物，而是在化渣装置中通过复杂的物理化学反应所形成的复杂化和物，并且成分均匀稳定，无水分，成渣迅速，与目前广泛使用的传统固体合成渣有本质上的区别。 发展预熔精炼渣的目的和意义 (1) 寻求熔化温度明显低于机械混合渣的预熔精炼渣，得到低熔点，高熔速，起泡性能好的新型精炼渣。 (2) 找到脱硫效果优于机械混合渣的精 炼渣，要求其脱硫速率大于机械混合渣，同时钢中终点硫也低于机械混合渣，达到深脱硫的目的。(3) 对炉衬的侵蚀小。(4) 熔渣应该具有良好的铺展性，使钢液与 空气隔离。(5) 尽量缩短冶炼周期，达到节能高效的生产效果。 2 精炼渣脱硫的研究现状 LF 炉目前主要应用石灰 - 氟化钙和石灰 - 高铝熟料渣，前者成渣迅速并能较好脱硫，但对钢包内衬的侵蚀严重，降低钢包的使用寿命，其埋弧效果不理想，氟化物对环境的污染也不可忽视；后者使用 Al2O3代替或部分代替CaF2即能达到良好的脱硫效果，又能减缓石灰 - 氟化钙渣系的负面作用，石灰 - 高铝熟料渣系在对钢包耐材的侵蚀和埋弧操作方面有所改进但成渣速度和精炼效果会受到一定影响。 牛四通等人通过正交试验的离差分析法和计算工程平均值法，得出了低碱度、中碱度、高碱度范围内的具有最佳发泡指数的精炼渣组成。 项目碱度CaOSiO2MgOAl2O3CaF2低碱度1.641.23 25.1181510中碱度2.647.67 18.3391015高碱度3.655.64 16.36879 陈祖廉认为针对不同目的精炼渣最有效配置成分如表所示 。CaOAl2O3(+MnO)SiO2(+P2O5)MgOFeO脱硫 50~5520~2510~15≤5＜ 0.5脱氧 50~5510~2510~15≤5＜ 0.5脱磷 45~5566~10≤230~40 S.Gilbet 研究发现当钢水含硫量已降至 0.010% 时，在 1665℃ 左右采用钢包处理，使用配比为 60%CaO~40%Al2O3的高碱度精炼渣能将硫脱至 20ppm ；在1650~1700℃ ，通过 l.3~1.9 Nm3·min-1强度底吹氩气，仍采用上述渣系得到10ppm 的硫含量。3 预熔精炼渣的设计 在 LF 精炼过程中，精炼渣的熔化是冶炼开始的一项重要任务。工艺要求精炼渣在尽量短的时间内熔化，形成粘度适宜，流动性、铺展性和起泡性能好的液态渣。传统的精炼渣是由活性石灰、高铝熟料等高熔点物质机械混合而成，一般需要有助熔剂才能熔化，或者靠氧化性的炉内气氛熔化。 3.1 精炼剂渣系的选择 由于精炼渣的主要作用有脱氧、脱硫、防止二次氧化、吸附夹杂及保护包衬耐火材料等，因而在渣系选择上必须满足适宜的碱度、低氧化性和高流动性等条件。目前为止，各国的冶金工作者已研究出了许多精炼渣系，比较常用的是 CaO-CaF2和 CaO-A12 O3为基的精炼渣系。 3.1.1 CaO-CaF2 渣系 CaO-CaF2渣系具有很强的脱硫、脱氧能力。据文献报道，该渣系在 1500 ℃下的硫容高达 0.03 ，被认为是脱硫能力最强的渣系。3.1.2 CaO-Al2O3 渣系 CaO-Al2O3渣系也具有较强的脱硫能力，该渣系也被用来生产超低硫钢。 E.T. Turkdogan 等人对熔融氧化物的硫容进行了研究，他们认为铝酸盐与硅酸盐相比脱硫速度和硫容更大，但该渣系的炉渣流动性稍差。3.1.3 CaO-Al2O3-CaF2 渣系 由于无氟渣存在流动性不好的缺点，完全采用无氟渣系还有待研究，国内部分钢厂和国外很多钢厂都在 CaO-Al2O3渣系的基础上加入适量的 CaF2形成 CaO-Al2O3-CaF2渣系，但在实际生产过程中，由于炉衬受到侵蚀等原因会带入一定的 MgO ，作为脱氧产物和精炼渣原料中都会带入部分 SiO2，因而实际渣系为 CaO-Al2O3-CaF2-MgO- SiO2五元渣系。 3.1.4 其他精炼渣系 Alien H. Chan 等人通过与 CaO 基的渣系比较，研究了 Na2O-SiO2渣系，该渣系在 1550℃ 和 1600 ℃ 时，渣系组成分别为Na2O(53.6%)-SiO2(39.5 ％ ) 和 Na2O(48.9 ％ )-SiO2(37.0 ％ ) 的两种渣系能将硫脱至10 到 20ppm 。3.2 组分选择 CaO 是冶金生产中造渣、脱磷、脱硫等必不可少的成分，为保证良好的脱硫效果，要求精炼渣系中含有较高的自由态 CaO 。 Al2O3，一方面，其量的增加，炉渣粘度降低，促进渣钢反应，有利于脱硫；而另一方面，其增加降低了 CaO 活度，抑制脱硫的 进行。 Al2O3属于表面活性物质有利于泡沫渣的维持。 SiO2主要来源于原料中的杂质 ( 脉石 ) 和脱氧产物，其具有一定的助熔剂作用，但是含量增加对脱氧、脱硫均不利；对钢中点状夹杂的减少有利。 CaF2可显著降低精炼渣粘度，使炉渣流动性改善，增加传质，有利于脱硫。但其量过大，不仅不利于脱氧，而且对炉衬侵蚀也较快。 MgO 的含量在 8% 左右时炉渣中 MgO 溶解度达到饱和，从而阻止了炉渣对炉衬的侵蚀，这对于延长耐火材料的寿命是有益的。 BaO 是脱硫、脱磷的有效成分，也是最近研究的热点，本实验中作为一个考察目标。 正交实验法是一种科学的安排与分析多因素实验的方法。利用正交实验法可以解决多因素、多水平、多指标的实验问题。方法是利用正交表安排实验，它有两个特点： (1)每个因素的各个水平在实验中出现了相同的次数。 (2) 任何两个因素的各个不同水平的搭配，在实验中都出现了，而且出现的次数相同。 3.3 正交试验设计解决下面问题 (1) 因素的主次；(2) 因素与指标的关系；(3) 什么是较好的生产条件；(4) 进一步实验的方向。 正交实验法的一般步骤第一步，定指标，挑因素，选水平；第二步，选用正交表，排表头；第三步，排实验方案表，做实验，将实验数据 添入方案表的右端；第四步，分析实验数据，选取较优生产条件；第五步，验证实验。水平 碱度 (R)Al2O3(%)MgO(%)BaO(%) CaF2(%) 1 6.5 20 6 6 5 2 7.0 25 8 8 6 3 7.5 30 10 10 7 4 8.0 35 12 12 8 在查阅文献的基础上进行了正交实验设计。 L16(45) 正交表 因素数 实验次数 水平实验号ABCDE11111121222231333341444452123462214372341282432193134210324311133124123421313414231442314154324116441324 预熔精炼渣的实验室研究 为了达到预熔精炼渣的各项指标，首先进行了实验室研究： 1. 熔点实验 2. 熔速实验 3. 脱硫模拟实验4.1 熔化温度测定实验 在 MoSi2炉中将原料加热进行预熔反应，得到实验所需要的预熔精炼渣。然后将渣样制成 200 目粉末，再压成 Φ3×3mm 的圆柱体，制好后的样品送入烤箱烘干，将烘干后的试样送入测定仪的加热炉中加热并监视其形状的变化，采集和记录温度值和试样的熔化情况。每个渣样测试 3 次，取平均值，作为最终的测试结果。 实验号熔化温度 ()℃合计 si()℃平均 yi()℃12311295.31325.31339.53960.11320.03321322.31298.7130739281309.333313031298.713033904.71301.56741293.71290.31308.73892.71297.56751240.41253.61266.33760.31253.43361231.61239.71244.63715.91238.63371293.61269.512783841.11280.36781259.31269.51296.73825.51275.16791269.51282.5124838001266.667101272.11308.91286.33867.31289.1111247.31258.61264.43770.31256.767121280.313121286.33878.61292.867131334.51288.613173940.11313.367141290.312781298.7386712891512771306132339061302161314.21299.41276.33889.91296.633数据总和 T=61747 5 总平均 y=1286 406极差分析 首先分析因素 A 。如果把包含 A 因素“ 1” 水平的四次实验 ( 第 1 、 2 、 3 、 4 号实验 )“算作第一组，同样，把包含 2” 水平、“ 3”“水平、 4” 水平的实验分别算作第二组、第三组和第四组，则 16 次实验就分成了四组。各因素的水平出现情况见下表。 实验号ABCDE1全是 A1B1 一次C1 一次D1 一次E1 一次2B2 一次C2 一次D2 一次E2 一次3B3 一次C3 一次D3 一次E3 一次4B4 一次C4 一次D4 一次E4 一次5全是 A2B1 一次C1 一次D1 一次E1 一次6B2 一次C2 一次D2 一次E2 一次7B3 一次C3 一次D3 一次E3 一次8B4 一次C4 一次D4 一次E4 一次9全是 A3B1 一次C1 一次D1 一次E1 一次10B2 一次C2 一次D2 一次E2 一次11B3 一次C3 一次D3 一次E3 一次12B4 一次C4 一次D4 一次E4 一次13全是 A4B1 一次C1 一次D1 一次E1 一次14B2 一次C2 一次D2 一次E2 一次15B3 一次C3 一次D3 一次E3 一次 在 A1、 A2、 A3、 A4各自所在的实验组中，其它因素 (B 、 C 、 D 和 E) 的 1 、 2 、3 、 4 水平都分别出现了一次。把第一组实验所得的实验数据相加，其和记作 I ，同理，把第二组、第三组、第四组的数据相加分别记作 II 、 III 和 IV 。 I=1376.7+1309.8+1301.6+1294.467=5222.5 II=1266.767+1244.6+1273.7+1275.1=5060.2 III=1266.667+1289.0+1268.2+1296.2=5120.0 IV=1316.7+1289+1304.333+1291.7=5201.7组别ABCDEI 平均1307.1251288.375 1278.017 1295.5671296.575II 平均1261.91281.517 1289.408 1288.6581288.25III 平均1276.351285.1751283.11285.1831286.608IV 平均1300.251290.5581295.11276.2171274.192R45.2259.041667 17.0833319.3522.38333第一列 (A 因素 ) R=1307.1-1261.9=42.2第二列 (B 因素 ) R=1290.6-1281.5=9.1第三列 (C 因素 ) R=1295.1-1278.0=17.1第四列 (D 因素 ) R=1295.6-1276...