精煉（LF/VD）工藝優(yōu)化及開發(fā)VD爐脫碳工藝的研究隨著我國能源和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的發(fā)展，要求高強度低合金鋼板具有較高的屈服強度、良好的焊接性、高的斷裂韌性以及低的韌脆轉(zhuǎn)變溫度、良好的冷成型性等。而低碳貝氏體鋼由于具有高強度、高韌性、焊接性能優(yōu)良、低成本的特點，故在歐美發(fā)達(dá)國家廣泛應(yīng)用于油氣管線、工程機械、重型汽車、集裝箱、造船、橋梁、壓力容器等諸多領(lǐng)域。我廠開發(fā)出VD真空氧脫碳等新工藝，不僅提高了寬厚板廠的綜合技術(shù)水平，還確保了WH70、X70、WDB620、X60等低碳高強度貝氏體鋼的成功開發(fā)，擴(kuò)大了高技術(shù)含量、高附加值產(chǎn)品的范圍，增強了企業(yè)在市場上的競爭力和影響力。本文就VD真空氧脫碳工藝進(jìn)行了分析研究。1真空氧脫碳冶金原理真空氧脫碳原理與真空碳脫氧原理是一致的。換句話說，真空氧脫碳是根據(jù)真空碳脫氧原理反推出來的一種新的脫碳工藝，它們的區(qū)別只在于冶金側(cè)重點不同而已。它服從以下冶金熱力學(xué)規(guī)律：[C]+[O]=CO↑根據(jù)冶金學(xué)原理，真空下[O]與[C]的反應(yīng)能力隨真空度的提高而提高，所以真空過程隨著CO分壓的降低，鋼中富氧與C的反應(yīng)被重新激活，從而達(dá)到降C的目的。以脫氧元素0.1%的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為例，當(dāng)PCO=10132.5Pa時，C/O反應(yīng)能力超過Si-O反應(yīng)能力；當(dāng)PCO=133.32Pa時，[C]與[O]的親和力又大于[Al]與[O]的結(jié)合力。另外，由于轉(zhuǎn)爐熔煉時采取強化供氧方式冶煉，氧化末期鋼水中總氧含量通常大于10-3。因此利用寬厚板廠現(xiàn)有的VD真空設(shè)備，在鋼水未經(jīng)硅、鋁等脫氧還原的情況下，進(jìn)行真空氧脫碳能夠使鋼中成品w([C])降到0.05%以下。2真空脫碳工藝2.1轉(zhuǎn)爐冶煉工藝顯然，在轉(zhuǎn)爐冶煉過程中，增加鋼液中的氧含量，對保證VD爐真空氧脫碳的冶煉效果是有利的。同時，為了提高冶煉速度，擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，對轉(zhuǎn)爐冶煉操作提出如下要求：(1)降低爐料的配碳量，生鐵配入量以20t為宜，同時，須減少爐料中的易氧化元素，如錳鋼、渣鋼等不允許加入，返回廢鋼不宜配入過多；(2)提高鋼液溫度，以增大鋼液中氧的溶解度；(3)加大供氧強度，增加供氧量，保證氧壓在10kg以上；(4)出鋼大包溫度大于1600℃，出鋼w([C])<0.08%。禁止加入任何脫氧劑及渣料。2.2VD真空氧脫碳工藝根據(jù)實踐經(jīng)驗，把從開抽到破壞真空時間限定為10～12min，真空度須達(dá)到200Pa～250Pa，開抽溫度要控制在1590℃～1640℃，真空過程溫降為(2.2±0.2)℃/min，氬氣流量控制在200Nm3/h左右。經(jīng)此處理后，鋼水w([C])低于0.01%，從而為保證成品w([C])≤0.05%打下了基礎(chǔ)。在抽真空操作中，進(jìn)泵速度要均勻平衡，防止鋼水劇烈沸騰引起溢渣，真空度達(dá)到26.7kPa左右和4kPa左右時，出現(xiàn)兩次真空度上升緩慢或停滯現(xiàn)象，說明此時C-O反應(yīng)劇烈，產(chǎn)生CO較多。2.3LF2VD后期精煉工藝2.3.1LF能否在50～60min內(nèi)完成所精煉鋼種對LF過程所要求的全部冶金任務(wù)，對順利實現(xiàn)連澆起著決定性的作用。而20min內(nèi)完成變渣，40min內(nèi)完成脫硫則更是精煉操作的重中之重。因此，為加快生產(chǎn)節(jié)奏，我們對精煉工藝作了如下改進(jìn)：2.3.1.1對原輔材料的要求真空殘氧脫碳后，鋼液中仍含有大量的氧，需要進(jìn)行充分的沉淀脫氧和擴(kuò)散脫氧。但為減少鋼液的進(jìn)碳量，在進(jìn)行脫氧操作時，應(yīng)注意選擇使用合適的脫氧劑，如：鋁線、鋁粉等。對于硅鐵粉，要求其w(C)必須小于0.15%，且應(yīng)適當(dāng)降低其使用量。對于碳含量高的擴(kuò)散脫氧劑(如：電石)則禁止使用。2.3.1.2鋼水的快速脫氧真空后喂入鋁線700～850m/爐、Ca-Si塊100～150kg/爐。通過強制性強脫氧劑沉淀脫氧，鋼水中[O]T含量實際上已降至比較低的水平，基本上不需再補鋁線已可保證成品w([Al]T)≥0.030%，并為快速脫硫創(chuàng)造了條件。2.3.1.3合金化根據(jù)出鋼量，提前計算所需合金的用量，并準(zhǔn)備到位。除Ti等易氧化元素外，其它合金在真空后于精煉位一次性加入。精煉樣渣變白，即以上元素被充分還原后，再微調(diào)至內(nèi)控中限，以減少LF控制成分所需時間。2.3.1.4造渣、變渣自然氧脫碳后，爐渣中(FeO)、(MnO)等含量很高，變渣十分困難，渣堿度和流動性不易控制。從生產(chǎn)組織需要出發(fā)，須在15～20min內(nèi)將爐渣變白。因此我們按以下方法造渣：石灰加入量1200～1500kg/爐，m(CaO)∶m(CaF2)=10∶3，用強擴(kuò)散脫氧劑變渣。擴(kuò)散脫氧劑有：金屬鋁粉200kg/爐、Fe2Si粉50～100kg/爐、Ca/Si塊100kg，并加強吹氬攪拌，加快擴(kuò)散傳質(zhì)，保證了15～20min內(nèi)造出理想白渣，這既為脫硫創(chuàng)造了條件，又使得渣中MnO等被還原，便于精確控制鋼水成分。2.3.1.5快速脫硫在完成脫氧、變渣操作之后，為脫硫創(chuàng)造了極好的條件，再根據(jù)樣結(jié)果報回后，微調(diào)Mn、Ni、Mo、Nb等進(jìn)入內(nèi)控中下限。強吹氬攪拌(約150Nm3/h)5min，即總精煉約40min，鋼中w([S])≤0.010%，精煉結(jié)束之前強吹氬3min，使鋼中w([S])≤0.007%。2.3.1.6精煉過程碳含量的控制真空氧脫碳后，鋼中的w([C])≤0.01%，為保證精煉過程盡可能不增碳，也必須采取一些措施。(1)送電前在電極處加入一些渣料，因此時鋼液面上渣子比較少，電極容易與鋼水接觸；(2)使用合理的配電制度，電功率的大小影響電弧的長短，影響電極與鋼液的接觸；(3)隨時觀察鋼液面上有無電極頭，在冶煉前盡可能避免電極帶頭精煉。2.3.2對VD二次真空處理要求第1次真空處理完成真空氧脫碳，保證鋼中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低(≤0.01%)。精煉完成后對鋼液進(jìn)行第2次真空處理，保證鋼中的N、H、夾雜物等進(jìn)一步降低，以提高鋼水的純凈度。真空工藝要求：真空度67Pa保持時間大于15min。在真空處理前喂入Ca-Si線300～400m，以球化夾雜物。3真空氧脫碳工藝應(yīng)用近年來陸續(xù)開發(fā)了WH70、X70、WDB620、X60等低碳高強度貝氏體鋼，共計500余爐，成品鋼中平均w(C)為0.04%、平均w(S)為0.003%、w(H)在2×10-6左右、w(O)≤20×10-6、w(N)≤100×10-6。成品鋼中w(C)≤0.05%的爐次達(dá)到86.67%，個別爐次w(C)超過0.06%，主要是因出鋼溫度低導(dǎo)致精煉時間長造成電極進(jìn)碳，以及少數(shù)原、輔材料碳高，由此說明真空氧脫碳工藝已可以適應(yīng)冶煉高技術(shù)含量、高附加值產(chǎn)品的需要。4存在的問題雖然目前已經(jīng)解決了低碳高強度貝氏體鋼的冶煉問題，但是其雙真空生產(chǎn)工藝影響了生產(chǎn)組織及生產(chǎn)效率。采用真空氧脫碳工藝冶煉的鋼種連澆率很低，只能連澆3爐(VOD投產(chǎn)后，這一矛盾即可得到解決，連澆爐數(shù)可以提高到6～8爐)，限制了電爐的產(chǎn)量。原因是冶煉時間比較長，每爐鋼從電爐出鋼到上連鑄基本都在3h左右。所以要加強真空氧脫碳工藝研究，如：初煉爐的鋼中C和O控制在什么水平，既能使氧脫碳后鋼中C和O能夠最低，又能后期精煉可快速脫氧，減少精煉時間。對于鋼中增碳的問題，需合理控制出鋼溫度，減少因出鋼溫度低導(dǎo)致精煉時間長造成電極進(jìn)碳；加強原輔材料管理，減少原、輔材料進(jìn)碳，提高[C]合格率。5結(jié)論(1)研究開發(fā)了真空氧脫碳工藝，豐富了煉鋼手段；(2)真空氧脫碳工藝可以滿足冶煉w([C])≤0.05%、w([S])≤0.005%的高強度、高技術(shù)含量、高附加值鋼種的需要；(3)需要進(jìn)一步加強真空氧脫碳工藝研究，減少精煉時間，提高連鑄連澆爐數(shù)。0前言寬厚板廠現(xiàn)有120t轉(zhuǎn)爐兩臺，120tLF精煉爐三臺，VD爐一臺，RH爐一臺，形成了轉(zhuǎn)爐冶煉→LF精煉→VD處理→CC這一具有國際先進(jìn)水平的生產(chǎn)線。VD爐主要起凈化鋼液和脫C的冶金效果，在提高最終產(chǎn)品———鋼板的冶金質(zhì)量，冶煉低C鋼方面發(fā)揮著重要的作用。1VD處理對提高鋼板冶金質(zhì)量的作用1.1基本原理根據(jù)西維茨定律，一定溫度下，氣體在鋼液內(nèi)的溶解度與液相面上的氣壓的平方根成正比。一定真空度下，氫、氧、氮在鋼液中的溶解度都有不同程度的降低；通過底吹A(chǔ)r的強烈攪拌作用和Ar氣泡的真空室作用，促使氣體從鋼液中溢出、夾雜物上浮進(jìn)入渣中、脫氧、脫硫反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行、鋼液成份、溫度達(dá)到均勻化。1.2脫氣鋼中氣體對鋼板質(zhì)量危害極大，是造成鋼板探傷不合的主要原因，特別是氫，當(dāng)造成“白點”缺陷時必須報廢，降低鋼中氣體含量是提高鋼板冶金質(zhì)量和探傷合格率的必要途徑。實際生產(chǎn)中，控制適當(dāng)?shù)腁r氣流量，真空度最低到30Pa，時間達(dá)到20～25min，氣體含量基本穩(wěn)定在2×10-6左右、全[O]<20×10-6、[N]<100×10-6。脫氫率可以達(dá)到40%左右，脫氮率可以達(dá)到10%～15%，繼續(xù)延長真空時間，氣體含量雖可以繼續(xù)降低，但脫除速度明顯減慢，綜合考慮各種因素，抽真空時間不宜過長。表1是真空處理前后鋼液[H]含量情況，圖1、圖2分別是真空處理鋼板[O]、[N]含量情況。1.3去夾雜真空處理具有明顯的去夾雜作用，根據(jù)LF精煉過程脫氧程度，喂入AL線和Ca-Si線，調(diào)整鋼液面上渣子成份，真空處理后鋼中的夾雜含量較少，夾雜物形態(tài)也得到了控制，圖3為真空處理后，鋼中夾雜物評級情況，(共26爐，在鋼板上取樣，按照GB10561-89進(jìn)行檢驗、評級)。由圖3可以看出，夾雜物評級絕大部分在1級以下，A、B類夾雜較少，C、D類夾雜多在0.5～1.0級。圖3夾雜物評級示意圖1.4脫硫真空脫硫原理如下[2]：[S]+[C]+CaO[S]=CaS[S]+CO[S]+[Si]=SiS[g]真空處理前，控制合適的渣況，真空過程具有很強的脫S作用，脫S率可以達(dá)到50%以上。真空處理后，可以確保鋼中[S]不大于0.010%，最低可以達(dá)到0.003%。圖4為真空處理后鋼中[S]分布情況。圖4[S]含量分布示意圖1.5真空處理與鋼板探傷合格率鋼板探傷合格率受鋼種、真空處理、成材方式、壓縮比等多方面因素影響，VD爐投用前，通過擴(kuò)氫退火處理來保證鋼板探傷質(zhì)量，從舞鋼幾年來的生產(chǎn)實踐看，用真空處理代替擴(kuò)氫處理，鋼板探傷合格率可以提高約15%。1.6真空處理與鋼板機械性能經(jīng)真空處理鋼板的機械性能普遍優(yōu)于未經(jīng)真空處理的鋼板，韌性、塑性指標(biāo)大幅提高，從舞鋼幾年來的生產(chǎn)實踐看，相同軋制條件下，真空處理延伸率平均提高5%，-20℃低溫沖擊平均提高近50J。D級、E級鋼真空處理后，性能合格率大幅提高。2真空自然氧脫碳2.1基本原理真空自然氧脫碳是根據(jù)真空碳脫氧原理反推出來的一種新的脫碳工藝，它服從以下熱力學(xué)規(guī)律：[C]+[O]=CO真空下[O]與[C]的反應(yīng)能力隨真空度的提高而升高，從理論上分析，當(dāng)真空度達(dá)到1Torr以下時，[C]與[O]的親和力大于[Al]與[O]的親和力[3]。電爐冶煉氧化期強化供氧，出鋼后鋼中總[O]含量在1000×10-6以上，加上吹A(chǔ)r的作用，真空條件下，實現(xiàn)氧脫碳是完全可能的。同時真空氧脫碳產(chǎn)物是CO氣體，不會污染鋼液，且具有一定的去處氣體和粘附夾雜的作用。2.2真空自然氧脫碳操作2.2.1電爐冶煉顯然，氧化期強化吹氧，增加鋼中氧含量，對保證真空自然氧脫碳的冶煉效果是有利的，同時，為了提高冶煉速度，初煉爐操作做了如下調(diào)整：1)降低爐料配碳量，減少生鐵配入量，同時，減少爐料中的易氧化元素。2)氧化期加大供氧量，保證氧壓不小于1.0MPa。3)[C]<0.08%允許出鋼；提高出鋼溫度，保證出鋼后大包測溫在1600℃以上，用以增大氧在鋼液中的溶解度；出鋼不加任何脫氧劑與渣料。2.3VD操作2.4LF精煉操作真空后鋼中仍含有很高的氧含量，要適應(yīng)鋼種質(zhì)量及現(xiàn)場生產(chǎn)節(jié)奏要求，對精煉操作來說，快速變渣、快速脫氧、快速脫硫至關(guān)重要，對精煉工藝進(jìn)行了如下調(diào)整后，基本上實現(xiàn)了在60min內(nèi)完成精煉任務(wù)的目標(biāo)。2.4.1對原、輔材料嚴(yán)格要求VD處理后，鋼中[C]降到了較低的水平，但[O]含量仍然很高，脫氧劑用量較大，避免精煉過程因各種原、輔材料及合金令鋼液大量增碳很重要，實際操作時，通過挑選使用碳含量低的原、輔材料，確保了熔煉分析[C]≤0.06%。2.4.2快速脫氧真空后喂AL線約300kg/爐、加Fe-Si塊100～200kg/爐、Ca-Si塊100～150kg/爐，通過強脫氧劑強制沉淀脫氧，鋼中全[O]很快降至比較低的水平，同時，也為脫S創(chuàng)造了良好的條件。2.4.3造渣、變渣真空后，爐渣中(FeO)、(MnO)含量很高，爐渣堿度及流動性不易控制，變渣十分困難，而要適應(yīng)生產(chǎn)組織的需要，需在15～20min內(nèi)將爐渣變白，因此我們采用了如下方法：石灰加入量1.8～2.0t/爐，用強擴(kuò)散脫氧劑AL粉、Fe-Si粉、Ca-Si塊變渣，加強吹A(chǔ)r攪拌，加快擴(kuò)散傳質(zhì)，保證在15～20min內(nèi)造出了理想的白渣，為脫S創(chuàng)造了條件，同時，渣中(MnO)等被還原，方便了精確控制鋼水成份。2.4.4快速脫硫完成脫氧、變渣以后，也為脫S創(chuàng)造了極好的條件，強吹A(chǔ)r攪拌，總精煉時間約40min，鋼中[S]可達(dá)到0.010%以下，到精煉結(jié)束，鋼中[S]可達(dá)到0.004%。2.4.5合金化根據(jù)出鋼量及目標(biāo)成份要求，提前計算所需合金總量并準(zhǔn)備到位。除Ti、B等易氧化元素外，其他合金真空結(jié)束后在精煉位一次性加入，進(jìn)行合金粗調(diào)，渣變白后，視過程成份分析情況再微調(diào)至內(nèi)控中限，Ti、B等易氧化元素在精煉后期進(jìn)行調(diào)整。2.4.6溫度控制EAF大包溫度，連鑄第一包1580℃～1620℃，第二包1580℃～1620℃，第三包以后溫度稍高一點即可。真空后溫度控制在1550℃～1580℃。2.5真空自然氧脫碳工藝應(yīng)用2000年完成工藝試驗，2001～2002年陸續(xù)開發(fā)了WH70、X70、WDB620、X60等低碳高強度鋼，共計200余爐，熔煉分析[C]平均為0.04%、[S]平均為0.005%、[O]不大于20×10-6。[C]≤0.05%的爐次達(dá)到86.67%，個別爐次[C]含量超過0.06%，主要受出鋼溫度低導(dǎo)致精煉時間長造成電極進(jìn)碳及少數(shù)原、輔材料碳高所至，由此說明真空自然氧脫碳工藝已可以適應(yīng)冶煉高技術(shù)含量、高附加值產(chǎn)品的需要。3結(jié)論1)通過真空處理，鋼板純凈度大為提高，鋼中[H]在2×10-6左右、[O]≤20×10-6、[N]≤100×10-6，提高鋼板探傷合格率15%以上，鋼板韌性、塑性指標(biāo)得到改善。2)真空自然氧脫碳工藝可以適應(yīng)冶煉[C]≤0.05%、[S]≤0.005%的高強度、高技術(shù)含量、高附加值鋼種的需要。真空精煉是目前鋼鐵生產(chǎn)中縮普遍采用的精煉手段，已稱為高質(zhì)量鋼生產(chǎn)工藝路線上不可或缺的一部分。在具有真空處理功能的精煉設(shè)備中，真空脫氣（VD）和真空循環(huán)（RH）裝置運用最為廣泛。RH主要冶金功能是脫碳，目前是國內(nèi)外生產(chǎn)極低碳或超低碳的主要手段。VD則多被用作鋼水的脫氫、脫氮等目的。實際上，VD處理過程同樣具有良好的脫碳動力學(xué)條件，國外部分鋼廠已有采用生產(chǎn)極低碳或超低碳鋼的實踐，并達(dá)到了很好的處理效果，開發(fā)VD脫碳工藝，對擴(kuò)大低碳/超低碳鋼的生產(chǎn)能力，以及拓寬品種范圍都具有十分重要的意義。關(guān)于真空脫碳理論國內(nèi)外許多學(xué)者已做了深入的研究，特別是對RH精煉過程，已提出了許多數(shù)學(xué)模型，積累了很多經(jīng)驗參數(shù)，但在VD脫碳的研究方面還未引起注意，研究成果很少，本工作根據(jù)VD處理過程的脫碳機理，建立了鋼液流動和脫碳的數(shù)學(xué)模型，以描述VD處理過程的脫碳行為，為VD脫碳工藝的制定和優(yōu)化提供依據(jù)和指導(dǎo)。VD過程脫碳反應(yīng)發(fā)生在氣液兩相區(qū)的鋼液—氣泡界面、鋼液自由表面和熔池內(nèi)部CO氣泡脫碳，總的脫碳精煉效果為其貢獻(xiàn)之和；不考核渣—金反應(yīng)，即不考慮熔渣向鋼液中進(jìn)行傳氧；假定氣泡始終為球形，同一時間吹入的氣泡，其上浮過程和脫碳過程相同；不考慮脫碳過程對鋼液流動的影響，VD脫碳機理模型Ar氣泡脫碳模型VD過程Ar氣泡由鋼包底部透氣磚吹入鋼液，在鋼液內(nèi)部形成局部的相對CO的氣泡真空，氣泡在上浮過程不斷發(fā)生脫碳反應(yīng)，與RH過程不同的是VD過程Ar氣泡彌散于整個鋼包體，而RH過程Ar氣泡主要集中在上升管內(nèi)，Ar氣泡脫碳一般都以上升管的一維過程來處理，顯然這樣的模型無法描述VD過程的Ar氣泡脫碳。本工作在Lagrange坐標(biāo)下描述了但氣泡的運動和脫碳過程，繼而統(tǒng)計得到Ar氣泡的總體脫碳速率。各脫碳機制對VD脫碳過程的貢獻(xiàn)VD的脫碳過程主要是依靠鋼液內(nèi)部的CO氣泡脫碳；Ar氣泡脫碳以及鋼液自由表面的脫碳貢獻(xiàn)相比較小，鋼液內(nèi)部CO氣泡脫碳是與鋼液中碳氧的過飽和度相關(guān)的，VD處理初期，當(dāng)真空室的壓力降低到一定值時，鋼液內(nèi)部CO氣泡脫碳便占據(jù)了主導(dǎo)地位，但隨著鋼中碳、氧含量的降低，鋼中碳氧的過飽和度急劇下降，到VD處理后期，三個脫碳機制幾乎達(dá)到了同一水平，這時脫碳速度變得緩慢，這個結(jié)果與文獻(xiàn)提供的結(jié)論相符。根據(jù)VD處理過程的脫碳機理，建立了VD脫碳過程的數(shù)學(xué)模型，利用該模型可以對不同工藝條件下的VD脫碳過程進(jìn)行模擬研究，為VD脫碳工藝的制定和優(yōu)化提供依據(jù)和指導(dǎo)。在VD處理初期，隨著真空室壓力的降低，脫碳速度急劇升高，達(dá)到某一最大值后，又隨鋼中碳氧含量降低而迅速下降，大約處理15min后，脫碳速度已變得很緩慢。VD脫碳過程主要是依靠鋼液內(nèi)部的CO氣泡脫碳，氬氣泡脫碳以及鋼液自由表面的脫碳貢獻(xiàn)相對較小。VD裝置是一種應(yīng)用廣泛的真空精煉設(shè)備，具有良好的脫氫、脫氧、脫碳、脫氮和脫硫等功能。目前，VD裝置在高質(zhì)量鋼生產(chǎn)中發(fā)揮著重要的作用。在國內(nèi)，VD處理常用于鋼液脫氫和脫氮。實際上，VD處理過程同樣具有良好的脫碳條件，國外已有部分鋼廠開始采用VD處理來生產(chǎn)極低碳或超低碳鋼，而且已獲得了很好的處理效果。開發(fā)VD精煉脫碳工藝，對擴(kuò)大低碳或超低碳鋼的生產(chǎn)能力，以及拓寬產(chǎn)品范圍都具有十分重要的意義。國內(nèi)外許多學(xué)者已對真空脫碳理論進(jìn)行過深入的研究，并提出了多種數(shù)學(xué)模型，但對VD精煉脫碳模型的研究還不多。筆者根據(jù)VD處理過程的脫碳機理，建立了VD精煉脫碳過程的數(shù)學(xué)模型，并通過此模型模擬研究了各工藝因素對VD處理過程中鋼液脫碳的影響，旨在為VD精煉脫碳工藝的制定和優(yōu)化提供指導(dǎo)。1數(shù)學(xué)模型111基本假設(shè)①脫碳反應(yīng)發(fā)生在氣、液兩相區(qū)的鋼液-氬氣泡界面、熔池中鋼液內(nèi)部及鋼液自由表面。②假定氣泡始終為球形，同一時間吹入的氣泡，其運動過程和脫碳過程相同。112氬氣泡表面的脫碳模型氬氣泡經(jīng)鋼包底部透氣磚吹入鋼液，在鋼液內(nèi)部形成局部的相對CO的氣泡真空，氣泡在上浮過程中不斷發(fā)生脫碳反應(yīng)。氬氣泡表面的脫碳反應(yīng)可用動力學(xué)關(guān)系式來表示，即：113鋼液內(nèi)部CO氣泡的脫碳模型在熔池內(nèi)部，當(dāng)與鋼液平衡的CO分壓高于鋼液靜壓力時，鋼液內(nèi)部會自發(fā)生成CO氣泡，形成CO沸騰區(qū)。但形核的數(shù)量及分布無法定量計算，因而只能從宏觀上考慮。鋼液內(nèi)部CO氣泡脫碳速率114鋼液自由表面的脫碳模型S包括氬氣泡脫碳、鋼液內(nèi)部CO氣泡脫碳和鋼液自由表面脫碳3個部分。2模擬分析及討論筆者利用建立的脫碳模型對150t鋼包在VD處理過程中的脫碳情況進(jìn)行了模擬。鋼包直徑為3m，鋼液深度為219m。分別對不同工藝因素：吹氬制度、真空制度、初始碳含量和氧含量，等進(jìn)行了模擬研究，分析了各工藝因素對VD精煉脫碳過程的影響。211吹氬制度圖1為吹氬量QAr對VD精煉脫碳過程的影響?？梢?，增加吹氬量可以在一定程度上提高VD精煉脫碳速率，降低鋼液的終點碳含量ω[C]e。一方面，氬氣泡本身具有一定的脫碳能力，同時，吹氬的攪拌作用能加速碳、氧由鋼液側(cè)向反應(yīng)區(qū)域的傳遞。但在VD處理初期，由于鋼液中碳、氧含量較高，脫碳速率較快，大量的CO氣泡與氬氣共同作用，會加劇熔池的沸騰，如果吹氬量和真空度控制不當(dāng)，容易造成鋼液噴濺或溢渣。因此，建議采用先低后高的吹氬制度，這樣既不會影響總的脫碳速率，又能降低終點碳含量。212真空制度21211真空度圖2(a)給出了真空室壓力對VD精煉脫碳過程的影響?？梢?，真空室壓力pV對VD精煉脫碳過程的影響非常顯著：一方面，真空度直接影響VD的脫碳速率。真空度愈高，即真空室壓力愈小，脫碳速率愈快；另一方面，從碳2氧反應(yīng)的熱力學(xué)角度分析可知，真空度也決定了VD處理后鋼液的最終碳含量。當(dāng)pV=2616kPa時，鋼液的碳氧積為010006，假設(shè)鋼液中氧含量為0104%，則對應(yīng)鋼中的平衡碳含量為01015%。因此，要滿足碳含量不超過0.015%的要求，就必須降低真空室壓力。從圖2(a)的模擬結(jié)果可以看到，當(dāng)pV=2616kPa時，處理25min后，鋼液的最終碳含量只能達(dá)到010165%；當(dāng)pV=01133kPa時，處理25min后，鋼液的最終碳含量可以達(dá)到010034%。顯然，降低真空室的壓力對VD精煉脫碳是相當(dāng)有利的。但是，真空度過高也容易造成鋼液噴濺或溢渣。因此，只有在工藝條件(爐渣特性和鋼液碳、氧含量等)及設(shè)備條件(鋼包自由空間和真空泵的抽氣能力等)都允許的情況下，才能使真空室的壓力維持在較低的水平。21212抽真空速度圖2(b)給出了抽真空速度對VD精煉脫碳過程的影響。筆者計算了3種降壓時間(真空室由1個大氣壓降到01133kPa所需的時間)下的脫碳過程，可見，抽真空速度對脫碳速率影響較大，特別是在VD處理的初期，抽真空速度快，即降壓時間短，很快就能獲得較大的脫碳速率，縮短VD處理周期，對脫碳過程有利。但高真空度容易造成鋼液噴濺或溢渣。因此，提高抽真空速度時，還應(yīng)考慮實際工藝條件和設(shè)備條件，避免鋼液噴濺或溢渣。213初始氧含量及初始碳含量圖3(a)示出了鋼液初始氧含量ω[O]0對VD精煉脫碳過程的影響?？梢钥闯觯撘撼跏佳鹾繉γ撎歼^程的影響很大。筆者計算了4種氧碳比ω[O]0/ω[C]0情況下鋼液的脫碳速率，當(dāng)ω[O]0=0104%，ω[O]0/ω[C]0=1時，鋼液中的氧不能完全滿足脫碳的需要，因為碳2氧反應(yīng)的氧碳比應(yīng)該為4/3。因此在脫碳末期，由于氧含量不足而無法繼續(xù)脫碳。當(dāng)碳含量降到0101%時，鋼液中碳和氧的含量已接近平衡，提高氧碳比后，脫碳速率顯著提高，鋼液的終點碳含量ω[C]e也明顯降低。但當(dāng)氧碳比大于2后，再提高鋼液的初始氧含量，對脫碳速率的影響不大，此時脫碳反應(yīng)主要受碳擴(kuò)散的限制。另一方面，鋼液的初始氧含量越高，脫碳結(jié)束后，鋼中殘余氧含量就越大，消耗的脫氧劑也就越多，這不僅會增加成本，也容易使鋼液純凈度下降。因此，在能保證脫碳速率和終點碳含量的前提下，應(yīng)盡量降低終點殘余氧含量。從碳2氧反應(yīng)熱力學(xué)分析可見，當(dāng)真空室力pV=01133kPa時，終點殘余氧含量ω[O]e，r=0101%～0102%時，就可以使鋼液的終點碳含量達(dá)到01003%左右，即鋼液的初始氧含量按式(5)控制，基本上就可以滿足VD精煉脫碳的要求。必要時還可以通過調(diào)整渣的成分來增加鋼液氧含量。ω[O]0=1133ω[C]0+ω[O]e，r(5)式中，ω[O]e，r=0101%～0102%。圖3(b)給出了鋼液初始碳含量ω[C]0對VD精煉脫碳過程的影響?？梢钥吹?，在初始氧含量相同的情況下，初始碳含量越高，則初始脫碳速率越大，但在脫碳處理的中后期，脫碳速率與初始碳含量的關(guān)系不大，初始碳含量越高，處理結(jié)束時，鋼中碳含量也就越高。但是，如果能夠很好地控制鋼液的初始氧含量，則初始碳含量對整個VD精煉脫碳過程的影響不大。因此，只要吹煉結(jié)束時鋼液的氧碳比能夠滿足后續(xù)VD處理的需要，不必將初煉爐中鋼液的碳吹至很低，以減輕初煉爐的負(fù)擔(dān)。3結(jié)論(1)加大吹氬量能在一定程度上提高VD處理過程中鋼液的脫碳速率，但效果不顯著，而且吹氬量過大時，容易造成鋼液噴濺或溢渣(尤其在脫碳初期)。因此，建議采用吹氬量先小后大的吹氬制度。(2)真空度對VD精煉脫碳過程的影響很大，在工藝條件和設(shè)備條件允許的情況下，提高抽真空速度，降低真空室壓力有利于鋼液脫碳。(3)鋼液初始氧含量對VD精煉脫碳過程的影響很顯著。鋼液初始氧含量的控制應(yīng)根據(jù)鋼中碳含量而定，分析表明，如果鋼液的初始氧含量按式(6)控制，基本上就能滿足VD精煉脫碳的要求。必要時，還可以通過調(diào)整渣的成分來增加鋼液氧含量。精煉系統(tǒng)工藝優(yōu)化前言鋼的純凈度對鋼鐵制品性能影響極大，因此如何運用二次冶金手段，完善精煉工藝過程，提高鋼的純凈度，減少鋼中非金屬夾雜物，已成為冶金工作者必須認(rèn)真解決的問題。鋼包精煉爐，具有加熱升溫、合金微調(diào)、造渣精煉、電磁攪拌、吹氬攪拌及真空脫氣功能。通過對脫氧、脫硫、去夾雜等工業(yè)性試驗研究，不斷完善精煉工藝，已使高碳鋼中T.O<15*10-6、鋼中的硫【S】《0.010%、夾雜總量為0.0023%。精煉工藝流程及其冶金原理精煉工藝流程精煉處理工藝流程為：初煉鋼水→除氧化渣（加渣料造新渣）→加熱處理（加熱、合金微調(diào)、白渣精煉）→真空精煉（脫氣、去夾雜）→復(fù)合終脫氧→凈化攪拌→澆鑄。、主要工藝環(huán)節(jié)的冶金原理在上述流程中，涉及到三個主要工藝環(huán)節(jié)，即加熱造渣精煉、真空處理、復(fù)合終脫氧，各工藝環(huán)節(jié)的冶金功能及如何銜接是精煉工藝完善的保證。造渣精煉理論鋼包精煉爐的特點之一是可以保持爐內(nèi)還原氣氛，精煉工藝流程中保證了在初煉鋼水注入精煉包時，避免了氧化渣的進(jìn)入。造渣精煉的目的就是通過造高堿度、高還原性的爐渣進(jìn)一步脫除鋼中硫、氧。熔渣的脫氧能力決定于熔渣的aFeO，其對鋼液的脫氧反應(yīng)式為：真空脫氣原理、鋼液中碳脫氧反應(yīng)式為：由于碳的脫氧產(chǎn)物是CO氣體，在體系降低壓力后，平衡向產(chǎn)生CO的方向移動，使碳的脫氧能力提高。通過計算可知，真空下碳的脫氧能力很強，當(dāng)氣相壓力降低至1.013*104Pa時，碳的脫氧能力將超過硅，繼續(xù)降低壓力至133pa時，碳的脫氧能力大于鋁。但是，在實際情況下，鋼液中的碳的脫氧能力隨著壓力的降低而提高是有一定限度的，因此將真空脫氧的壓力控制在10133~203pa即可。硅鋁鋇終處理Si-Al復(fù)合脫氧劑的脫氧產(chǎn)物主要為3Al2O3-2SiO2或Al2O3。在鋼液中【O】含量較高時脫氧產(chǎn)物主要為3Al2O3-2SiO2，而隨著氧含量的降低脫氧產(chǎn)物以Al2O3為主。在Si-Al復(fù)合脫氧劑的基礎(chǔ)上引入鋇，形成Si-Al-Ba復(fù)合脫氧劑，鋇的高沸點優(yōu)于鈣和鎂，鋇的作用主要表現(xiàn)為對夾雜物的變性處理，即降低夾雜物的熔點、改變夾雜物的形狀和尺寸、使夾雜物分布均勻。因此，含鋇合金應(yīng)用于煉鋼中，除能減少鋁的消耗外，還能改變鋼中夾雜物的形態(tài)及結(jié)晶組織的彌散度和均勻性，減少鋼中夾雜物的含量，凈化鋼液，從而提高鋼的質(zhì)量、優(yōu)化使用性能。冶金效果及分析加熱造渣精煉，加熱處理過程中，為了降低渣中（FeO），在合金微調(diào)結(jié)束后，使用碳粉及硅鐵粉作為還原劑，開始造還原渣，還原10~15min后，爐渣轉(zhuǎn)為白色。加熱全過程均采用電磁攪拌。根據(jù)爐渣的離子理論，高堿度的爐渣為脫硫提供了大量的（O2-），高還原性的爐渣為脫硫減少了【O】，因此使反應(yīng)正向進(jìn)行，進(jìn)一步脫除鋼中硫。真空處理真空處理的真空度為66.7pa，真空保持時間為10~15min，真空處理過程中采用吹氬攪拌，氬氣量為50~100vL/min，真空處理后。全氧含量升高，這是因為真空處理時，壓力的降低使碳氧反應(yīng)激烈進(jìn)行，加之有氬氣體的攪拌，鋼包內(nèi)發(fā)生強烈的沸騰，鋼液在進(jìn)行渣洗，此時鋼液接觸面最大，脫氧、脫硫的動力學(xué)條件得到充分改善，還原后的爐渣在真空處理時仍有一定的脫氧、脫硫能力所以真空處理前后（FeO）含量升高，鋼中硫【S】和T.O均降低。但試驗發(fā)現(xiàn)，真空處理時間是有一定限制的，當(dāng)時間過長時鋼中的氧量將有所增加。隨著真空處理時間的延長，鋼中氧含量不斷降低；但當(dāng)真空處理時間超過10min后，鋼中氧就基本穩(wěn)定不變，而且隨著真空處理時間的進(jìn)一步延長，鋼中氧還略有增加。這是因為，在真空碳脫氧初始階段，有大量的氣泡出現(xiàn)，5~7min后，氣泡明顯減少，約10min后，氣泡很少，脫氧反應(yīng)基本結(jié)束，此時，如果繼續(xù)進(jìn)行真空處理，由于耐火材料在真空條件下發(fā)生分解反應(yīng)，分解產(chǎn)生的氧溶入鋼液中，造成鋼中氧含量增加。合適的處理時間為10~15min。在精煉條件下，脫氧過程就是夾雜物的去除過程，一般可將?？梢娋珶挄r間越長，鋼中氧含量越低，即通過有效的攪拌和足夠的精煉時間，可以使Al2O3上浮去除，從而降低鋼中的氧含量。精煉系統(tǒng)工藝優(yōu)化在一爐鋼的精煉過程中，各工藝環(huán)節(jié)的合理銜接是充分發(fā)揮精煉爐的各種功能，提高工作效率，經(jīng)濟(jì)效益和產(chǎn)品質(zhì)量的保證。從初煉鋼水到精煉結(jié)束時TO及【S】的變化如圖所示。真空處理過程鋼中全氧下降最多，這不光得益于真空碳脫氧，而且由于在真空處理過程中同時進(jìn)行吹氬攪拌，鋼渣反應(yīng)面積加大，精煉渣與鋼液混沖，產(chǎn)生良好的渣洗反應(yīng)，但良好渣洗的前提是渣中（FeO）必須低，試驗表明渣中（FeO）《0.80%時為好。因此，為了取得良好的脫氧效果，必須加強LF處理過程的還原操作，盡量降低（FeO）。終處理是進(jìn)一步降低鋼中氧的關(guān)鍵，延長終處理后的凈化攪拌時間對脫氧有利，但考慮到攪拌過程的溫降，必須確定一個適當(dāng)?shù)膬艋瘮嚢钑r間。脫硫貫穿于整個精煉過程，除了降低（FeO），提高渣的堿度外，良好的攪拌十分必要，對于只進(jìn)行LF處理，不真空處理的鋼種，為了降低鋼中的硫含量，可以增加吹氬攪拌，吹氬攪拌較之于電磁攪拌鋼渣混合更好，鋼渣反應(yīng)面積更大。通過精煉爐的生產(chǎn)實踐和各工藝環(huán)節(jié)的不斷優(yōu)化，得到以下結(jié)論，加熱造渣精煉、真空處理、復(fù)合終脫氧這些工藝環(huán)節(jié)均具有良好的脫氧、脫硫、去夾雜的熱力學(xué)條件。通過完善精煉工藝，配好渣料，充分發(fā)揮底吹氬和電磁攪拌的冶金功能，創(chuàng)造了良好的動力學(xué)條件。優(yōu)化的精煉工藝組合是：避免初煉鋼水注入精煉包時帶入氧化渣，加熱造渣精煉結(jié)束時確保渣中（FeO）<0.80%，真空處理時間為10~15min，加入Si-Ba-Al終處理后，應(yīng)有10min的凈化攪拌時間，并選擇合理的攪拌氣量。眾所周知，硫在鋼中是以FeS和MnS形式存在的。在鋼液凝固過程中，由于選分結(jié)晶被推向鋼液內(nèi)部或上部，形成硫的偏析。FeS在晶界上呈網(wǎng)狀分布，MnS在壓力加工過程中沿變形方向延伸呈線、鏈狀分布。由此引起產(chǎn)品三向性能的顯著差異，從而惡化了鋼材的塑性和沿厚度方向的斷面收縮率，使得鋼的制品受各種復(fù)雜應(yīng)力作用而破壞。盡管硫?qū)︿摰奈：Γ瑹o論是理論上還是實踐中都已認(rèn)識清楚，但是由于國際上通行的標(biāo)準(zhǔn)中對硫的要求往往不高，例如美國AAR標(biāo)準(zhǔn)對鐵道用鋼硫的要求是≤0.040%(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))，這對于現(xiàn)在一般的煉鋼工藝都不難達(dá)到，因此，很容易使煉鋼工作者對其脫硫的工作不很重視，以為只要滿足其標(biāo)準(zhǔn)即可。事實上，在國外生產(chǎn)的鋼中，硫的控制大大低于標(biāo)準(zhǔn)要求，以期煉出超低硫鋼，來全面改善和提高產(chǎn)品的性能。因此研究煉鋼過程脫硫問題仍然是一項極有價值的工作。本文主要對馬鋼90tLF-VD精煉爐的脫硫工藝進(jìn)行研究，揭示各階段硫的變化情況以及影響脫硫的主要因素，為提高煉鋼產(chǎn)品的質(zhì)量提供必要保證。2工藝流程及操作要點工藝流程：出鋼→倒包站→真空站→靜化攪拌→出站澆鋼各工藝過程的操作要求如下。出鋼：加Si、Mn、C、Al等元素進(jìn)行預(yù)脫氧和合金化；倒包：采用大水口倒包，并加入石灰、螢石等造渣材料；加熱(LF)：造渣、脫氧、電磁攪拌、成分微調(diào)；真空(VD)：真空度<100Pa，攪拌(電磁攪拌、吹氬攪拌)；凈化：加入Ca類合金，并攪拌凈化。3試驗結(jié)果及數(shù)據(jù)處理3.1精煉過程各階段脫硫情況精煉過程分4個階段。倒包階段：出鋼到LF取第一個鋼樣；LF階段：LF取第一個鋼樣至LF結(jié)束；VD階段：LF結(jié)束至真空結(jié)束；凈化階段：真空結(jié)束→終脫氧→澆注。根據(jù)160爐生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果見表1～表3。表1精煉過程中各階段鋼中硫含量(w)%項目原始硫含量倒包后硫含量LF結(jié)束硫含量真空后硫含量終點硫含量Min0.0170.0110.0080.0040.002Max0.0410.0320.0290.0220.019均值0.0290.0210.0170.0110.009表2精煉過程中各階段鋼中硫的去除值(w)%項目倒包ΔS1LFΔS2VDΔS3凈化ΔS4Min0000Max0.0150.0090.0160.006均值0.0080.0030.0060.002、表3精煉過程中各階段脫硫所占百分比%項目倒包S1LFS2VDS3凈化S4Min0000Max88456432均值401731123.2頂渣堿度與脫硫關(guān)系通過研究發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)有的渣系和操作工藝條件下，鋼中硫含量和爐渣堿度有一定的關(guān)系，對頂渣堿度R[w(CaO)Πw(SiO2)]和成品鋼中硫含量的有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，結(jié)果表明：硫含量同R存在顯著的線性關(guān)系。硫含量和R的線性回歸方程為：w([S])×105=-9.91R+34.50，相關(guān)系數(shù)為r=0.815。成品鋼中硫含量和頂渣堿度的關(guān)系見圖1。3.3鋼中酸溶鋁與脫硫關(guān)系通過研究大量的工業(yè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在當(dāng)前的精煉操作工藝條件下，鋼中硫含量和鋼中酸溶鋁存在一定的關(guān)系，對鋼中酸溶鋁和成品鋼中硫含量圖1成品鋼中硫含量和頂渣堿度的關(guān)系的有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，結(jié)果表明：w([S])同鋼中Als存在明顯的線性關(guān)系。它們的相關(guān)系數(shù)為r=0.72，線性回歸方程為w([S])×103=-3.22w([Als])+20。成品鋼中硫含量和鋼中酸溶鋁的關(guān)系見圖2。圖2成品鋼中硫含量和鋼中酸溶鋁的關(guān)系4分析與討論4.1倒包階段脫硫倒包工藝雖然有溫降大的缺點，但它的優(yōu)點是除渣干凈。馬鋼現(xiàn)在所采用的倒包工藝是通過滑動水口裝置將鋼水從普通鋼包倒入精煉專用鋼包。在倒包過程中，一方面把氧化性爐渣徹底清除；另一方面不斷地向精煉爐加入石灰、螢石等造渣材料，來滿足精煉工藝的需要。這樣倒包過程實際上就是鋼水與固體渣的渣洗過程，其過程的主要脫硫反應(yīng)為：(CaO)+[S]=(CaS)+[O](1)K=α(CaS)α[O]α(CaO)α[S](2)式中K———反應(yīng)平衡常數(shù)α———活度由于倒包過程要持續(xù)15min左右，石灰的加入量為鋼水重量的1%，這樣大量的CaO和CaF2共同作用生成一種較強的脫硫渣系，而且鋼水通過出鋼過程脫氧反應(yīng)，有利于反應(yīng)向脫硫方向進(jìn)行；同時由于鋼水在倒包過程中落差>2m，其沖擊攪拌作用很大，為脫硫反應(yīng)提供了良好的動力學(xué)條件，更加有利于深度脫硫。表1、表2、表3給出的結(jié)果表明：倒包過程脫硫反應(yīng)是最劇烈的，倒包階段的脫硫值是幾個階段中最顯著的，其脫硫值占全過程脫硫量的40%。4.2LF工位脫硫從工藝流程來看，LF階段是石灰熔化成渣期，爐渣堿度R[w(CaO)Πw(SiO2)]在2～3之間，同時采用電爐造白渣技術(shù)，(FeO)控制在0.5%左右，而且在頂渣溶化完畢后，向鋼水中加入一定量的鋁，進(jìn)一步脫氧，使得鋼液處于良好的脫氧狀態(tài)。因而鋼中的溶解氧的含量將主要由鋁含量控制，其反應(yīng)式如下：2[Al]+3[O]=(Al2O3)(3)K=α(Al2O3)α[Al]·α[O](4)α2[Al]α3[O]=4.3×10-14(5)由此可算得鋼液中α[Al]與α[O]的關(guān)系如表4所示，其根據(jù)實測結(jié)果鋼中的[O]濃度基本上與理論值相一致。表4鋼水中的α[Al]與α[O]關(guān)系項目數(shù)值α[Al]0.010.020.030.04α[O]×10-67.54.83.63在處理過程中，渣中的CaO與[Al]及[S]的反應(yīng)可用下式表示：(CaO)+2Π3[Al]+[S]=(CaS)+1Π3(Al2O3)(6)即：隨著加熱過程的進(jìn)行，精煉頂渣的堿度不斷提高并趨于穩(wěn)定，對脫硫作用將漸趨重要。測試結(jié)果表明，隨著頂渣堿度的提高，鋼中硫不斷降低；隨著鋼中Als含量的提高，成品中的硫含量下降。表1中給出的結(jié)果是LF工位的脫硫率僅占精煉過程總脫硫率的17%，位于第三。這是因為脫硫反應(yīng)主要在鋼渣界面進(jìn)行，盡管鋼液在電磁力的作用下進(jìn)行全過程攪拌，但攪拌強度不大，鋼-渣界面的混合程度比起倒包時的沖擊攪拌差，雖然熱力學(xué)條件優(yōu)于倒包過程，但動力學(xué)條件不如倒包過程，動力學(xué)條件成為制約脫硫反應(yīng)進(jìn)行的關(guān)鍵因素。4.3VD工位的脫硫從表(1)可以看出：20～30min內(nèi)真空處理后的脫硫率占全過程脫硫的31%，說明了在真空條件下脫硫效果是良好的。這種良好的脫硫作用基于以下兩方面因素：一是精煉過程的熱力學(xué)條件變化；二是動力學(xué)條件的改善。在LF狀態(tài)下，鋼中氧受Als控制，但在VD狀態(tài)下，鋼中的氧主要受鋼中碳控制：(CaO)+[S]=(CaS)+[O](7)[C]+[O]=CO(8)(CaO)+[S]+[C]=(CaS)+CO(9)在真空狀態(tài)下的CO分壓將明顯降低，反應(yīng)向脫硫方向進(jìn)行，而且CO氣體被抽走之后，逆反應(yīng)將大大減少，其脫硫過程將會加速。文獻(xiàn)[1]中給出了VD處理過程中鋼中α[C]、α[O]、PCO的關(guān)系式：α[C]·α[O]ΠPCO=1.974×10-5當(dāng)渣層厚度為0.10m，真空度為67Pa，PC=0.0274Pa時，α[C]與α[O]的關(guān)系見表5。表5α[C]與α[O]的關(guān)系項目數(shù)值α[C]1.000.700.500.200.10α[O]×10-60.540.771.082.705.40通過表4與表5的比較，不難發(fā)現(xiàn)在真空狀態(tài)下，中、高碳鋼將由碳控制鋼中的氧。隨著真空度的提高和真空時間的延長，鋼中氧的不斷降低，為進(jìn)一步降低鋼中硫提供了有利的熱力學(xué)條件。在精煉操作中，由于鋼中含硫量較低，則脫硫反應(yīng)的限制性環(huán)節(jié)是硫在鋼中的傳質(zhì)速度，反映脫硫速度的公式為[2]：dw([S])dt=-KFVw([S])-w(S)Ls在有氣體攪拌的條件下K值為：K=500DsQF12(11)式中K———表觀脫硫常數(shù)F———平靜時的鋼-渣界面積Πm2V———鋼水體積Πm3Ds———鋼水中硫的擴(kuò)散系數(shù)Πm2·s-1Ls———硫在渣-鋼間的分配系數(shù)Q———通過界面的實際氣體流量Πm3·s-1t———時間Πsw([S])———鋼中硫含量Π%w(S)———渣中硫含量Π%由式(10)可見，在精煉過程中影響脫硫速度的因素的確很多，但是就具體的一爐鋼而言，鋼渣界面積和鋼水體積波動不大。由式(11)知表觀常數(shù)值的大小取決于單位時間通過界面的實際氣體流量。在VD條件下，Q值不僅取決于底吹氬的大小，而且取決于C—O反應(yīng)生成CO量的多少。前者由工藝設(shè)定值決定，供氬氣量越大，鋼水?dāng)嚢柙綇娏?，鋼渣混合程度就越好，脫硫反?yīng)界面積越大，脫硫速度就越快；而影響后者的因素是多方面的，首先與真空度有關(guān)，真空度越高，C—O反應(yīng)就越易進(jìn)行，生成的CO氣泡就越多，這種CO氣泡首先在罐壁生成，繼而擴(kuò)散到罐底，使整個精煉包內(nèi)的鋼水活動異?；钴S，從而大大增加了鋼渣反應(yīng)面積，使脫硫反應(yīng)得以迅速進(jìn)行，其次與鋼水中的含氧量有關(guān)，氧越高，C—O反應(yīng)就越激烈，這樣隨著C—O反應(yīng)的進(jìn)行，氧不斷降低，脫硫的熱力學(xué)條件隨之改善，同時由于C—O反應(yīng)的進(jìn)行，CO氣體的上浮引起的攪拌，又進(jìn)一步改善了硫在鋼水中的傳質(zhì)，使得脫硫過程進(jìn)一步加速，其三與鋼水中的含碳量有關(guān)，隨著含碳的減低，氧含量相對增加，這就是20min的真空脫硫效果比1hLF工位脫硫效果好，并且還要高出近一倍的主要原因。4.4凈化階段的脫硫凈化階段是由終脫氧和凈化攪拌兩步驟組成，其脫硫比率占總脫硫值的12%，本工藝采用的終脫氧劑是由含鈣類合金來完成的。含鈣類的合金不僅具有深脫氧能力，而且有深度脫硫的作用，其反應(yīng)方程式為：Ca(g)+[S]=CaS(12)ΔG°=-136380+40.94T(13)在使用鈣合金后，其強大的脫氧能力進(jìn)一步促進(jìn)了脫硫反應(yīng)的進(jìn)行。圖3[3]是鈣和鋁的加入對鋼中氧含量的影響。當(dāng)w([Al])=0.020%時，所對應(yīng)的w([O])=0.007%。當(dāng)加入鈣后，鋼中氧立刻降為0.0006%，這樣脫硫的熱力學(xué)條件得以改善。同時不能忽略凈化攪拌的作用，不推開渣面的氣體攪拌和電磁攪拌的作用表現(xiàn)為兩個方面：一方面凈化攪拌使鈣在鋼水中得以擴(kuò)散均勻，使脫氧反應(yīng)向平衡態(tài)接近；另一方面鈣和硫反應(yīng)生成的CaS，在攪拌過程中上浮，排除到浮渣中，從而促進(jìn)Ca的脫硫反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行。5結(jié)論通過對精煉爐脫硫工藝的研究，可以得出以下結(jié)論：(1)鋼包精煉的各階段脫硫情況是有差異的，這是因為各階段脫硫反應(yīng)的熱力學(xué)條件和動力學(xué)條件不同引起的；(2)頂渣堿度和鋼中酸溶鋁與鋼中硫含量有明顯的線性相關(guān)性；(3)利用LFΠVD精煉手段冶煉低硫鋼是可行的，但必須為各階段創(chuàng)造有利的脫硫條件，讓其條件充分發(fā)揮作用，并要重視協(xié)調(diào)好各階段的關(guān)系。濟(jì)南鋼鐵股份有限公司第三煉鋼廠(簡稱濟(jì)鋼第三煉鋼廠)生產(chǎn)線是一條新建的生產(chǎn)線，設(shè)計120t轉(zhuǎn)爐3座，配LF/VD1座，LF精煉爐2座，中厚板坯鑄機1臺和中薄板坯鑄機2臺。一期工程為“一對一”的生產(chǎn)線，向濟(jì)鋼中厚板廠輸送板坯，已于2003年3月投產(chǎn)；二期工程到2005年7月已陸續(xù)竣工。其工藝流程為：KR→BOF→CAS→LF/VD→CCM或KR→BOF→CAS→CCM。2004年全年累計LF的精煉周期58min，連鑄周期43min，隨著連鑄不斷提速連鑄周期已縮短為30~33min，顯然不匹配，尤其對濟(jì)鋼第三煉鋼廠“一對一”的生產(chǎn)線而言，已經(jīng)成為生產(chǎn)品種鋼的限制性環(huán)節(jié)，隨著產(chǎn)能的進(jìn)一步釋放，矛盾將更加突出。為適應(yīng)連鑄節(jié)奏，精煉時間必須縮短。因此，對工藝進(jìn)行優(yōu)化，以實現(xiàn)高專品種鋼的生產(chǎn)和多爐連澆。1LF主要工藝技術(shù)參數(shù)濟(jì)鋼第三煉鋼廠一期工程主要配有120t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐1座、120tLF/VD精煉設(shè)備1套、200/270mm×1200～2100mm板坯鑄機1臺，精煉工序主要生產(chǎn)低合金高強度鋼、鍋爐鋼、容器鋼、橋梁鋼、船板鋼、耐蝕鋼、管線鋼等。LF采用雙鋼包車、單處理位、每個等待位設(shè)有1臺雙線喂線機的工藝布置方式，鋼包吹氬采用雙透氣磚、分路控制。LF的主要工藝技術(shù)參數(shù)如下：公稱容量120t；鋼水處理量100～155t；變壓器容量26MVA；一次電壓35V；二次電壓230～320V；二次最大電流45000A；最大升溫速度5℃/min；電極直徑450mm；精煉周期40min；鋼包自由空間900mm。2LF精煉工藝優(yōu)化措施2.1優(yōu)化爐料結(jié)構(gòu)及鐵水預(yù)處理優(yōu)化鋼鐵料結(jié)構(gòu)，根據(jù)鋼種需要搭配使用廢鋼，P、S要求嚴(yán)格的鋼種采用優(yōu)質(zhì)廢鋼。鐵水經(jīng)KR脫硫處理，根據(jù)鋼種需要分別采用淺、中、深脫硫，減輕LF脫硫任務(wù)。2.2提高轉(zhuǎn)爐溫度和成分命中率根據(jù)鋼種要求，轉(zhuǎn)爐出鋼終點溫度控制在1650～1700℃，要求鋼水到站(LF)溫度不低于1585℃。為減輕LF成分微調(diào)的負(fù)擔(dān)，轉(zhuǎn)爐控制好終點碳，提高轉(zhuǎn)爐控制成分的水平，不易氧化的元素盡量一次達(dá)到控制要求，在LF一般不再調(diào)整。2.3擋渣出鋼并控制好轉(zhuǎn)爐冶煉節(jié)奏采用擋渣球或擋渣棒控制轉(zhuǎn)爐下渣，嚴(yán)格控制噸鋼出鋼下渣量5kg以下的工藝要求，以免增加LF的脫氧脫硫負(fù)擔(dān)和造成回磷。出鋼時向鋼包中加入鋼包頂渣提前造渣?？刂坪脿t前的節(jié)奏，鋼水等精煉的時間不超過10min，嚴(yán)禁出現(xiàn)精煉等鋼水的現(xiàn)象。2.4優(yōu)化造渣及吹氬工藝2.4.1造渣工藝LF精煉的核心是造好精煉渣，低氧勢、適當(dāng)堿度、良好的流動性和發(fā)泡能力、合理成分配比的精煉渣是發(fā)揮LF精煉能力的基礎(chǔ)，其操作要點是早化渣，在精煉前期快速造白渣。采用在出鋼時向鋼包配加頂渣，通過在CAS站經(jīng)一定時間的吹氬攪拌，確保鋼包渣熔化，減少了在LF加入的渣量，縮短了LF化渣時間。鋼包到LF處理位后，加入石灰、螢石等渣料和脫氧劑，增加氬氣流量，在進(jìn)行加熱前保證精煉渣基本熔化，LF加熱化渣期間進(jìn)行渣的脫氧和調(diào)整渣的堿度、流動性及AlO含量。第一次加熱過程根據(jù)初始S含量和出鋼下渣情況決定是否補加渣料和脫氧劑，確保在前期形成高堿度的白渣。精煉渣的成分控制見表1。表1精煉渣成分控制%2.4.2吹氬工藝精煉處理過程中吹氬能促進(jìn)鋼渣反應(yīng)，促進(jìn)脫氧和脫硫，均勻鋼水成分和溫度，有利于鋼中夾雜物的上浮，鋼包吹氬是LF精煉各種處理手段的基礎(chǔ)。濟(jì)鋼第三煉鋼廠鋼包采用雙透氣磚分路控制，根據(jù)LF各處理階段的不同要求，采用分階段控制工藝。加熱過程中控制適當(dāng)?shù)臍鍤饬髁?，確保有足夠的吹氬攪拌功，避免在加熱過程中上部溫度過高，同時避免由于流量過大，鋼、渣劇烈翻騰造成電極振動。在加入渣料、進(jìn)行合金微調(diào)、均勻成分和溫度時采用大流量，以促進(jìn)渣料的快速熔化及成分和溫度的快速均勻。隨著氬氣流量的增加，脫硫速度增加，因此在LF深脫硫階段，加大氬氣流量。喂線結(jié)束的后攪是促進(jìn)夾雜物上浮的重要手段，因此應(yīng)降低氬氣流量，避免鋼水的二次氧化和吸氣，后攪時間要控制適當(dāng)，以確保夾雜物充分上浮，同時避免時間過長造成鋼水中重新生成Al2O3夾雜。由于透氣磚的透氣性不同，在實際生產(chǎn)過程中不應(yīng)單純以氬氣流量來判斷底吹流量，而應(yīng)通過觀察鋼包液面的情況調(diào)整氬氣流量。2.5強化脫氧脫硫2.5.1精煉渣脫硫精煉渣脫硫主要通過以下反應(yīng)完成：CaO+S2-→CaS+O2-轉(zhuǎn)爐擋渣出鋼，嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)爐下渣，出鋼時加入硅鋁鋇脫氧，精煉時加入精煉渣，通過吹氬攪拌，增加鋼渣反應(yīng)界面，使鋼渣反應(yīng)趨于平衡。精煉渣脫硫效果主要受以下因素影響：(1)爐渣堿度：隨著爐渣堿度的提高，CaO活度提高，有利于脫硫。但隨著堿度的提高，爐渣的流動性降低，因此應(yīng)控制爐渣堿度在適當(dāng)?shù)姆秶?。對于對點狀夾雜要求不嚴(yán)格的鋼種來說，爐渣堿度最好控制在3.0～4.0之間。(2)爐渣氧化性：由于精煉渣脫硫為還原反應(yīng)，因此渣中(FeO+MnO)含量越少越好。擋渣出鋼可以避免大量氧化性爐渣進(jìn)入鋼包內(nèi)，從而降低精煉渣氧化性。如果在精煉時加入精煉渣將(FeO+MnO)含量進(jìn)一步降低到1.0%以下(最好0.5%以下)，實現(xiàn)在LF內(nèi)白渣精煉，則可以進(jìn)行超低硫鋼的精煉。其最低硫含量可以降低到10×10-6以下。(3)精煉渣中Al2O3含量：當(dāng)渣中Al2O3不大于30%時，隨著渣中Al2O3含量的提高，爐渣的熔點降低，流動性提高，有利于脫硫。但是渣中Al2O3含量提高，對于吸附鋼中Al2O3基夾雜物不利。因此應(yīng)控制渣中Al2O3含量在一個適當(dāng)范圍(10%～15%)。(4)攪拌：加強攪拌可提高熔池傳質(zhì)速度，增加反應(yīng)界面，有利于脫硫。2.5.2脫氧LF精煉過程一方面要用脫氧劑最大限度地降低鋼中的氧含量，在降低溶解氧的同時，進(jìn)一步減少渣中不穩(wěn)定氧化物(FeO+MnO)的含量；另一方面要采取措施使脫氧產(chǎn)物上浮去除。用強脫氧元素鋁脫氧，鋼中酸溶鋁達(dá)到0.03%～0.05%時，鋼液脫氧完全[1]，這時鋼中溶解的氧幾乎都轉(zhuǎn)變成Al2O3，鋼液脫氧實質(zhì)問題是鋼中氧化物夾雜的去除問題。盡量避免在出站前15min內(nèi)進(jìn)行Alt(Als)的調(diào)整，一般在精煉前期進(jìn)行，以便于AlO夾雜有充分上浮的時間。對LF喂線工藝進(jìn)行改進(jìn)，強化鈣處理(Ca(15～30)×10-6)，采用鈣處理使夾雜物變性生成低熔點的產(chǎn)物易于去除，提高鋼水質(zhì)量。2.6成分微調(diào)根據(jù)CAS出站成分和LF第一次取樣對比來指導(dǎo)LF成分微調(diào)，可以減少一次分析試樣的等待時間，有利于縮短處理周期。3技術(shù)效果3.1處理周期統(tǒng)計了2005年4月23～25日42爐次的情況總體達(dá)到了與連鑄節(jié)奏匹配的目的，通過組織兩座轉(zhuǎn)爐供LF鋼水，可以實現(xiàn)多爐連澆?；厩闆r見表2表2優(yōu)化LF處理周期的基本情況注：生產(chǎn)鋼種為20R、20g、Q460C、JG5903.2氧氮控制情況隨機取樣分析鋼中氧氮含量情況，結(jié)果見表3。表3鋼中氧氮含量情況×10-6項目到站溫度/℃加熱時間/min電耗/kW.h處理周期/min最高連澆爐數(shù)優(yōu)化前1564.81625.851.03優(yōu)化后1586.2915.534.211可見，經(jīng)過LF處理的鋼水鋼中含氧量大大降低(平均降低38.65×10-6)，但通過LF處理的鋼水優(yōu)化前后變化不大，精煉效果非常顯著。3.3脫硫效果隨機統(tǒng)計了2005年4月23～25日42爐次的脫硫情況，結(jié)果見表4。分析表明，LF的脫硫能力比較強。3.4成分和溫度控制精度隨機統(tǒng)計了2005年4月23～25日42爐次的情況，LF爐對成分和溫度的控制精度能夠滿足工藝要求(見表5)。表5成分(%)和溫度(℃)控制精度注：控制精度是指實際值與目標(biāo)值相比的波動范圍。4經(jīng)濟(jì)效益通過工藝優(yōu)化，精煉周期與連鑄匹配可以實現(xiàn)多爐連澆，能夠滿足鋼水質(zhì)量要求，同時降低了生產(chǎn)CSiMnAl微合金元素溫度±0.01±0.03±0.03+0.005～0.015±0.005±5項目到站出站脫硫率變化范圍0.012～0.0240.003～0.001154.2～82.2平均值0.0170.00570.6表4脫硫效果%成本，獲得了非常好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，優(yōu)化前后對比情況見表6?？s短精煉周期17min，降低精煉電耗6.7kW.h/t，滿足了連鑄節(jié)奏和工藝要求。表6優(yōu)化前后精煉周期和精煉電耗對比因LF處理周期縮短，對電極消耗、鋼包耐材消耗等都將降低；另外，考慮到市場形勢的變化，高附加值的產(chǎn)品逐漸增加，精煉比將進(jìn)一步增加，因此，綜合經(jīng)濟(jì)效益會更加可觀。5結(jié)語濟(jì)鋼LF精煉爐通過工藝優(yōu)化，其脫氧和脫硫效果較好，成分和溫度控制精度較高，完全能夠滿足濟(jì)鋼第三煉鋼廠生產(chǎn)容器鋼、高強鋼等高附加值鋼種的工藝要求，精煉周期大大縮短，可以匹配連鑄機的生產(chǎn)節(jié)奏。項目2005-01～03(優(yōu)化前)2005-04～06(優(yōu)化后)精煉周期/min5134精煉電耗/kW.h.t-129.923.2石鋼公司針對自身特點，走高效特鋼之路，煉鋼廠在開發(fā)潔凈鋼方面，相繼采取一系列技術(shù)措施，在不進(jìn)行真空精煉的工藝條件下，立足實際，進(jìn)行綜合工藝優(yōu)化，鋼中氧含量達(dá)到15×10-6水平，穩(wěn)定控制在20×10-6以下，提高了鋼水的潔凈度。石鋼煉鋼廠轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)工藝流程為：55tLD(氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐)→60tLF→連鑄→熱送軋制。1LD工藝控制1.1高拉碳降低鋼中原始氧含量LF初始鋼水氧含量的高低直接影響最終的氧含量(表1)，因此應(yīng)控制入LF的鋼水氧含量。經(jīng)認(rèn)真分析，高拉碳可使鋼中原始氧含量相對較低(圖1)，并且該操作是最經(jīng)濟(jì)的工藝措施。經(jīng)不斷實踐驗證，依據(jù)不同鋼種，結(jié)合操作水平確定了終點C控制標(biāo)準(zhǔn)：低碳鋼終點C0.08%～0.10%中碳鋼終點C0.10%～0.15%表1出入LF精煉工位鋼中氧含量[O]的對比/10-6Table1Comparisonofoxygencontentinsteel[O]be2tweenintoandoutofLFrefiningstation/10-6爐號入LF出LF22462216224838142249242322512416225220032高碳鋼終點C≥0.20%1.2LD出鋼時加強鋼水預(yù)脫氧LD出鋼預(yù)脫氧可有效脫掉鋼中溶解氧，降低LF初渣中FeO含量，同時形成有利于吸收夾雜物還原渣。依據(jù)終點C預(yù)報原始氧含量，測算脫氧劑的加入量。1.3控制出鋼下渣在下渣情況下造成鋼液氧化性過強，鋼水中合金氧化，合金收得率過低，造成酸溶鋁含量降低，入LF精煉工位時鋼水中氧含量過高，對LF進(jìn)一步降低氧含量增加負(fù)擔(dān)。對此制定相應(yīng)措施：(1)對擋渣球進(jìn)行改型設(shè)計，優(yōu)化不同階段的擋渣效果；(2)摸索出鋼下渣與出鋼口使用壽命之間的關(guān)系，確定最佳的更換周期。由圖2可知，LD出鋼時間低于100s，下渣量增幅變大。據(jù)此制定了新的操作規(guī)范，在正常裝入量下出鋼時間低于100s。最終使下渣控制率達(dá)到98%的較高水平。2LF工藝控制2.1控制精煉爐脫氧操作關(guān)鍵環(huán)節(jié)，降低鋼中氧含量鋼水在LD出鋼過程中經(jīng)過預(yù)脫氧，保證鋼液中酸溶鋁含量后，鋼液中溶解氧含量很低，因此在LF精煉過程中要降低鋼中氧含量，實際是去除鋼中夾雜物中的氧。LF精煉的相關(guān)操作是確保最終鋼水中氧含量低的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。2.2微調(diào)酸溶鋁，控制酸溶鋁范圍在一般情況下，當(dāng)鋼液中[Als]=0102%～0105%時，鋼水脫氧完全，隨著精煉過程的進(jìn)行，鋼中二次氧化夾雜物上浮。為了保證鋼水夾雜物含量低、同時也使鋼中溶解氧含量較低，根據(jù)不同鋼種質(zhì)量要求，在不增加成本壓力的情況下，喂入相應(yīng)數(shù)量鋁線，嚴(yán)格控制LF(Als)在01020%～01035%之間，從而充分降低鋼中氧含量。2.3造好精煉還原渣，確保白渣時間到達(dá)LF精煉工位時，鋼水氧化氣氛較強，通過加入SiC，進(jìn)行擴(kuò)散脫氧，盡快造成還原渣，喂鋁線終脫氧，降低鋼水中氧含量。從圖3中可以看出，要使鋼中氧含量控制在15×10-6以下，必須保證精煉渣中(FeO)≤015%，通過控制(FeO)，保持渣子堿度在410左右后，形成了有利于吸收Al2O3夾雜的還原白渣，同時保持穩(wěn)定的白渣20min以上，可有效降低鋼中氧含量，為連鑄機提供氧含量較低的優(yōu)質(zhì)鋼水。2.4喂入CaSi線進(jìn)行變性處理喂入鋁線后，鋼中串簇狀大型鋁酸鹽夾雜物含量增加，易造成鋼水在澆注過程中水口結(jié)瘤，當(dāng)鋼中Ca/Al比大于0114時可形成低溶點鋁鈣酸鹽，生成的CaO·2Al2O3占大多數(shù)，能夠顯著改善鋼水的流動性，在LF精煉操作中，根據(jù)鋼中酸溶鋁含量可分成三個區(qū)間：[Als]<01015%、01015%≤[Als]≤01025%和[Als]≤01030%，在不同酸溶鋁含量區(qū)間喂入不同數(shù)量的CaSi線，以便進(jìn)行夾雜物變性處理，生成低溶點鈣鋁酸鹽，既降低了鋼中氧含量，又保證了鋼水的流動性，減少了連鑄生產(chǎn)過程中因鋼水流動性差而帶來的燒眼增氧現(xiàn)象。2.5確保軟吹時間，讓夾雜物充分上浮為了讓夾雜物充分上浮，進(jìn)行適當(dāng)時間的軟吹氬是生產(chǎn)潔凈鋼主要措施之一，理論上軟吹時間控制在5～10min，氬氣流量控制在50～80L/min，即能夠有效促進(jìn)夾雜物上浮，在實際軟吹操作中，控制軟吹時間在7min以上，以便充分保證大顆粒夾雜物上浮，凈化鋼水。3CC工藝控制石鋼4機4流弧形連鑄機連鑄150mm×150mm方坯，T形中間包鋼水容量為24t。M2EMS電磁攪拌，二冷區(qū)分3段自動控制，氣水霧化冷卻。在降低鋼中氧含量方面，連鑄生產(chǎn)的關(guān)鍵是防止鋼水二次氧化生成新的氧化物夾雜及充分去除鋼中夾雜物。為此，在防止鋼水二次氧化及去除夾雜物方面主要采取了以下工藝措施。3.1實施全程保護(hù)澆注為防止?jié)蹭撨^程中鋼水二次氧化，在鋼包至中間包采用鋼包套管，中間包至結(jié)晶器采用浸入式長水口，且在鋼包套管上接氬氣管道，進(jìn)行氬氣密封。鋼包與鋼包套管連接處墊有密封圈，防止鋼水在澆注過程中與空氣接觸，造成鋼水二次氧化，形成新的氧化物夾雜。通過100余爐次使用密封圈的工藝試驗，鋼包鋼水至中間包鋼水氧含量增加量大大減少：鋼包與鋼包套管連接處沒有使用密封圈的爐次，[O]平均增加913×10-6，使用密封圈的爐次，[O]平均增加111×10-6(見表2)，鋼水潔凈度進(jìn)一步提高。3.2采用高效保溫吸渣劑，充分吸收中間包鋼水上浮夾雜物隨著生產(chǎn)節(jié)奏的加快，單中間包連拉爐數(shù)逐步增加，中間包內(nèi)渣層厚度相應(yīng)增加，為防止鋼水在中間包液面、拉速波動時造成卷渣，在中間包內(nèi)采用雙層渣系，頂層渣采用保溫劑，底層渣采用了中間包高效保溫吸渣劑，充分對中間包內(nèi)鋼水進(jìn)行保溫覆蓋，防止鋼水與空氣接觸；同時充分吸收上浮硅酸鹽、鋁酸鹽夾雜物，降低鋼水中夾雜物含量，進(jìn)一步凈化鋼水。生產(chǎn)實踐表明，通過采用保溫吸渣劑后，中間包渣中SiO2、Al2O3顯著增加(見表3)，吸渣劑吸收夾雜物效果明顯，鋼中夾雜物平均級別由2194級下降到218級，下降了0114級，鋼水純凈度得到提高。3.3實行連鑄操作三穩(wěn)定，減少卷渣在連鑄生產(chǎn)中，科學(xué)組織生產(chǎn)，在降低連鑄鋼水溫度的同時，應(yīng)穩(wěn)定溫度、穩(wěn)定拉速、穩(wěn)定中間包和結(jié)晶器鋼水液面，盡量做到恒速澆注，減少因液面、拉速波動而造成卷渣和夾雜行為，減少鑄坯中氧含量。4結(jié)語(1)通過綜合工藝優(yōu)化，減少了鋼中溶解氧和夾雜物中的氧，降低了鋼中的氧含量，提高了鋼水潔凈度。從2004年10月至2005年4月，轉(zhuǎn)爐連鑄坯中平均氧含量≤15×10-6，最高爐次氧含量穩(wěn)定控制在20×10-6以下。(2)石鋼煉鋼廠轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)通過采取一系列技術(shù)措施進(jìn)行綜合工藝優(yōu)化后，鋼水潔凈度大幅度提高，增強了產(chǎn)品市場競爭力，為開發(fā)潔凈度要求較高的齒輪鋼、軸承鋼等高附加值產(chǎn)品創(chuàng)造了前提條件。1前言近年來,我國通過引進(jìn)和自行設(shè)計的鋼包爐,投產(chǎn)使用的數(shù)量不斷增多,預(yù)計鋼包爐將在我國的爐外精煉設(shè)備中占有重要地位。但對LF?VD工藝模型的系統(tǒng)研究,尤其在計算機控制工藝軟件的開發(fā)和利用方面尚較少,本文將從過程的工藝模型入手,對LF?VD工藝進(jìn)行系統(tǒng)的研究。2EAFLF生產(chǎn)工藝本工藝優(yōu)化是針對大冶特殊鋼股份有限公司第四煉鋼廠的工藝流程建立的。其工藝流程如下:電弧爐出鋼→鋼包吹氬→測溫取樣→送電加熱→喂線→合金成分微調(diào)→停氬吊往VD→入VD吹氬真空處理→真空處理結(jié)束→鋼包吊至連鑄臺。3系統(tǒng)工藝優(yōu)化的目的和操作要點311系統(tǒng)工藝優(yōu)化的目的對LF—VD過程進(jìn)行系統(tǒng)工藝優(yōu)化,主要達(dá)到以下目的:(1)鋼水溫度滿足連鑄工藝要求;(2)處理時間滿足多爐連澆要求;(3)成分微調(diào)能保證產(chǎn)品具有所要求的性能及實現(xiàn)最低成本控制;(4)鋼水純潔度能滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求,純潔度主要包括總氧含量、夾雜物含量、硫、氮、氫含量。312系統(tǒng)工藝優(yōu)化的操作要點系統(tǒng)工藝優(yōu)化包括如下操作要點:(1)根據(jù)鋼液中酸溶鋁的要求,由氧含量預(yù)報模型及喂鋁線模型控制加鋁量及喂鋁線操作;(2)考慮埋弧加熱、脫硫、吸附夾雜物的造渣模型控制的造渣制度;(3)考慮防止吸氣、卷渣以及加快夾雜物去除的最佳攪拌模型控制的吹氬攪拌處理;(4)考慮溫度目標(biāo)控制的電弧加熱制度;(5)考慮最低成本的合金補加模型控制的鋼液成分微調(diào)。4LF?VD模型的簡介411鋼液的溫度預(yù)報(控制)模型考慮影響鋼液溫度的因素,根據(jù)熱平衡原理,實現(xiàn)溫度的準(zhǔn)確預(yù)報。(1)LF過程熱平衡研究體系的邊界:鋼包包體、爐蓋外殼、電極。模型中考慮的各因素有:①熱損失項:包體表面散熱,鋼包耐火材料的蓄熱,吹氬攪拌所用氬氣吸收的熱量,煙氣、煙塵帶走的熱量,爐蓋冷卻水帶走的熱量;②熱收入項有:電弧的供熱,渣鋼反應(yīng)熱及成渣熱;③合金加入引起的熱量變化。(2)LF至VD鋼包傳輸過程鋼包熱平衡研究體系的邊界:鋼包外殼、渣表面。模型中考慮的各因素有:①熱支出項:包體表面散熱,鋼包耐火材料的蓄熱,渣表面的輻射散熱、對流散熱;②熱收入項:無。(3)VD過程鋼包熱平衡研究體系的邊界:鋼包外殼、渣表面。模型中考慮的各因素有:①熱支出項:包體表面散熱,鋼包耐火材料的蓄熱,渣表面的輻射散熱、對流散熱,氬氣帶走的熱量;②熱收入項:渣鋼反應(yīng)熱及成渣熱。(4)VD至CC鋼包運輸過程的鋼包熱平衡VD至CC鋼包運輸過程的鋼包熱平衡同LF至VD鋼包運輸過程的鋼包熱平衡。412全氧的預(yù)報模型將脫氧模型分為出鋼至LF及LF—VD兩部分簡要介紹。41211出鋼至LF階段出鋼過程要往鋼包加脫氧劑脫氧,加石灰、螢石脫硫,加合金調(diào)整鋼液成分。這一階段是脫除溶解氧的過程。主要根據(jù)物料平衡、電荷平衡、以及由實驗確定的元素在渣、鋼間的分配比,運用凝聚電子相熔渣理論計算鋼中的溶解氧,預(yù)報鋼、渣成分。41212LF—VD階段這一過程考慮吹氬攪拌、喂鋁線、加合金、渣鋼反應(yīng)及鋼液的二次氧化對鋼中氧的去除和吸收的影響。從鋼水中氧的平衡出發(fā),得出鋼液中總氧的去除速度為:-dTOtdt=k1TOt-k2(1)等式右邊為總氧的去除速度,右邊第一項為總氧的去除速度項,即由于夾雜物上浮導(dǎo)致的總氧去除速度,等式右邊第二項k2為總氧的增加速度項。確定常數(shù)時以鋼液中酸溶鋁及渣中氧化物的變化為依據(jù)。此階段建立的模型可預(yù)報LF—VD過程鋼中全氧隨時間的平均變化量。413喂鋁線模型以鋼液中的溶解氧及溫度為參數(shù),實現(xiàn)加鋁工藝的控制為目的,開發(fā)喂線工藝模型。喂鋁線工藝包括喂速及喂入量兩方面。41311喂速的確定(1)鋁線在鋼液內(nèi)的熔化時間鋁線喂入鋼液后,迅速在鋁線周圍形成鋼殼。鋁線在鋼液內(nèi)的熔化可分為兩個過程,即鋁線在鋼殼內(nèi)的熔化和鋁線末端鋼殼的熔化[1],所以它的熔化時間也包括兩部分,即鋁線在鋼殼內(nèi)的熔化時間和鋁線末端鋼殼的熔化時間。根據(jù)傳熱方程分別計算鋁線在鋼殼內(nèi)的熔化時間及鋼殼的熔化時間。鋼殼的形成厚度取包覆線外鋼殼的厚度(012mm)。(2)最佳喂速的確定研究表明[2]:喂入線端部的最佳喂入深度在包底上方100～200mm?？汕蟪鑫顾贋?v=H-0115tt(2)1141312喂入量的確定鋼液喂鋁量根據(jù)下式確定:L=(Alaim-AlasΓGsteel×103+k)?W(3)414鋼液成分微調(diào)模型為確保成分微調(diào)的精確性,在計算各種合金料用量時,必須考慮加入的所有合金對鋼液量的影響,因為增加的那部分鋼液也同樣需要達(dá)到成分的要求。模型在判斷加入合金種類時堅持以下原則:(1)庫存現(xiàn)有合金;(2)合金加入后所有成分(包括硫、磷)合格;(3)加入合金后的成本最低。標(biāo)鋼成分以數(shù)據(jù)庫形式保存,隨時調(diào)用;合金種類及成分也以數(shù)據(jù)庫形式保存,以便通過修改數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)數(shù)據(jù),保證不同時期合金成分與計算所調(diào)取的合金成分一致。415脫硫模型假定脫硫反應(yīng)達(dá)平衡,在運用氧預(yù)報模型計算入LF鋼中溶解氧及渣成分的基礎(chǔ)上,確定硫在渣鋼間的分配比,并與硫在渣鋼間質(zhì)量守恒的關(guān)系式建立方程組,計算入LF時鋼中的硫含量。根據(jù)鋼材中目標(biāo)硫含量、鋼液中硫含量、鋼液中溶解氧量、鋼液溫度、渣成分及VD脫硫的能力,確定LF加入的脫硫劑量。416吹氬攪拌模型吹氬攪拌鋼液是LF?VD的重要功能。它可促進(jìn)渣、鋼的反應(yīng),加速鋼、渣間的物質(zhì)傳遞,有利于脫氧、脫硫、去除非金屬夾雜物,均勻鋼液成分及溫度。針對不同的操作目的,應(yīng)采用不同的攪拌強度。不同操作目的的功率選擇見表1及表2。表1LF過程吹氬攪拌功率選擇Table1TheselectionofstirringpowerduringLFW?t工藝過程目的攪拌功率選擇加熱升溫100合金之后,測溫取樣前的混勻150～200脫硫及鋼渣反應(yīng)150脫氧及去夾雜物,弱攪拌30～50表2VD過程吹氬攪拌功率選擇Table2TheselectionofstirringpowerduringVDW?t工藝過程目的攪拌功率選擇脫硫150去氣200去夾雜30～505LFVD過程的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)操作以提高鋼水質(zhì)量為宗旨,熱平衡模型計算鋼液溫度為基礎(chǔ),影響鋼液溫度變化的因素為連線,連接LF?VD生產(chǎn)中的上述所有模型,實現(xiàn)模型間的最佳配合,建立系統(tǒng)工藝優(yōu)化模型,從而達(dá)到對LF?VD生產(chǎn)的最優(yōu)控制。不同階段模型運行的結(jié)果通過數(shù)據(jù)庫與基礎(chǔ)自動化交換數(shù)據(jù)后,執(zhí)行相應(yīng)的操作?；A(chǔ)自動化操作結(jié)果也通過數(shù)據(jù)庫反饋到各相關(guān)模型(因為基礎(chǔ)自動化執(zhí)行結(jié)果與模型計算值不同,如執(zhí)行加料指令后,實際加入量與模型計算加入量是有差別的)。模型計算結(jié)果與基礎(chǔ)自動化的操作結(jié)果以及相應(yīng)的操作都自動保存到操作記錄中,以便查用。標(biāo)準(zhǔn)化操作制定完后,一般操作員無權(quán)修改。操作人員的工作只是輸入鋼包入爐的溫度及渣厚。在基礎(chǔ)自動化出現(xiàn)故障時,也可應(yīng)用模型對LF?VD生產(chǎn)進(jìn)行跟蹤計算。各操作時間的確定根據(jù)現(xiàn)場的生產(chǎn)節(jié)奏確定。6系統(tǒng)工藝優(yōu)化模型的生產(chǎn)應(yīng)用建立的系統(tǒng)工藝優(yōu)化模型在大冶特殊鋼股份有限公司第四煉鋼廠進(jìn)行了生產(chǎn)應(yīng)用,取得了顯著效果。如對鋼液溫度的控制,根據(jù)42爐生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計表明,出VD時的溫度平均偏差為±4187℃;鋼液中主要成分控制偏差:C±0103%,Si±0101%,Mn±0101%,Cr±0102%,保證磷不出格,避免了過去人為因素造成的成分大的波動;鋼液純潔度:對軸承鋼氧可達(dá)10×10-6以下,出VD時的氮可達(dá)40×10-6。

附錄資料：不需要的可以自行刪除Xxxxx煤礦Xxxx使用氣割安全技術(shù)措施一、施工概述根據(jù)工作安排，于2010年4月3日對xxxx維修，施工過程中需用氣割作業(yè)。為確保施工安全，特制定本專項安全技術(shù)措施。二、作業(yè)環(huán)境及施工時間1、作業(yè)地點位于我礦副井處，全負(fù)壓通風(fēng)，符合煤礦安全規(guī)程氣割作業(yè)環(huán)境的要求。2、施工時間：xxxxxxxx。三、施工組織施工人員3人，其中現(xiàn)場負(fù)責(zé)人：xxx現(xiàn)場監(jiān)護(hù)工：xxx氣割操作工：xxx火種攜帶工：xxx灑水滅火工：xxx四、施工前準(zhǔn)備（一）地面施工準(zhǔn)備1、檢查氣瓶。必須認(rèn)真檢查，檢查氧氣瓶、乙炔瓶閥門關(guān)閉嚴(yán)密無泄漏，氧氣、乙炔足量，壓力負(fù)荷達(dá)到要求，并認(rèn)真清點好領(lǐng)取數(shù)量。2、檢查氣割器具。必須對氣管、減壓閥、氣壓表、回火防止器、割炬等認(rèn)真檢查，確保氣割器具完好，氣管及連接部位不漏氣。3、氣割器具裝車。將氧氣、乙炔及氣割器具裝入礦車，作好入井準(zhǔn)備。氧氣瓶、乙炔瓶不能裝在同一礦車內(nèi)，且不得與其它可燃材料、大型金屬物件以及大塊矸石等混裝；氣管及其它器具不得裝車運輸，必須專人攜帶以防擠壞。4、入井要求。地面準(zhǔn)備工作負(fù)責(zé)人持審批完成的氣割措施，在井口向把鉤人員登記氧氣、乙炔數(shù)量及施工地點后，方能將氣瓶和施工材料裝入礦車推到井口位置，準(zhǔn)備下井。5、地面準(zhǔn)備工作由xxxx完成，由地面負(fù)責(zé)人具體負(fù)責(zé)檢查確認(rèn)。（二）井下運輸1、氣瓶二次檢查。將