真空脱气过程中降低耐火材料侵蚀和改善钢水脱硫的途径控制萤石加入量

真空脱气过程中降低耐火材料侵蚀和改善钢水脱硫的途径真空脱气过程中降低耐火材料侵蚀和改善钢水脱硫的途径 控制萤石加入量控制萤石加入量 第 卷第 期 资 真空脱气过程中降低耐火材 侵蚀和改善钢水脱硫的途径 一控制萤石加入 等 德国造 根冶金公司 近 来 随着各种钢包冶金工艺的发 展 对耐火材 内衬的要求也越来越苛 刻 二次冶金过程是以在钢水 熔渣和气相 之间所进 的剧烈的界面反应为基础的 对超低硫钢的要求又需要使用反应能 强 的碱性渣 虽然这类渣的脱硫能 强 但 却常常使渣线区的优质衬砖过早地受到蚀 损 通常 各种炉外精炼过程是在渣线区 砌筑镁砖的白云石内衬钢包中进 的 由 于在真空条件下底部搅拌的结果 钢水的 循环非常强烈 钢水与熔渣之间的反应异 常剧烈 故对于各种真空脱气工艺来讲 其钢包的蚀损程度最为 严重 尤其是渣线区 本文介绍了通过 降低石灰碱性渣中的 配比来实现高 脱硫效率与低耐火材 消耗的操作方法 给出了在对 钢包中渣和耐火材 的使 用特性进 评价基础上所获得的结果 以 及用钢厂渣在 感应炉中所进 的耐火 材 侵蚀试验的结果 二班冶金工艺 迪 根冶金公司真空脱气的钢包容 为 除了下面所考查的操作条件之 外 也采用 同的钢包处 方法来确定钢 包包衬的蚀损程度 这包括 的真空脱 气 见图 的惰性气体搅 拌 在大气压 下用喷枪供气 和 的通 过底部搅拌均匀钢水化学成分和温度 图 钢包脱气装置 钢铁钒钍 此处所考查的真空脱气工艺流程如 下 一在顶底复吹转炉中炼钢 一在转炉出钢时进 脱氧 合金化和 添加石灰 一在钢包脱气站同时进 脱气 调 温 成分微调 脱氧以及深度脱硫 通过 在真空处 时对渣粘度的判断控制萤石加 入 能实现对脱硫渣的最佳控制 从而 确保顶渣具有良好的反应能 和台适的粘 度 一钢包脱气之后进 搅拌 以获得化 学成分均匀的纯净钢水 一 的钢采用连铸 的钢浇铸 成大钢锭 该工艺流程保证了在各个工序的处 过程中钢包内均无有侵蚀性的渣 从而有 利于在钢包脱气时通过控制萤石加入 减 少钢包蚀损和形成符合要求的石灰渣 以 获得良好的精炼效果 钢包内衬 钢包内衬如图 所示 除了渣线区是 用烧成镁砖砌筑外 底部和内壁均用烧成 白云石砖砌筑 永久层共砌有两层耐火 砖 一层是粘土砖 渣线区为烧成镁砖 另一层是绝热性好的耐火砖 钢包上安装 有三块多孔透气砖 用于底部搅拌 另外 还装有一个滑动水口 图 中电示出了最 终的蚀损轮廓线 由于操作条件的限制 钢包的使用寿命完全取决于渣线区镁砖的 蚀损程度 脱硫 脱硫反应按照下面公式进 在使甩碱性顶渣的钢包脱气过程中 钢水一渣一耐火材 体系中的所有能被 还 原构金属氧化物 都将被脱氧 从而使 圉 钢包内衬 钢包中渣的戚分从图 中的 区沿着箭头所 指的方向移动 在 区的初渣成分随 和 而变化 在 区 区或 区 含 均有 同程度的提高 由于 区中的游具有较大的硫化物容 且 的 完全溶解 故其脱硫条件最 好 区中为含 的 饱和 渣 其硫化物容 小 并在处 过程的早期 阶段吸收钢包内衬的所缺少的饱和组 元 和 随着 用 的增加或 还原氧化物的减少 则变成含 的粘稠的过饱和渣 区 这种渣可 有助于在耐火材 内衬上形成所希望的 涂层 但也常常降低脱硫能 通过在真 空处 过程中控制萤石加入 能够迅速 改善这些 利的动 学条件 本文主要讨论形成 区渣的操作方 法 实验宣研兜 实验室研究的目的是为了确定在加与 第 卷第 期 曲 一 图 真空脱气时造成分的变化 加萤石时利用 区到 区的渣来减少碱 性南爽砖蚀损的条件 步骤 如弼 掰示 侵蚀试验在一座 感 应 中进 用惰性气体保护 表 和 图 给出了所用的钢厂渣的化学成分 表 示出了砌筑在感应炉中柞为耐火材 内衬 的试 验砖 舶 他性能 妒 为 低台金 锕 上部盖有 眶渣 试验温度为 为可获得靖嘶的蚀损结果 在长 迭埔 舶试验过程中 每诵 除去一 次楂 豫渣后嬲樽周 的新渣代替之 图 有 个侵蚀面的 感应炉 未加宣石时 渣的化学成分 寰 壬 魄 曲 缸 奄 暑 蛆 一 丽 男 试硅砖妁疆让懂麓 囊 性 能 自云石乌曩 氧化镁毒 变赞体积密虚 显气孔率 男 常温褫擎 柚 残碳 男 艟烧后化学 成分 男 扪 龃 目 霉 鹋 帕 铜疑镪毓 砖的成分 除了纯氧化镁或氧化镁一石墨炉衬外 还采用了由白云石 自云石 石墨 氧化 镁和氧化镁一石墨组成的混台型炉 衬 混 合型炉材经受了五种渣侵蚀的试验 试验 证明 型初渣的侵蚀性最批并且在 的温度条件下 白 云石砖的蚀损速 度为镁砖的五倍 图 侵蚀曲线之间 的差异 常清楚地表明 随着萤石加入 的增加 与镁砖相比 自云石砖所受到的 侵蚀要大得多 在白云石砖中器加石墨对 减缓耐火材 侵蚀的教果出镁砖中添加石 墨时 为明显 该研究结果搪蔗地表明 如果在出钢后立即往钢包的初始疆渣中加 入 相适应的萤石 则会对钢包包材产生 很强盼侵蚀作用 曼 耳 嚣 目 羁 蟊 图 萤石加八 对碱性耐火材 蚀损速 度的髟响 为使该结果与实际生产条件相符 实 验塞研究相继使用了纯氧化镁和氧化镁一 石墨树砖 为了获得有用的侵蚀数据 这 些试验一共使用了 种 同成分的渣 钢水温度 图 示出 使用 型渣 加有 等 兽 葺 趔 制 孵 茸 图 温度对镁砖蚀损速度的影响 融温度与蚀损速度的对应关系 从图中结果可见 在使垌镁砖与使用 镁碳 砖之问并未表现出差异 当温度从 升高到 时 蚀损速度增大了约 和 含 和 含 对蚀损速度的影响 如图 所示 在无 的条件下将 含 从 提高到 蚀掼速度降低丁 七分之六 有关技术文献也报道 饱和 的渣有类似的降低蚀损的作厨 型渣对衬砖的侵蚀作用非常小 这种 饱和且无 的渣有助于形成保护村砖 的涂层 高粘度表唠渣中含有较多且未溶 裤的石灰 通过加入 的萤石可以明显 改善这种渣的流动性 这就显著地增大了 其侵蚀速度 但仍然低于轻微饱和且未加 萤石的 型渣的侵蚀速度 同时还低于未 饱和的 型涛的侵蚀速度 如图 所示 对 于各种类型的渣来讲 加入萤石都会显著 地增大其侵蚀速度 在侵蚀性授强的 型 渣中添加 的场合 侵蚀作用尤 为突出 这就表明 如果 控制萤石厨 第 卷第 期 昌 越 倒 孵 当 图 和 对镁砖蚀损速度的影 响 这将缩小熔化作用范围 降低侵蚀性渣 的粘度 必将导致耐火材 的过度蚀损 图 中的结果也表明 无论是使用 镁砖还是镁碳砖 其蚀损速度均无明显差 异 这已被实际生产所获得韵结果所验证 萤石对石灰的助熔作用 由于在渣中添加萤石增加了碱性耐火 材 组元的溶损和众所周知的改善了脱硫 反应 故对这些渣在液态时的成分进 了 验证 所考查的渣含有 和 如果 加 则渣中会有大 的 游离 通过急冷使其快逮凝固 图 示出了在显微镜下所观察到的渣 样 该渣样从 钢水温度下取出 借 助于一个水冷铜探头使其迅速过冷 它展 现了在区域 中的 的树枝状结构 在 靠近中部 即水冷铜探头附近 由于凝 固逮度降低 故存在有较大的晶体 在渣 样中部的区域 主要是 球状晶体 这 是常见的缓冷 渣 从图 中的扫描电 子图像可 观察到这些晶体的组成 根据 该研究结果可以作出结论 所有可见晶体 析出物都是再生的 即在渣祥凝固过程中 图 从 液态执速冷却的终渣 男 舞加 形成的 生产结果 以下为在上述工厂的实际生产中所获 得的结果 脱硫 图 示出了脱硫效率与真空脱气处 终渣中 含 之间的关系 通过加入足 的 和保持合适的渣粘度可保证脱硫 效果 从图示结果可知 在 含 大约 为 时脱硫效率最高 在较高 含 且 含 的条件下 脱硫效率迅速降 低到 合格的水平 然而 通过控制萤石 加入 可 确保 以上的脱硫效率 此外 在加入极少 萤石的情况下 脱硫 效率的波动减小了二分之一 涉及到作为 惰性渣液化剂的萤石用 的这种操作方 法 避免了干扰 还原金属氧化物与锢水 中 之间的氧化还原反应 渣粘度的观测 结果为萤石需要 提供了足够的信息 钢包侵蚀 实验室研究结果已经证明 缚渣中的 钢铁钒钍 器 鹤 分宿 图 图 中区域 的扫描电子图像 一 霍 冀 鞑 差 一 图 脱硫效率与终渣 及 含 的关系 含 对炉衬的蚀损速度有着举足轻 重的作用 图 图 示出了一个包役 期的钢包寿命与终渣 古 平均值 图 渣 感应炉炉 衬蚀损速度的关系 之间的 系 必须强调的是 终渣 含 的微小增高将大太地靖短钢包的使用 第坞卷第 斯 寿命 根据钢包所允许的 蚀掼总 与 真空处 终渣所吸收的 平均值之间 的关系 可以预测钢包的寿命 使用下面 公式 这有 于钢包惶用计划的安排 计 算出了图 中的钢包使用寿命曲线 笋 结果 一 转炉菹中越 譬 钢包使靖寿谛 包投 图 每个包役时钢包寿命与终渣 平均值的关系 公式中 一钢包寿钟 算值 一蚀损 口一交货时砖的 禽 一交 货时的体积密度 一钢 包平均漕 一每个包役锌 包渣盼聊 平 均售 一转炉带渣 的平均值 一 一 每个包役中转炉渣的 平均含 与计算结果相比 实际生产中的钢包 寿命 长 这是由于 的钢永未经过真 空处 所致 温度 和 含 下面采用真空处 终渣中的 含 作为钢包侵蚀的指示剂 对钢本温度和 渣中 含 的影响进 考查 同时也考 虑了萤石加入 的影响作用 这取决于脱 气过程中所观察到的渣 流动性 图 示出了真空娃 终渣的 含 与出钢后第一十钢水温度测定值之间的 关系 在高于图 中的极限温度曲线情况 下 耐火材 的蚀损显著增加 这种强烈 的商溢侵蚀璁象清楚地反映 知 含 口 鳍 靖 蜡 撮 鼠温度 丑 释 一 丁 专 一 上 钢措铜包温度 图 真空处 终渣中 含 与钢 求温度莉 含 的关系 低的溢具有较大的溶解吸收 的能 该现象可能归因于提高渣的过热度 超过渣的液相线温度 将导致增大渣的 流动性 特别是 含 低的渣尤为如 此 在低于极限 温度曲 线的终渣中 含 维持 变 代表了钢包使用过程中的 一般侵蚀水平 爵 示斟了 一般侵蚀 平均 值与渣中 亩 的关系 它表明随着 含 的 降低 渣对碱性包衬时侵蚀 增加 这些实际生产结果在很大程度上与 实验室研究结果根吻合 图 哥 出了真空处 终渣的 含 与 艇噙 的关系 图中数据还考虑了 在真空处 时根据馇精度所加入的萤石 的影响 显而 见 随着真空处 终渣中 古謦盼降低 碱性融火材 曲蚀损 增大 在超过极限范围舶较高 台 的 情况下 渣中的 平均含 与萤石加 入 无关 均为相当低婚 从图中直 铜硅鼠敏 西 趟 岛 图 由渣中 含 代表的钢包衬 一般 殴鍪 侵蚀 平均值与终遣中 含 的关系 机 茬 整 一 援 限矗蛋 矗如 一 聂 口 二 含 周 与真空处 终滚中 含 与 含 的关系 线鼬延伸趋势可知 控制 过饱和渣 中妁萤石用 会导致耐火材 舶额外蚀 损 这些渣牛的 平均含 都根低 另 一方面 低 含 的稀渣具有很强的侵 蚀性 即使 加萤石也是如此 在这点上 实际生产结果与实验室研究结果也颇为一 致 在 含 为 的渣中加入 的 其侵蚀速度与含 且 含 的渣的侵蚀速度大致相同 图 列线图 归纳了图 的结 果 从综合提高脱硫效率和降低 蚀损 来考虑 在真空处 时必须避免可能导致 终渣中 含 降低的做法 尤其在较高 温度下 必须尽 设法提高渣中的 含 这种控制石灰加入 的方法使真空 处 渣列镁砖的侵蚀仅产生微小的影响 在锕包脱气过程中 可以根据脱硫要求提 高渣中的 含 和控制萤石加入 超 过 这就保证了 以上的高脱硫效 率 结论 通过钢包脱气的示例阐述了优化二次 冶金工艺与延长碱性钢包使用寿命的可能 性 在 感应炉的实验室研究条件下 通过显微镜观察验证 探讨了所选择的钢 厂渣对镁砖侵蚀的影响 实验室试验结果 可归纳如下 一提高渣中 含 显著地降低了衬 砖的蚀损 含 从 升高到 使 蚀损速度降低了七分之六 一如果萤石加入 变 镁砖蚀损速 度的增大在所有试验渣中都相近 含 且无 的稍过饱和渣的侵蚀作用 与含 的过饱和渣的 侵蚀作用相等 这表明了控制萤石用 的 可能性 一在使用含 的渣的情况下 当钢水温度从 升高到 时 侵 蚀速度增大 其影响作用与加入 对亦相同 一在蚀损程度上 沥青结合的镁砖和 镁碳砖几乎无差异 一从含 并加有 的 过饱和渣急冷后的凝固结构可知 由于在 温度下加入了萤石 所以石灰已完 垒瓣解 在实际生产中 钢包渣是由出铟过程 中所加的石灰 无萤石 而形成的 石灰 加入 尤其要满足在 以上的钢包温 度下真空处 终渣中的 含 大于 的要求 在真空处 过程中 通过控制萤 卷第 期 真 娃 终茁中的 平均睨