钢包精炼炉的试验

1、钢包精炼炉的试验摘 要90t LF/VD（EMS）钢包精炼炉的试验表明：“钢渣混卷”能 显著提高n，但使n 0急剧下降,甚至出现负值。因此在对钢液进行脱硫 时，应使iL ；而对钢液进行净化搅拌时，应使ivi、，。搅拌过程中 使钢液裸露,不卷仅提高其收得率，也利于快速真空脱气。但在非真空状态 下，钢液的氮含量与“开眼”面积大小负相关。电磁搅拌在排除钢液非金 属夹杂物方面，有其他搅拌根本无法替代的独特功能，可加快夹杂物的上 浮速度；电磁场能对导电流体（钢液）中的不导电物质（非金属夹杂物）产 生挤压力而使其分离，这一功能对生产洁净钢有着十分重要的意义。关键词钢包电磁搅拌洁净钢生产工艺理论PROBLE

2、MS ABOUT PROCESS THEORY IN PRODUCTION OFCLEAN STEEL BY ELECTROMAGNETIC STIRRING IN LADLEGao Haichao Zhu Luncai(Maanshan Iron & Steel Co.Ltd.)Yan Genfa(Maanshan Jing ying Science & Technology Co.Ltd.)Synopsis Testing results in the LF/VD(EMD)ladle furnace show that value n falls down drastically,even

3、 to a negative value although n rises prominently by way of Liquid steel-steel-slag-blending”.Therefore in the period of desulphurizing the liquid steel II coil should be mainfained ,but in stirring the liquid steel IVI coil be maintained.Exposure of the liquid steel in the process of stirring can n

4、ot only raise the metal yield,but also accelerate vacuum degassing.However in non-vacuum state N content is in inverse proportion to the openingarea.In elimination of non-metal inclusions the electromagnetic stirring has a unique function which can never be replaced by any other stirring method.It c

5、an accelerate the rising speed of the inclusions.The electromagnetic field can bring about a pressure to the non-conductive substance (non-metal inclusion)and cause their segregation.This function is of very important significance to the production of clean steel.Keywords electromagnetic stirring in

6、 ladle production of clean steel process theory1前言炉外精炼是生产洁净钢的关键工序之一，而搅拌又是炉外精炼不可缺少的关键环节。我们在90 t LF-VD(EMS)精炼炉工业性试验的基础上, 探讨了钢包电磁搅拌生产洁净钢的几个工艺理论问题。2电磁搅拌工业性试验条件工业性试验在马钢股份有限公司第一炼钢厂90 t LF-VD(EMS)装置 上进行，设备主要技术参数见表1。表1 90 t LF-VD(EMS)主要技术参数钢包电搅器LF/VD公称容量90 t高 度 2 720 mm变压器容量 1 400 kVA+30 %熔池直径2 752 mm形 状V型板

7、式电极直径357 mm熔池深度 2 183 mm夹 角90极心园直径 650 mm净空高度 900 mm工作电压 390 V加热速率 4.0 C/min钢包内衬高铝砖工作频率 0.35.0 Hz真空度 i 以后，一方面钢液夹杂物仍在排血另一方面浮渣卷入钢液，钢液中夹杂临 物含量变化见下式，即 M=M -M =K f(l)-K入f(l-1卷、临)随I不断增加,又出现两种不同情况，其一是通过电磁搅拌,夹杂物 排出量大于浮渣卷入的量，在此情况下(从图1看是700800 A的情况)， 与电搅前相比，电搅后的T仍然有所下降。其二是浮渣卷入的量超过了 钢液夹杂物排出的量，在此P情况下 MV0,电搅后的T反

8、而增加,n 出 现负值(从图1看是IN900 A情况)。因此从理论上推导精炼钢包电磁搅 拌发生卷渣的临界电流强度值(I)，对生产应用有很重要的指导意义。根据资料】1,精炼钢包的钢渣界面发生卷渣的临界速度是：(5)式中。m-s钢渣界面张力p ：钢液密度g重力加速度p钢渣密度max在马钢一钢厂精炼渣系与温度下,。m-s约为0.5 N/m，求得p、，临 =0.399 m/s。设钢包中p m =p卷临，则卷渣临界电磁搅拌功可以用、下式式中p 钢液流股速度r钢包半径当 p =6 900 kg/m3, p =0.399 m/s,r=1.367 m 时，求得 W 广408 N*m。 当电磁搅拌的工作频率为3

9、 Hz,电磁搅拌器边缘与钢包中心卷夹角为90 时，可求得比搅拌功率=50.5 w/t。根据马钢一钢厂90 t LF-VD精炼炉的设备条件，按ShiWiku公式计算了搅拌电流与比搅拌功的关系, 并相应简化成如下关系式：(7) =2.182X10-3I1.56根据式(7),可最终推导出I,临二628A。因此在精炼炉内对钢液进行 脱硫时，应使电搅II、，；但在对钢液进行净化搅拌时，应使电搅IVI 、,在不发生卷渣的情况下,n 与I正相关,I越大越好。卷、临Lt4.2电磁搅拌强度与“开眼”的问题所谓“开眼”就是钢液面上的渣层被推开，使钢水裸露。精炼过程 的“开眼”问题分为两个方面，一方面在非真空状态下

10、，除特殊要求外， 不要“开眼”，以减少合金元素的烧损和钢液的吸气量;另一方面在精炼 过程中添加合金微调成分和真空脱气时必须“开眼”，对前者而言，可以 提高合金的收得率，对后者而言，可以提高脱气效率。脱气速度可以用下 式表示从式(8)可见,提高搅拌强度，增加“开眼”面积，同时也增大了传质 系数，这都使脱氢速度加快。4.3电磁搅拌与夹杂物排出的问题在不卷渣的前提下，比搅拌功率越大，越有利夹杂物的排出，所以钢 中的全氧(T)含量越低。电磁搅拌与吹氩搅拌不发生卷渣的临界比搅拌 功率是不一样的。以马钢90 t钢包而言，电磁搅拌的临界比搅拌功率为 50.5 w/t。吹氩搅拌的临界比搅拌功率为50.5 w/

11、t。当钢液流动临界速 度为0.399 m/s时,临界吹氩量为186 l/min,代入(9)式，求得吹氩搅拌 的临界比搅拌功率为42.7 w/t。0盅50 ,厂T 公) ”-1-式中 M钢液重量hL吹氩深度一般用“半衰期” T 作为夹杂物排除速度的准数，半衰期越小，夹 杂物排除速度越快4。1/2(10)综上所述，在不发生卷渣的前提下，电磁搅拌在精炼钢水净化搅拌 时，可采用高于吹氩约18 %的比搅拌功率，来促进夹杂物的上浮排出，其 夹杂物排除的“半衰期”时间比吹氩搅拌减少15 %。由于处于电磁场中的通电物体体积元V存在一种电磁重力(EMW),当 该体积元处于平衡时，则必有一个力与之抗衡，这个力就是

12、电磁挤压力 (EMB)。在均一流体中，显然EMW=EMB。但当该体积元V被一与周围流体 电导率不一致的物质所取代，则EMW2EMB，平衡被打破，该体积元受到不 平衡力的作用。根据资料】5,推导其合力为：(11)式中 M 导磁率H磁场强度j2钢液电流密度V-物体体积元。夹杂物电导率a钢液电导率为了比较电磁挤压速度与重力迁移速度的大小，以Al-Al O体系为 例，在相同的工艺参数条件下算出Al O夹杂在电磁挤压力作用下,迁移 速度是重力作用下下沉速度的11倍,2这无疑表明在电磁场中，夹杂物有 很大的排出速度。不仅如此,更值得强调的是这种电磁合力的产生主要是 由于非金属夹杂与金属液的导电率差异所致，

13、而与非金属夹杂颗粒大小 无关，这就为那些颗粒很小（20 p m）,很难靠重力差分离的夹杂物，提 供了快速排除的新动力。大量的研究证实：电磁搅拌能得到夹杂物较低和洁净度较高的钢质， 见图4 6。图4不同搅拌方式对钢中To的影响4.4电磁搅拌方向与搅拌时间的问题电磁搅拌方向分上搅和下搅，流动的钢液在电磁搅拌器的作用下，不 断被加速，所以上搅时，钢液最大流速的流股在熔池表面，下搅时则在熔 池底部。为此我们认为；除了熔化包底冷钢，在加热时酌情采用上、下交 替搅拌，以利包底冷钢快速熔化和熔池的快速升温外，一般都应采用上 搅。因为下搅时，最大流速流股与包底接触，在包底上流股动能损失与流 股流速平方成正比，

14、另一方面动摩擦力还与流股所受正压力成正比，因此 下搅动能损失较大,搅拌混匀的效果较差，见图5e,另外下搅还降低包底 耐火材料的使用寿命。3上投拌正.:雪下M样大沧6上上沌嗨B7 m,上安治理165 e0 H!_ F01002(30200-100500比惊!；上”*,图5不同搅拌方式对混匀时间的影响搅拌时间取决于熔池均匀化与夹杂物充分排除的需要。混匀时间与 电磁搅拌电流强度的关系可以根据本文公式(7)与中西恭二给出的混匀 时间与比搅拌能关系式推出：T =9 280I-0.624(12)根据式(12)，在净化搅拌时，因为要求电搅电流IV628 A,所以搅拌 时间应3 min,过长的搅拌时间对夹杂物

15、的排除效果不大(见图2),搅拌 时间应不大于12 min。5结论电磁搅拌在降低钢中非金属夹杂物,尤其是20 p m的非金属夹 杂物方面与吹氩搅拌相比有显著的优越性。这不仅是电搅的临界比搅拌 功率是气搅的1.2倍,夹杂物的“半衰期”时间比气搅减少15 %,更重要 的是电磁搅拌对钢液还有“电磁净化”作用，使非金属夹杂物不论颗粒 大小,都能以较快的速度从钢液中排出。电磁搅拌产生“卷渣”的临界电流I =628 A。由于电搅的电流 可以精确控制，可以根据不同精炼工艺的要求,1防止“卷渣”发生或制造“卷渣”现象。比如在净化搅拌时，控制IVI ,防止卷渣发生;为了钢 液深度脱硫，控制II,制造“卷渣”现象。

16、临电磁搅拌(在通常渣层厚度h=110 mm的情况下)使钢液面“开眼”裸露的临界电流强度I=800 exp(-4.6X1O-4Q)。同样可以根据不同精炼工艺的要求进行控制开比如为防止钢液中铝等合金元素氧化和钢 液吸氧，控制IVI 但为了提高微调合金的收得率和真空脱气效率， 则应使II开临。在底吹氩50 l/min的情况下，“开眼”面积与电流强 度的关系是 F=3.182X 10-27【8.645.电磁搅拌的方向可以根据精炼工艺的需要而改变，采用下搅时具 有处理包底冷钢透气砖堵塞等事故的能力，在加热时可采用上、下交替方 式。但一般情况下应采用上搅，因为上搅能量损失小,搅拌效果比下搅好, 有利于提高钢包使用寿命。(5 )电磁搅拌能量分布均匀，