連鑄小方坯試制ml15al工藝研究

1、第十四屆全國煉鋼學(xué)術(shù)會(huì)議文集269CAS–OB噴粉精煉工藝開發(fā)趙成林鄒宗樹(東北大學(xué)材料與冶金學(xué)院，沈陽110004)摘要：CAS–OB噴粉精煉工藝是CAS–OB工藝結(jié)合浸入式噴粉工藝，在原有鋼水升溫、脫氧、合金化、吹氣去除夾雜物等精煉功能的基礎(chǔ)上，增加鋼水脫硫和夾雜物變性處理功能。此項(xiàng)技術(shù)實(shí)施的關(guān)鍵在于選擇合適的噴吹粉劑和創(chuàng)造最佳的精煉動(dòng)力學(xué)條件。本文通過總結(jié)前人的研究成果，推薦噴吹A(chǔ)l–CaO–CaSi或Al和12CaO7Al2O3

2、型合成渣粉作為精煉粉劑，并選擇CaO–Al2O3–Al作為爐渣改質(zhì)劑，同時(shí)應(yīng)最大限度地增加粉劑進(jìn)入鋼水的比例、延長粉劑在鋼水中的停留時(shí)間并縮短熔池的均混時(shí)間。為了防止鋼液吸氮、二次氧化以及溫降過大，建議在CAS鋼包頂部加密封蓋。關(guān)鍵詞：CAS–OB噴粉脫硫夾雜物變性處理熱力學(xué)動(dòng)力學(xué)TechnicalEmpolderfPowderInjectioninCAS–OBRefiningofSteelsZhaoChenglinZouZongshu

3、(SchoolofMaterialsMetallurgyNtheasternUniversityShengyang110004China)Abstract：PowderinjectioninCAS–OBprocesswasCASOBtechnologycombinedwithsubmergedpowderinjectionadditionalfunctionsofdesulphurizationofmoltensteelrefmingo

4、finclusionscanberealizedinadditiontothefunctionsofheatingdeoxidizationalloyingremovinginclusionsbyargonbubbling.Thekeyofthistechnologyistochooseasuitablerefinedpowdertocreatethebestconditionsfrefineddynamics.Al–CaO–CaSiA

5、l12CaO7Al2O3syntheticslagpowderwasrecommendedasrefinedpowderCaOAl2O3Alpowderftheprimaryslagmodificationsimultaneityshouldmaximizetheproptionofpowderintothemoltensteelextendetheresidencetimeofparticleinthemoltensteelshten

6、themixingtimeofmoltenbath.TopreventsteelliquidnitrogenadsptionreoxidationthetemperaturestoomuchadditionairproofcoverintheCASladletopwasproposed.Keywds：CAS–OBpowderinjectiondesulphurizationinclusionmodificationthermodynam

7、icskiic1前言CAS–OB(CompositionAdjustmentbySealedArgonBubbling–OxygenBubbling)精煉工藝的基本原理是在鋼包底吹氬氣攪拌鋼液的條件下，在浸罩內(nèi)部鋼水表面少渣或無渣以及低氧化性的氬氣氛下，完成鋼液的脫氧、合金化以及升溫等操作。由于具備了加熱功能，使得許多任務(wù)可以在CAS站完成，CAS–OB工藝也隨之向多功能化方向發(fā)展。在國外，部分鋼廠在原有的CAS站增設(shè)了噴粉精煉裝置，根

8、據(jù)不同的處理要求，采用不同的處理手段和噴吹粉劑，實(shí)現(xiàn)鋼水升溫、脫氧、脫硫、合金化以及夾雜物變性處理等精煉功能，大大降低了煉鋼的成本[12]。而在國內(nèi)，這方面的研究還幾乎空白。本工作以此為著眼點(diǎn)，開發(fā)CAS–OB噴粉精煉工藝，以期最大限度地發(fā)揮現(xiàn)有CAS–OB的精煉作用。2CAS–OB噴粉精煉工藝2.1工藝提出的背景CAS的核心是浸漬罩內(nèi)無渣氬氣氛下的鋼水合金化成分調(diào)整。這一方面最大限度地提高了合金收得率，另一方面充分的吹氬攪拌也可大大改

9、善鋼水的潔凈度。但目前鋼包帶渣不可避免，盡管合金化是在浸漬罩內(nèi)無渣條件下進(jìn)行的，但罩外的頂渣始終在與鋼水接觸，這種接觸必然通過渣金反應(yīng)影響合金的收得率。同時(shí)，脫硫無疑也是鋼水爐外精煉的重要任務(wù)之一，而目前CAS無脫硫功能，僅僅依靠鋼水與第十四屆全國煉鋼學(xué)術(shù)會(huì)議文集271證明，CaSi以及CaO–Al2O3系合成渣具有良好的脫硫性能，可以滿足現(xiàn)場(chǎng)對(duì)鋼水硫含量的要求[57]。a)Al–CaO–CaSi噴吹CaO脫硫效果一般，只適合處理對(duì)硫含

10、量要求不高的鋼種[5]。CaSi噴入熔池后會(huì)產(chǎn)生鈣蒸汽，鈣蒸氣與硫具有很強(qiáng)的親和能力，在1600℃下，kS=1.37107。(1)(S)(g)CaS[S]Ca??77.85.29757lg0.168569767ΔGθ?????TkTS同時(shí)鈣蒸汽對(duì)Al2O3夾雜也有良好的變性能力，因此單獨(dú)噴吹CaSi粉就能對(duì)鋼水進(jìn)行有效的精煉。但噴吹CaSi容易使鋼水增硅，不適合處理對(duì)硅含量有嚴(yán)格要求的鋼種，同時(shí)也增加了精煉的成本，因此應(yīng)盡量減少CaSi

11、的用量。為了達(dá)到有效精煉同時(shí)少用CaSi粉的目的，可以考慮在噴吹的第一階段[%S]較高時(shí)噴吹CaO粉，既可以脫除一部分硫，同時(shí)可以使熔池中的一部分Al2O3夾雜被變性成CaO–Al2O3夾雜，Al2O3的活度大大降低從而促使[Al]脫氧反應(yīng)繼續(xù)發(fā)生，達(dá)到進(jìn)一步深脫氧的目的；繼而在第二階段噴吹CaSi粉，由于第一階段已經(jīng)脫除了一部分硫和氧，因此第二階段所需的CaSi粉量相應(yīng)減少，而且可以更有效地用于脫硫和控制夾雜物形態(tài)[4]。(b)Al和

12、CaO–Al2O3系合成渣合成渣精煉鋼水技術(shù)最早開始于上世紀(jì)30年代，主要作用是脫硫和去除夾雜，至今仍被廣泛應(yīng)用于爐外精煉工藝。對(duì)于CAS–OB噴粉精煉來說，合成渣應(yīng)具有較低的熔點(diǎn)和較高的堿度，具備較強(qiáng)的脫硫能力，同時(shí)，CAS–OB噴粉精煉過程使用大量的Al對(duì)鋼液實(shí)施脫氧和升溫處理，熔池中存在大量的Al2O3夾雜，因此合成渣還應(yīng)對(duì)Al2O3夾雜具有很好的吸附能力。12CaO7Al2O3渣系是近幾年國外發(fā)展起來的新型合成精煉渣，文獻(xiàn)[8]

13、對(duì)該渣的燒成工藝、物性和脫硫能力進(jìn)行了試驗(yàn)研究，結(jié)果表明：12CaO7Al2O3渣系熔化后的主要物相為12CaO7Al2O3，并含有少量CaOAl2O3或3CaOAl2O3；渣系的熔化溫度在1300℃~1400℃，脫硫效果優(yōu)于普通的鈣系脫硫劑；同時(shí)由于渣系中含有較高的Al2O3，因此對(duì)Al2O3夾雜具有良好的吸附能力，從而可以在精煉過程中配加大量的石灰而不會(huì)造成合成渣成分和物理化學(xué)性質(zhì)有大的波動(dòng)。表112CaO7Al2O3型渣系的化學(xué)組

14、成Table1Chemicalcompositionof12CaO7Al2O3slagsystem組成CaOSiO2FeOAl2O3MgO12CaO7Al2O340~433.8~4.01.8~2.045~504.2~5.83.2精煉動(dòng)力學(xué)條件對(duì)CAS–OB噴粉精煉過程來講，在確定的熱力學(xué)和化學(xué)動(dòng)力學(xué)(噴吹粉劑和處理溫度等)條件下，傳輸動(dòng)力學(xué)條件直接決定著精煉的效率。對(duì)于浸入式噴粉這類噴吹條件下的提煉冶金反應(yīng)來說，整個(gè)反應(yīng)過程由提煉相的輸

15、入、反應(yīng)物間的彌散和混合、單個(gè)粉劑顆粒上的化學(xué)變化以及反應(yīng)產(chǎn)物的析出等組成。當(dāng)微觀動(dòng)力學(xué)的傳質(zhì)條件一定時(shí)，總的宏觀動(dòng)力學(xué)速率由以下一些因素決定：(1)相與相之間交換面積的大小。為了達(dá)到高的生產(chǎn)率，反應(yīng)物間必須有較大的交換面積，對(duì)噴粉提煉反應(yīng)來說，這是通過提煉相彌散化來達(dá)到的，因此要求金屬相中精煉用粉劑顆粒的尺寸要小，以保證有盡可能大的反應(yīng)面積。(2)物質(zhì)傳遞到相界面及從相界面上傳走的速率。通常情況下，實(shí)現(xiàn)這種傳遞要求系統(tǒng)有強(qiáng)烈的攪拌，即