钢的二次精炼过程预熔渣深脱硫理论与工艺研究-钢铁冶金专业论文.docxVIP

东北大学博士学位论文 东北大学博士学位论文 摘要 钢的二次精炼过程预熔渣深脱硫理论与工艺研究 摘要 (随着用户对钢中硫含量要求的日益严格，纯净钢深脱硫冶炼理论和工艺研究 成为目前国内外研究的焦点问题。要实现纯净钢深脱硫，不是仅在炉外精炼过程 中就能完成的，而是必须把钢中硫的去除分配到炼钢的各个环节中去，而且必须 根据钢种硫含量要求的不同选择不同的冶炼工艺。纯净钢深脱硫冶炼工艺的选择 和合理匹配研究是目前国内外普遍关注的课题。在连铸技术快速发展的今天，高 效连铸技术要求有高效的炉外精炼手段与之相匹配，而目前采用Bo卜LF、EAF —LF生产低硫钢过程中，LF炉的生产效率成为限制环节，严重制约了上述工艺的 发展。因此，开发BoF—LF、EA卜LF高效冶炼技术势在必行。另外，随着炉外 精炼设备多功能化发展的需要，开发RH、AHF炉炉渣精炼功能，实现深脱硫目的 也成为各工艺发展的必然趋势。y 本研究首先用热力学方法分析了目前BOF、LF、RH、AHF四种工艺条件的 精炼渣的脱硫能力，提出了各工艺实现脱硫或深脱硫目的应采用的精炼渣成分控 制范围以及进行超低硫钢冶炼所需要满足的热力学条件，即渣中FeO含量应小于 0．5％，炉渣光学碱度应达到O．8以上，同时努力提高渣中CaO含量，降低其它组 元含量，尤其是渣中Si02含量最好控制在3％以下，渣量为15～25kg／t钢。进行成 品硫含量小于10×10缶的极低硫钢冶炼时，钢水原始硫含量必须小于50×10～，而 且实现上述条件尤为重要。 根据热力学分析结果，经实验室深入研究，提出了炉外精炼钢包基础渣系并 对其物理性能和冶金性能进行了测定。在实验温度下，预熔渣脱硫效果优于机混 渣。当预熔渣的光学碱度小于0．813时，随着光学碱度增大，脱硫率增大；光学碱 度超过0．813时，脱硫率减小。随着预熔渣中A1203含量的增加，脱硫率呈先下降后 上升的趋势。渣中灿203对脱硫效果的影响明显小于光学碱度。当预熔渣中CaF2含 量小于9．72％时，随着渣中CaF2含量的增加，脱硫率增大；超过此值时，脱硫率减 小。实验得出的最佳预熔渣组成为：(％CaO)=50．41，(％A1203)=30，(％MgO) =10，(％S102)-o．59，(％CaF2)=9。 在相同温度下，相同成分的预熔渣和机混渣的粘度和表面张力值基本相同， 但预熔渣熔化温度低，且熔化速度快。 实验还研究了精炼渣成分对RH用镁铬砖的侵蚀行为。随炉渣碱度和渣中MgO 含量的增大，炉渣对镁铬砖的侵蚀减轻；随炉渣中A1203含量增加，炉渣对镁铬砖 ．Ⅱ． 东北大学博士学位论文 东北大学博士学位论文 摘要 的侵蚀增大，但当渣中A1203含量大于30％以后，尖晶石保护膜形成，侵蚀明显减 小；随炉渣中CaFz含量增加，炉渣对镁铬砖的侵蚀量明显增大。结合脱硫实验得 出N组渣是理想的RH用精炼渣。 一f在实验室系统研究的基础上，分别在各工艺条件下进行了深脱硫工业试验， 实现了’BOF—LF高效冶炼超低硫钢、EAF—LF深脱硫目的，同时成功实现了RH 精炼深脱硫功能和AHF精炼脱硫功能的开发。试验结果表明，预熔渣比机混渣具 有更强的脱硫和抑制回磷能力。使用机混渣和低CaO预熔渣不能满足LF生产高 效率化要求。采用铝基钢包渣改质剂和CaO含量高的预熔渣，可以满足出钢脱硫 和LF生产高效率化要求，实现了超低硫钢的高效率化冶炼。采用“预熔渣+石灰” 方式可以满足RH深脱硫要求，转炉下渣及出钢改质剂对RH耐火材料有明显侵蚀， 预熔渣的加入是否对耐火材料造成侵蚀的问题尚有待于进一步研究。试验中钢包 顶渣对处理过程渣钢间的脱硫反应和耐火材料侵蚀行为具有明显影响，在RH精炼 过程中要加强对钢包顶渣的控制。采用真空槽内顶加预熔渣脱硫工艺完全可以满 足RH生产低硫钢的要求，该工艺完全可以在生产中推广应用。 实验室实验和LF炉工业试验均证实硫在熔渣中的传质是渣钢脱硫反应的限制 步骤。实验室条件下硫在渣中的传质系数为1．24~1．98×10。4 cm·s～，LF炉条件下 渣钢脱硫反应具有较好的动力学条件，硫在渣中的传质系数为1．03--4．23×10。 cIn·s～，明显大于实验室条件下的传质系数。采用顶渣改质工艺可以为冶炼超低硫 钢创造良好的热力学和动力学条件，是超低硫钢高效率化冶炼必不可少的工艺步 ＼ 骤。、P～ 关键词：纯净钢，炉外精炼，脱硫，精炼渣，耐火材料，侵蚀 ．m． 东北大学博士学位论文 东北大学博士学位论文 ABSTRACT Study of Theory and Technology on Deep Desul