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炉外精炼技术 氩气搅拌 氩气搅拌.pptx

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炉外精炼技术;喷吹气体搅拌是一种常用的搅拌方法。 氩气是最常用的气体, 氮气的使用则取决于所炼钢种。 应用这类搅拌的炉外精炼方法有: 钢包吹氩、CAB、CAS、VD、LF、GRAF、VAD、VOD、AOD、SL、TN等。;(1)钢包吹氩精炼原理 氩气是一种惰性气体,吹入钢液内的氩气既不参与化学反应,也不溶解,纯氩内含氢、氮、氧等量很少,可以认为吹入钢液内的氩气泡对于溶解在钢液内的气体来说就像一个小的真空室,在这个小气泡内其他气体的分压力几乎为零。 根据Sieverts定律,在一定温度下,气体的溶解度与该气体在气相中分压力昀平方根成正比。钢中的气体不断地向氩气泡内扩散(特别是钢液中的氢在高温下扩散很快),气泡内的分压力增大,但是气泡在上浮过程中受热膨胀,因而氮气和氢气的分压力仍然保持在较低的水平,继续吸收氢和氮,最后随氩气泡逸出钢液而被去除。;如果钢液未完全脱氧,钢液中有相当数量的溶解氧时,那么吹氩还可以脱除部分钢中的溶解氧,起到脱氧和脱碳的作用。如果加入石灰、萤石混合物(CaO-CaF2)等活性渣,同时以高速吹入氩气加剧渣-钢反应,可以取得明显的脱硫效果。 未吹氩前,钢包上、中、下部的钢水成分和温度是有差别的,氩气泡上浮过程中推动钢液上下运动,搅拌钢液,促使其成分和温度均匀,钢液的搅拌还促进了夹杂物的上浮排除,同时又加速了脱气过程的进行。;钢包底吹氩条件下钢液中夹杂物的去除主要依靠气泡的浮选作用,即夹杂物与气泡碰撞并黏附在气泡壁上,然后随气泡上浮而被去除。 夹杂物颗粒与小气泡碰撞并黏附于气泡上的机制见图2-4。;一个夹杂物颗粒被气泡俘获的过程可分解为几个单元过程: ①夹杂物向气泡靠近并发生碰撞; ②夹杂物与气泡间形成钢液膜; ③夹杂物在气泡表面上滑移; ④形成动态三相接触使液膜排除和破裂; ⑤夹杂物与气泡团的稳定化和上浮。 在这几个单无过程中,夹杂物颗粒与气泡的碰撞和黏附起核心作用。; 大颗粒夹杂物比小颗粒夹杂物更容易被气泡捕获而去除,而小直径的气泡捕获夹杂物颗粒的概率比大直径气泡高。 底吹氩去除钢中夹杂物的效率主要取决于氩气泡和夹杂物的尺寸以及吹入钢液的气体量。 采用高强度吹氩,只能使气泡粗化而达不到有效去除夹杂物的目的。;钢包弱搅拌和适当延长低强度吹氩时间,更有利于去除钢中夹杂物颗粒; 对于大钢包, 可以增加底吹透气砖的面积, 或使用双透气砖甚至多透气砖,如图2-5所示, 或在有限的吹氩时间内成倍地增加吹入钢液的气泡数量, 可降低透气砖出口处氩气表观流速,从而减小透气砖出口处氩气泡的脱离尺寸。;氩气搅拌;钢包吹氩的主要作用有: (a) 调温。主要是冷却钢液。对于开浇温度有比较严格要求的钢种或浇注方法,都可以利用吹氩将钢液温度降到规定的要求。 (b) 混匀。在钢包底部适当位置安放透气砖,氩气喷入可使钢包中的钢液产生环流,用控制氩气流量的方法控制钢液的搅拌程度。实践表明,吹氩搅拌可促使钢液的成分和温度迅速趋于均匀。 (c) 净化。搅动的钢液增加了钢中非金属夹杂物碰撞长大的机会。上浮的氩气泡不仅能够吸收钢中的气体,还会黏附悬浮于钢液中的夹杂,将黏附的夹杂物带至钢液表面而被渣层所吸收。;生产实践证明,脱氧良好的钢液经钢包吹氩精炼后,可去除钢中的氢15%~40%,氧30%~50%,夹杂总量可减少50%,尤其是大颗粒夹杂更有明显降低,而钢中的氮含量虽然也降低,但不是特别稳定。 钢包吹氩能够减少因中心疏松与偏析、皮下气泡、夹杂等缺陷造成的废品,同时又提高了钢的密度及金属收得率等。;(2)吹氩方式 (a)顶吹方式:从钢包顶部向钢包中心位置插入一根吹氩枪吹氩。 吹氩枪的结构比较简易,中心为一个通氩气的铜管,外衬为一定厚度的耐火材料。 氩气出口有直孔和侧孔两种,小容量钢包用直孔型,大包用侧孔型。 插入钢液的深度一般在液面深度的2/3左右。 顶吹方式可以实现在线吹氩,缩短时间,但效果比底吹差。;(b)底吹方式:在钢包底部安装供气元件(透气砖、细金属管供气元件),氩气通过底部的透气砖吹人钢液,形成大量细小的氩气泡,透气砖除有一定透气性能外,还必须能承受钢水冲刷,具有一定的高温强度和较好的抗热震性,一般用高铝砖。 透气砖的数量依据钢包的大小可采用单块和多块布置,透气孔的直径为0.1~0.26mm。 底吹氩时,在出钢过程及运送途中都要通入氩气。一般设有两个底吹氩操作点,一个在炼钢炉旁便于出钢过程中控制,另一个在处理站便于控制处理过程。这两点之间送氩气管路互相联锁和自动切换,以保证透气砖不被堵塞。;吹气位置不同会影响搅拌效果,水力学模型和生产实践都表明:吹气点最佳位置通常应当在包底半径方向(离包底中心)的1/2~1/3处;此处上升的气泡流会引起水平方向的冲击力,从而促进钢水的循环流动,减少涡流区,缩短混匀时间,同时钢渣乳化程度低,有利于钢水成分、

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