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冶金过程的渣系基础

2.炉外精炼渣系及其功能

1.精炼渣的冶金作用

脱硫去氧作用。在LF炉精炼中采用底部吹氩搅拌，增加了渣－钢接触面积和机会，大大改善了脱硫脱氧的动力学；

保护包衬，提高热效率。合成渣料熔化后形成泡沫渣，可对电弧进行埋弧加热操作，减少了电弧对包衬和包盖耐火材料的损坏；

捕捉钢中夹杂物，净化钢液。LF炉通过底部吹氩搅拌，促使钢中夹杂物聚集上浮，与渣接触被吸收；

隔绝空气，防止钢液吸收气体。

2.精炼渣发泡性能的研究

泡沫渣埋弧加热技术在提高热效率和延长炉衬寿命等方面效果显著，因而得以广泛应用，但通常的泡沫渣是在氧化铁含量较高的氧化性熔渣中，利用渣层内的碳氧反应提供大量

CO气体作为气源使熔渣发泡的。

在还原性熔渣中，熔池微弱的碳氧反应已不足以达到发泡效果，因此研究还原渣发泡性能的关键，是寻求适宜的发泡剂和物理性能适宜的基渣。

为了保证精炼后能获得合格的钢水，精炼过程对发泡剂产品有严格的质量要求。经过分析研究知，适合作发泡剂的材料可分为三类：碳酸盐、氯化物和氟化物。

通过对三种碳酸盐（CaCO3、Na2CO3和BaCO3）实验结果对比分析，CaCO3发泡性能最好：CaCO3最大发泡高度εm达到75%。

主要原因是CaCO3在高温下分解生成CaO，提高了炉渣的粘度，有利于气泡在渣中的滞留，而Na2CO3在高温下分解形成的Na2O却降低了炉渣的粘度，使气体在渣中易于逸出。

在CaCO3物质中，方解石的发泡效果比石灰石更好。

发泡剂中加入碳粉使其与CaCO3分解产物CO2反应生成CO。假定CaCO3分解出来的CO2完全与C反应，则总反应看成

CaCO3+C=CaO+2CO，过剩指数I反映了这一比值WC/WCaCO3。

当过剩指数增加时，C充分与CO2反应，气体量增加，发泡效果好；同时由于过量的C和高熔点的CaO存在，使得熔渣粘度提高了。

另外，粘附于气液界面的固体颗粒还提高了渣膜的强度和弹性，有利于渣的发泡。

精炼渣物理特性对泡沫化程度的影响

泡沫渣是气渣混合体系，气泡间以渣膜隔开，气体不能自由运动。

泡沫渣的稳定性及泡沫寿命与气泡间渣膜液体的排出速度密切相关，影响埋弧渣发泡性能的因素有炉渣物理性质（密度、粘度、表面张力、界面张力、表面弹粘性等）、炉渣内固体颗粒、精炼温度、气体产生量、气泡大小及密集程度等

表面张力较低的渣液有利于泡沫化的形成和稳定。因此表面活性物质对稳定泡沫渣有利。由于渣液泡沫化必须形成新的气泡－渣液界面，使表面能增加，所以从本质上讲，泡沫化处于不稳定状态。

精炼渣的表面张力与其组成密切相关。一般说来，加入能降低气泡－渣液界面张力或降低渣液体系总界面能的组元都有利于炉渣泡沫化，从而对埋弧精炼渣提出了新的要求，精炼渣不仅要有良好的精炼能力，同时还必须具备合适的粘度、密度和表面张力等物理性质，以满足炉渣泡沫化的要求。

影响精炼渣泡沫化指数的主要因素是表面张力、粘度、比重（kg/cm3），一般有：

Σ=

Σ=A

σP

σ

熔渣泡沫化不但依赖于熔渣的性质，而且依赖于气量的大小；有时熔渣虽然发泡性能差，但由于气量足，熔渣仍会泡沫化；但另一种场合，尽管熔渣发泡性能较好，但由于气量不足，熔渣仍不能实现泡沫化。

当渣的粘度和表面张力决定的渣的性质比较容易形成泡沫渣时，所需的气体量就较少，反之则较多。

CaO-SiO2-Al2O3精炼渣基渣的优化

精炼渣的配方，wt%

项目

碱度

CaO

SiO2

MgO

Al2O3

CaF2

低碱度

1.6

41.23

25.11

8

15

10

中碱度

2.6

47.67

18.33

9

10

15

高碱度

3.4

55.64

16.36

8

7

9

精炼渣系的选择及其碱度的确定对轴承钢的冶炼操作和钢的质量影响极大。碱度在1.5~2.5范围内的

CaO-SiO2-Al2O3系精炼渣易于吸收钢中夹杂物，使得钢中夹杂物数量少，其形态和性质也能得到有效的控制，特别对消除钢中点状夹杂物十分有利(高倍检验结果也证明了这一点)。

而且由于碱度低，炉渣的流动性能好，能促进冶金反应速度，同时硫化物夹杂的数量能控制在满意的范围之内。

一般钢种和轴承钢精炼渣系主要组成

组元

CaO

SiO2

MgO

Al2O3

CaF2

一般钢种

成分%

49

16

8.5

7

15

轴承钢

成分%

46

13

10

23

3

利用所得合成精炼渣，检验钢中氧含量均在2×10-3%以下，机械性能和一次检验合格率均有提高，45#钢提高了1.0%，40Cr提高了11.4%，GCr15一次合格率达到100%。

组成对精炼渣发泡性能的影响