LF-VD精炼炉脱硫工艺研究-毕业论文

Xxxxx学院08届毕业论文论文题目：LF-VD精炼炉脱硫工艺研究系部：xxxxx专业：xxxxx班级：xxxxxxx姓名：xxxxx指导老师：二零一一年x月x日-2-目录摘要…………………………………………………………………………2关键词………………………………………………………………………2引言…………………………………………………………………………3一、工艺流程及操作要点………………………………………………4二、结果及数据处理………………………………………………42.1精炼过程各阶段脱硫情况……………………………………42.2顶渣碱度与脱硫关系…………………………………………52.3钢中酸溶铝与脱硫关系…………………………………………6三、分析与讨论3.1倒包阶段脱硫………………………………………………63.2LF工位脱硫……………………………………………………73.3净化阶段的脱硫……………………………………………83.4净化阶段的脱硫…………………………………………10四、结论………………………………………………………………………11五、参考文献……………………………………………………………11-3-LF-VD精炼炉脱硫工艺研究摘要通过对苏钢LF-VD精炼炉的脱硫工艺全过程的研究，揭示了不同阶段的脱硫机理，并提出了改善其脱硫效率飞措施，为利用LF-VD精炼炉冶炼低硫钢提供了理论依据。关键词LF-VD精炼炉；冶炼工艺；脱硫机理-4-1前言众所周知，硫在钢中是以FeS和MnS形式存在的。在钢液凝固过程中，由于选分结晶被推向钢液内部或上部，形成硫的偏析。FeS在晶界上呈网状分布，MnS在压力加工过程中沿变形方向延伸呈线、；链状分布。由此引起产品三向性能的显著差异，从而恶化了钢材的塑性和沿厚度方向的断面收缩率，使钢的制品受各种复杂应力作用而破坏。尽管硫对钢的危害，无论是理论上还是实践中都已认识清楚，但是由于国际上通行的标准中对硫的要求往往不高，例如美国ARR标准对铁道用钢硫的要求是≤0.040﹪(质量百分数)，这对于现在一般的炼钢工艺都不难达到，因此，很容易使炼钢工作者对其脱硫的工作都不重视，以为只要满足其标准即可。事实上，在国外生产的钢中，硫的控制大大低于标准要求，以期练出超低硫钢，来全面改善和提高产品的性能。因此研究炼钢过程脱硫问题任然是一项极有价值的工作。本文主要对苏钢100tLF-VD精炼炉的脱硫工艺进行研究，揭示各阶段硫的变化情况；以及影响脱硫的主要因素，为提高炼钢产品的质量提供必要保证。-5-一、工艺流程及操作作要点工艺流程：出钢→倒包站→真空站→静化搅拌→出战浇钢各工艺过程的操作要求如下。出钢：加Si、Mn、C、Al等元素进行预脱氧和合金化；倒包：采用大水口倒包，并加人石灰、萤石等造渣材料；加热（LF）：造渣、脱氧、电磁搅拌、成分微调；真空(VD)：真空度〈100Pa，搅拌(电磁搅拌、吹氩搅拌)；净化：加入Ca类合金，并搅拌净化。二、试验结果及数据处理2.1精炼过程各阶段脱硫情况精炼过程分４个阶段。倒包阶段：出钢到LF取第一个钢样；LF阶段：LF取第一个钢样至LF结束；VD阶段：LF结束至真空结束；净化阶段：真空结束→终脱氧→浇注。根据160炉生产数据统计结果见表1~表3表1精炼过程中各阶段钢中硫含量（w）项目原始硫含量倒包后硫含量LF结束硫含量真空后硫含量终点硫含量Min0.0170.0110.0080.0040.002Max0.0410.0320.0290.0220.019均值0.0290.0210.0170.0110.009-6-表2精炼过程中各阶段钢中硫的去处值(w)项目倒包ΔS1LFΔS2VDΔS3净化ΔS4Min0000Max0.0150.0090.0160.006均值0.0080.0030.0060.002表3精炼过程中各阶段脱硫所占百分比%项目倒包S1LFS2VDS3净化S4Min0000Max88456432均值401731122.2顶渣碱度与脱硫关系。通过；研究发现，在现有的渣系和操作工艺条件下，钢中硫含量和炉渣碱度有一定的关系，对顶渣碱度R[w(CaO)/w(SiO2)]和成品钢中硫含量的有关数据进行回归分析，结果表明：硫含量同R存在显著的线性关系。硫含量和R的线性回归方程为：w([S])×105=-9.91R+34.50，相关系数为r＝0.815。成品钢中硫含量和顶渣碱度的关系见图1.-7-2．３钢中酸溶铝与脱硫关系通过研究大量的工业数据发现，在当前的精炼操作工艺条件下，钢中硫含量和钢中酸溶铝存在一定的关系，对钢中酸溶铝和成品钢中硫含量的有关数据进行回归分析，结果表明：w([S])同钢中Als存在明显的线性关系。它们的相关系数为r=0.72，线性回归方程为w([S])×103=-3.22（[Als]）+20。成品钢中硫含量和钢中酸溶铝关系见图2.3分析与讨论3.1倒包阶段脱硫倒包工艺虽然有温降大的缺点，但它的优点是除渣干净。苏钢现在所采用的倒包工艺是通过滑动水口装置将钢水从普通钢包倒人精炼专用钢包。在倒包过程中，一方面把氧化性炉渣彻底清除；另～方面不断地向精炼炉加入石灰、萤石等造渣材料，来满足精炼工艺的需要。这样倒包过程实际上就是钢水与固体渣的渣洗过程，其过程的主要脱硫反应为：（CaO）+[S]=(CaS)+[O]（1）K=a(CaS)a[O]/a(CaO)a[S]（2）式中K——反应平衡常数a——活度-8-由于倒包过程要持续15min左右，石灰的加入量为钢水重量的1％，这样大量的Cao和CaF2共同作用生成一种较强的脱硫渣系，而且钢水通过出钢过程脱氧反应，有利于反应向脱硫方向进行；同时由于钢水在倒包过程中落差＞２m,其冲击搅拌作用很大，为脱硫反应提供了良好的动力学条件，更加有利于深度脱硫。表1、表2、表3、给出的结果表明：倒包过程脱硫反应是最剧烈的，倒包阶段的脱硫值是几个阶段中最显著的，其脱硫值占全过程脱硫量的40％。3.2LF工位脱硫从工艺流程来看，LF阶段是石灰熔化成渣期，炉渣碱度Ｒ［ｗ（ＣａＯ）/（Ｓｉ０２）］在２—３之间，同时采用电炉造白渣技术，（Ｆ∞）控制在0.5％左右，而且在顶渣溶化完毕后，向钢水中加入一定量的铝，进一步脱氧，使得钢液处于良好的脱氧状态。因而钢中的溶解氧的含量将主要由铝含量控制，其反应式如下：2[Al]+3[O]=(Al2O3)(3)K=][][3()2OAlOAlaaa(4)a2[Al]a3[O]=4.3×10-14(5)由此可算得钢液中a[Al]与a[O]系如表4所示，其根据实测结果钢中的[O]浓度基本上与理论值相一致。表4钢水中的a[Al]与a[O]的关系项目数值a[Al]0.010.020.030.04a[O]7.54.83.63-9-在处理过程中，渣中的CaO与[Al]及[S]的反应可用下式表示：(CaO)+2/3[Al]+[S]=(CaS)+1/3(Al2O3)(6)即：随着加热过程的进行，精炼顶渣的碱度不断提高井趋于稳定，对脱硫作用将渐趋重要。测试结果表明，随着顶渣碱度的提高。钢中硫不断降低；随着钢中AlS含量的提高，成品中的硫含量下降。表1中给出的结果是LF工位的脱硫率仅占精炼过程总脱硫率的17％，位于第三。这是因为脱硫反应主要在钢渣界面进行，尽管钢液在电磁力的作用下进行全过程搅拌，但搅拌强度不大，钢-渣界面的混合程度比起倒包时的冲击搅拌差，虽然热力学条件优于倒包过程，但动力学条件不如倒包过程，动力学条件成为制约脱硫反应进的关键因素。3.3ＶＤ工位的脱硫从表(1)可以看出：20-30min内真空的脱硫率占全过程脱硫的３１％，说明了在真空条件下脱硫效果是良好的。这种良好的脱硫作用基于以下两方面因素：一是精炼过程的热力学条件变化；二是动力学条件的改善。在LF状态下，钢中氧受Ａｌｓ控制，但在ＶＤ状态下，钢中的氧主要受钢中碳控制：(CaO)+[S]=(CaS)+[O](7)[C]+[O]=CO(8)(CaO)+[S]+[C]=(CaS)+CO(9)在真空状态下的ＣＯ分压将明显降低，反应向脱硫方向进行，而且ＣＯ气体被抽走之后，逆反应将大大减少，其脱硫过程将会加速。文献［1］中给出了VD处理过程中钢中a[C]、a[O]、PCO的关系式：a[C]·a[CO]/PCO=1.974×10-5当渣层厚度为0.10ｍ，真空度为67Pa，PCO=0.0274Pa时，aC与a[O]的关系见表5-10-表5a[C]与a[O]的关系.项目数值a[c]1.000.700.500.200.10a[O]×10-60.540.771.082.705.40通过表4与表5的比较，不难发现在真空状态下，中、高碳钢将由碳控制钢中的氧。随着真空度的提高和真空时间的延长，钢中氧的不断降低为进一步降低钢中硫提供了有利的热力学条件。在精炼操作中，由于钢中含硫量较低，则脱硫反应的限制性环节是硫在钢中的传质速度，反映脱硫速度的公式为（2）LsSwSwVFKdtSdw)(])([])([在有气体搅拌的条件下K值为：21500FQDsK（11）式中K——表示脱硫常数F——平静时的钢—渣界面积/m2V——钢水体积/m3Ds——钢水中硫的扩散系数/m2s-1Ls——硫在渣—钢间的分配系数Q——通过界面的实际气体流量/m3s-1t——时间/sw([S])——钢中硫含量/％w(S)——渣中硫含量/％由式(10)可见，在精炼过程中影响脱硫速度的因素的确很多，但是就具体的一炉钢而言，钢渣面积和钢水体积波动不大。由式(11)知表观常数值的大小取决于单位时间通过界面的实际气体流量。在VD条件下，Q值不仅取决于底吹氩的大小，而且取决于C--O反应生成CO量的多少。前者由工艺设定值决定，供氩气量越大，钢水搅拌越强烈，钢渣混合程度就越好，脱硫反应界面积越-11-大，脱硫速度就越快；而影响后者的因素是多方面的，首先与真空度有关，真空度越高，C—O反应就越易进行，生成的CO气泡就越多，这种CO气泡首先在罐壁生成，继而扩散到罐底，使整个精炼包内的钢水活动异常活跃，从而大大增加了钢渣反应面积，使脱硫反应得以迅速进行，其次与钢水中的含氧量有关，氧越高，C-O反应就越激烈，这样随着C-O反应的进行，氧不断降低，脱硫的热力学条件随之改善．同时由于C-O反应的进行，CO气体的上浮引起的搅拌．又进一步改善了硫在钢水中的传质，使得脱硫过程进一步加速，其三与钢水中的含碳量有关，随着含碳的减低，氧含量相对增加，这就是20min的真空脱硫效果比1hLF工位脱硫效果好，并且还要高出近一倍的主要原因3.4净化阶段的脱硫。净化阶段是由终脱氧和净化搅拌两步骤组成，其脱硫比率占总脱硫值的ｌ２％，本工艺采用的终脱氧剂是由含钙类合金来完成的。含钙类的合金不仅具有深脱氧能力，而且有深度脱硫的作用，其反应方程式为：Ca(g)+[S]=CaS(12)ΔGº=-136380+40.94T(13)使用钙合金后，其强大的脱氧能力进一步促进了脱硫反应的进行。图3是钙和铝的加入对钢中氧含量的影响-12-当w([Al])=0.020%时，所对应的w([O])=0.007%。当加入钙后，钢中氧立刻降为0.0006%，这样脱硫的热力学条件得以改善。同时不能忽略净化搅拌的作用，不推开渣面的气体搅拌和电磁搅拌的作用表现为两个方面：一方面净化搅拌使钙在钢水中得以扩散均匀，使脱氧反应向平衡态接近；另一方面钙和硫反应生成的CaS，在搅拌过程中上浮，排除到浮渣中，从而促进Ca的脱硫反应持续进行。4结论通过对精炼炉脱硫工艺的研究，可以得出以下结论：（1）钢包精炼的各阶段脱硫情况是有差异的。这是因为各阶段脱硫反应的热力学条件和动力学条件不同引起的；（2）顶渣碱度和钢中酸溶铝与钢中硫含量有明显的线性相关性；（3）利用LF/VD精炼手段冶炼低硫钢是可行的，但必须为各阶段创造有利的脱硫条件，如开发钙铝系合成渣剂，优化渣脱氧制度；优化钢包底吹氩模式；对于深脱硫钢，为强化渣钢界面的脱硫反应，采用强搅拌方式等。利用让其条件充分发挥作用，并要重视协调好各阶段的关系。参考文献1