LF炉精炼工艺基本原理
  发布时间:2015年03月11日 点击数:

1)LF精炼工艺流程
  LF精炼是把转炉或电炉氧化末期钢水,倒入钢包炉并去掉氧化渣50-90%,加还原渣料及脱氧剂,以便进行还原精炼。若适当增加加热下的搅拌时间、渣量及搅拌功率,出钢时除渣100%则可进一步降低钢中的硫含量,使[%S] <30ppm及[%O] <20ppm,使钢液成为洁净钢。
2)LF精炼脱氧
  氧在液体和固体中的溶解度是很有限的,而且氧在固体钢中的溶解度比在液体中低的多。LF精炼中,初炼炉出来的钢水往往含有较强的氧化性,这使LF炉完成深度脱氧和脱硫等精炼任务构成限制因素。氧的危害性主要表现在:
  (1)LF炉要冶炼超低硫钢,而钢液中的氧含量或渣的氧势会影响硫在钢渣中的平衡分配,而且由于氧的存在,钢渣间的张力将下降,会影响残留在钢中的含硫非金属夹杂物性状和数量,所以良好的脱硫必须先有良好的脱氧。
  (2)氧在钢中的溶解度随温度的下降而显著降低,并以FeO的形式析出,在钢水冷却结晶的过程中,由于选分结晶导致钢水中[C]、[O]发生偏析而聚集,从而引起碳的再氧化。由此产生的CO气体,会破坏钢的致密性或连续性,是钢坯产生气孔、疏松以致上涨等缺陷的主要原因。
  (3)在钢水冷却凝固过程中,析出的氧与钢中的Si、Mn、Al等元素反应形成非金属夹杂物,它是高级优质钢产生发纹缺陷的主要原因之一。另外,由于非金属夹杂物含量的增高,也降低了钢的各种性能指标,如比例极限、冲击功和延伸率及导磁性能等。
  (4)钢中氧使硫的危害作用加剧,因为FeO与FeS可以生成熔点为1213K的低熔点共晶物,使钢的塑性变坏或在热加工时,使机体遭到破坏。
  LF炉一般选择沉淀脱氧和扩散脱氧,如配有真空装置还有真空脱氧。
  (1)沉淀脱氧
  沉淀脱氧是扒净氧化渣后,直接向钢水中加入块状脱氧剂,生成稳定化合物并和钢液分离进入炉渣的方法,溶于钢液中的脱氧元素与钢液中的溶解氧反应产生在钢液中的脱氧产物由于密度小而上浮去除。钢液中元素脱氧反应的通式为:x[M]+y[O]=MxOy。
  A1及含A1和碱土元素的合金组成的复合脱氧剂,在工业生产中使用较多。这是因为A1脱氧产物Al2O3易和其它脱氧产物形成低熔点、易长大的复合脱氧产物(如mCaO•n Al2O3),有利于上浮排出钢液,从而降低钢中此类火杂的数量。
  (2)扩散脱氧
  扩散脱氧是将脱氧剂(一般以粉状脱氧剂为主)加在渣面上,脱氧反应在钢、渣界面进行。将粉状脱氧剂加入渣中,渣中(FeO)含量势必减少,氧在钢渣中的分配平衡遭到破坏,为了达到重新平衡,钢液中的氧就向渣中扩散或转移,由此不断地降低炉渣中氧含量,就可使钢液中的氧陆续得以脱除。
3)LF精炼脱硫
  通常情况硫是钢中有害元素,对钢材质量有多方面的影响,因此,脱硫是炼钢生产中的重要冶金任务之一,对于脱硫反应,LF炉精炼有很好的热力学及动力学条件,LF炉精炼对生产低硫钢有重要的意义。
  与碱性氧化渣脱硫不同, LF 碱性还原渣脱硫反应方程式为:
  [FeS] + ( CaO) = ( CaS) + ( FeO)                              ( 1)
  [MnS] +( CaO) = ( CaS) + ( MnO)                             ( 2)
  由于钢中的[ S] 大部分以[ FeS] 形式存在, 因此脱硫反应主要以式(1) 为主。从上式中可看出,脱硫反应与炉渣的碱度、渣中(FeO)和(MnO)及渣量有关,同时,脱硫反应为渣钢反应,因此渣的流动性对脱硫反应影响较大。
  在实际生产过程中,在一定碱度范围内。硫的分配系数随着炉渣的碱度增加而增大,但当达到一定程度后随碱度的增加而减小,其原因是炉渣(CaO)含量增加使炉渣的流动性变差,使脱硫反应的动力学条件变差,进而影响到脱硫反应的进行。从式(1)可以看出,渣中(FeO)含量的增加不利于脱硫反应的进行,LF精炼为还原性气氛,高碱度的还原渣有利于脱硫反应的进行。精炼渣的多少及流动性对终钢质量影响较大,理论上流动性良好的精炼渣有利于渣钢反应促进脱硫反应的进行,而大的渣量有利于将钢中的硫脱得更低,但渣量的增加使渣层厚度增加而不利于脱硫及夹杂物的上浮,同时增加了金属料的消耗进而增加了生产成本。
4)夹杂物的去除
  钢包底吹氩是钢水连铸前最后一道重要的工序,对钢液及铸坯的质量至关重要,夹杂物在钢液中的上浮主要有两种方式:依靠自身浮力上浮、粘附在气泡表面上浮。在钢液运动过程中, 夹杂物之间会碰撞凝聚成大颗粒夹杂来依靠自身浮力上浮( 还有一部分夹杂物会粘附在气泡表面,依靠气泡的浮力来上浮。因此,钢包底吹制度对钢液中的夹杂物的去除有着至关重要的作用,气泡的大小及钢液的流动都会影响到夹杂物的上浮。
  气泡去除夹杂物的过程可分为以下几个过程:(1)气泡向夹杂物靠近并发生碰撞;(2)气泡和夹杂物间形成液膜;(3)夹杂物在气泡表面振荡或沿气泡表面滑移;(4)液膜排开并发生破裂,形成动态的三相接触核团(TPC); (5)气泡/夹杂物核团稳定化;(6)气泡/夹杂物聚合体上浮。其中,气泡对夹杂物的碰撞和吸附具有重要作用,即步骤(2)-(5),因此控制根据工厂现场的不同冶炼工况条件制定合理的底吹制度对提高钢液质量有重要作用。

                          ——本文摘自论文文献综述

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