精煉渣樣so2高怎麼辦
引言
隨
著現代科學技術的發展和工農業對鋼材品質要求的提高,鋼廠普遍採用了爐外精煉工藝流程,它已成為現代煉鋼工藝中不可缺少的重要環節。由於
這種技術可以提高煉鋼設備的生產能力,改善鋼材品質,降低能耗,減少耐材、能源和鐵合金消耗,因此,爐外精煉技術已成為當今世界鋼鐵冶金發展的方向。對於
爐外精煉技術存在的問題及發展方向有必要進行探討。
1 國內外爐外精煉技術的發展歷程和現狀
隨著煉鋼技術的不斷進步,爐外精煉在現代
鋼鐵生產中已經佔有重要地位,傳統的生產流程(高爐→煉鋼爐(電爐或轉爐)→鑄錠),已逐步被新的流程(高爐→鐵水預處理→煉鋼爐→爐外精煉→連鑄)所代
替。已成為國內外大型鋼鐵企業生產的主要工藝流程,尤其在特殊鋼領域,精煉和連鑄技術發展得日趨成熟。精煉工序在整個流程中起到至關重要的作用,一方面通
過這道工序可以提高鋼的純淨度、去除有害夾雜、進行微合金化和夾雜物變性處理;另一方面,精煉又是一個緩衝環節,有利於連鑄生產均衡地進行。
日
本在20世紀70年代為了降低煉鋼成本,提高鋼的純淨度和品質,率先將爐外精煉技術應用於特殊鋼生產中,隨後西歐的鋼鐵企業也加入到推廣和使用這項技術的
行列中。據資料報導,日本早在1985年精煉率達到65.9%,1989年上升到73.4%,特殊鋼的精煉率達到94%,新建電爐短流程鋼廠100%採用
爐外精煉技術。80年代連鑄技術發展迅速,原有的煉鋼爐難以滿足連鑄的技術要求,更加促進了爐外精煉技術的發展,到1990年為止世界各主要工業國家擁有
1000多台(套)爐外精煉設備。
我國早在20世紀50年代末,60年代中期就在煉鋼生產中採用高鹼度合成渣在出鋼過程中脫硫冶煉軸承鋼、鋼包
靜態脫氣等初步精煉技術,但沒有精煉的裝備。60年代中期至70年代有些特鋼企業(大冶、武鋼等)引進一批真空精煉設備。80年代我國自行研製開發的精煉
設備逐漸投入使用(如LF爐、噴粉、攪拌設備),黑龍江省冶金研究所等單位聯合研製開發了喂線機、包芯線機和合金芯線,完善了爐外精煉技術的輔助技術。現
在這項技術已經非常成熟,以爐外精煉技術為核心的“三位一體”短流程工藝廣泛應用於國內各鋼鐵企業,取得了很好的效果。初煉(電爐或轉爐)→精煉→連鑄,
成了現代化典型的工藝短流程。
2 爐外精煉技術的特點與功能
爐外精煉是指在鋼包中進行冶煉的過程,是將真空處理、吹氬攪拌、加熱控
溫、喂線噴粉、微合金化等技術以不同形式組合起來,出鋼前儘量除去氧化渣,在鋼包內重新造還原渣,保持包內還原性氣氛。爐外精煉的目的是降低鋼中的C、
P、S、O、H、N、等元素在鋼中的含量,以免產生偏析、白點、大顆粒夾雜物,降低鋼的抗拉強度、韌性、疲勞強度、抗裂性等性能。這些工作只有在精煉爐上
進行,其特點與功能如下:
1)可以改變冶金反應條件。煉鋼中去氧、脫碳、脫氣的反應產物為氣體,精煉可以在真空條件下進行,有利於反應的正向進 行,通常工作壓力≥50Pa,適於對鋼液脫氣。
2)可以加快熔池的傳質速度。液相傳質速度決定冶金反應速度的快慢,精煉過程採用多種攪拌形式 (氣體攪拌、電磁攪拌、機械攪拌)使系統內的熔體產生流動,加速熔體內傳熱、傳質的過程,達到混合均勻的目的。
3)
可以增大渣鋼反應的面積。各
種精煉設備均有攪拌裝置,攪拌過程中可以使鋼渣乳化,合金、鋼渣隨氣泡上浮過程中發生熔化、熔解、聚合反應,通常1噸鋼液的渣鋼反應面積為
0.8～1.3mm2,當渣量為原來的6%時,鋼渣乳化後形成半徑為0.3mm的渣滴,反應介面會增大1000倍。微合金化、變性處理就是利用這個原理提
高精煉效果。
4)可以在電爐(轉爐)和連鑄之間起到緩衝作用,精煉爐具有靈活性,使作業時間、溫度控制較為協調,與連鑄形成更加通暢的生產流 程。
3 爐外精煉技術在生產中的應用目前得到公認並被廣泛應用的爐外精煉方法有:LF法、RH法、VOD法。
3.1 LF法(鋼包精煉爐法)
它是1971年由日本大同鋼公司發明的,用電弧加熱,包底吹氬攪拌。
3.1.1 工藝優點
1)電弧 加熱熱效率高,升溫幅度大,控溫準確度可達±5℃;
2)具備攪拌和合金化的功能,吹氬攪拌易於實現窄範圍合金成份控制,提高產品的穩定性;
3) 設備投資少,精煉成本低,適合生產超低硫鋼、超低氧鋼。
3.1.2 LF法的生產工藝要點
1)
加熱與控溫LF採用電弧加熱,熱效率
高,鋼水平均升溫1℃耗電0.5～0.8kW·h,LF升溫速度決定於供電比功率(kVA/t),而供電的比功率又決定于鋼包耐火材料的熔損指數。因採用
埋弧泡沫渣技術,可減少電弧的熱輻射損失,提高熱效率10%～15%,終點溫度的精確度≤±5℃。
2)採用白渣精煉工藝。下渣量控制在 ≤5kg/t,一般採用Al2O3-CaO-SiO2系爐渣,包渣鹼度R≥3,以避免爐渣再氧化。吹氬攪拌時避免鋼液裸露。
3)合金微調與窄成 份範圍控制。據試驗報導,使用合金芯線技術可提高金屬回收率,齒輪鋼中鈦的回收率平均達到87.9%,硼的回收率達64.3%,鋼包喂碳線回收率高達 90%,ZG30CrMnMoRE喂稀土線稀土回收率達到68%,高的回收率可實現窄成份控制。
3.1.3 LF法在生產實踐中的應用
2000
年6月,鞍鋼第一煉鋼廠新建的連鑄車間正式投產,精煉設備由兩座LF鋼包精煉爐,年處理鋼水200萬t;一座VD鋼水真空處理裝置,年處理鋼水80萬t組
成。LF爐最大升溫速度為4℃,LF爐平均處理週期≤28min;處理效果:平均[H]≤0.0002%;最低[H]≤0.0001%。
我國現
有家重軌生產廠(攀鋼、包鋼、鞍鋼和武鋼)生產典型的工藝路線如下:LD→LF→VD→WF→CC,鋼包吊到LF處理線的鋼包車上後,由人工接通鋼包底吹
氬的快速接頭,根據要求的鋼水成分及溫度確定物料的投入量(含喂絲)重軌鋼含碳量較高,因而增碳顯得很重要,轉爐出鋼時鋼水含碳量控制為
0.2%～0.3%(wt),爐後增碳至0.60%～0.65%(wt),在LF爐處理時再增0.10%～0.15%(wt)個碳至標準成份的中上限,經
VD處理後即可達到鋼種成分要求。
3.2 RH法(真空迴圈脫氣法)這種方法是1958年西德發明的,其基本原理是利用氣泡將鋼水不斷的提升到真空室內進行脫氣、脫碳,然後回流到鋼包中。
3.2.1 RH法的優點
1)反應速度快。真空脫氣週期短,一般10分鐘可以完成脫氣操作,5分種能完成合金化及溫度均勻化,可與轉爐配合使用。
2) 反應效率高。鋼水直接在真空室內反應,鋼中可達到[H]≤1.0×10-6,[N]≤25×10-6,[C]≤10×10-6,的超純淨鋼。
3) 可進行吹氧脫碳和二次燃燒熱補償,減少精煉過程的溫降。
3.2.2 RH法工藝參數
1)RH迴圈量。迴圈量是指單位時間內通過上升管 或下降管的鋼水量,單位是t/min。有關資料給出的計算公式為: Q=0.002×Du1.5·G0.33,式中:Q———迴圈流量,t/min;Du———上升管直徑,cm;G———上升管內氬氣流量,L/min。
2) 迴圈因數。他是指在RH處理過程中通過真空室的鋼水與處理量之比,其公式為:μ=w·t/v式中:μ———迴圈因數,次;w———迴圈量,t/min;t ———迴圈時間,min;v———鋼包容量,t。
3)供氧強度與含碳量的關係。向RH內吹氧可以提高脫碳速度,即RH-OB法。當 [C]/[O]>0.66時鋼包內氧的傳質速度決定脫碳速度,其計算公式為:
QO2=27.3×Q·[C]式中:QO2———氧 氣強度,Nm3/min;Q———鋼水迴圈量,t/min;[C]———含碳量,Nm3/t。
3.2.3 RH法在生產實踐中的應用
日
本的山陽鋼廠將LF與RH配合生產軸承鋼形成EF-LF-RH-CC軸承鋼生產線,鋼中總氧量達到5.8×10-6。LF-RH法首先利用LF爐將鋼水升
溫,利用LF攪拌和渣精煉功能進行還原精煉,是鋼水脫硫和預去氧,然後將鋼水送入RH中進行脫氫和二次去氧。經過這樣處理大大的提高了鋼水的清潔度,同時
鋼水的溫度達到連鑄需要的溫度。
寶鋼爐外精煉設備有RH-OB、鋼包噴粉裝置、CAS精煉裝置,RH-OB的冶煉效果較理想,脫氫率為
50%～70%,脫氮率為20%～40%,一般情況下,經RH-OB處理後[H]≤2.5×10-6,[C]≤30×10-6,去除鋼中非金屬夾雜物一般
能達到70%,鋼中總氧量≤25×10-6,而且在RH中合金處理可以提高合金的收得率和控制的精確度,[C]、[Si]、[Mn]的控制精度能達
到±0.01%,鋁的精確度可達到1.5×10-3,取得了較好的爐外精煉效果。
3.3 VOD法(真空罐內鋼包吹氧除氣法)
3.3.1
VOD的特點VOD法是1965年西德首先開發應用的,它是將鋼包放入真空罐內從頂部的氧槍向鋼包內吹氧脫碳,同時從鋼包底部向上吹氬攪拌。此方法適合生
產超低碳不銹鋼,達到保鉻去碳的目的,可與轉爐配合使用。他的優點是實現了低碳不銹鋼冶煉的必要的熱力學和動力學的條件-高溫、真空、攪拌。
3.3.2 VOD法在生產實踐中的應用
20
世紀90年代初,上海大隆鑄鍛廠從德國萊寶(leybold)公司進口1台15tVODC的關鍵設備和技術軟
件。採用電爐初煉鋼水經VODC爐外精煉的工藝方法,精煉了超低碳不銹鋼、中低合金鋼和碳鋼,取得了很好的冶金效果,鋼中非金屬夾雜物減少,氫含量小於
3×10-6氧含量小於6.5×10-6,不銹鋼中鉻回收率達98%～99%,精煉後的鋼具有十分優越的性能。VODC精煉工藝成熟,控制容易,適應中小
型鋼廠和鑄鋼廠的多鋼種、小噸位精煉生產需要,對發展鑄鋼行業的精煉生產會起到很大積極作用,具有廣闊的發展前景10。
撫順特殊鋼有限公司有 30tVOD爐,採用EAF+VOD技術精煉不銹鋼,可使[H]≤2.58×10-6,T[O]≤41.9×10-6,鉻回收率達到99.5%,脫硫率 64.2%,精煉高碳鉻軸承鋼T[O]≤12.13×10-6 。
4 發展爐外精煉技術需解決的問題及發展方向爐外精煉技術已經應用40年,對提高鋼的純淨度、精確控制成分含量及細化組織結構等方面都起了重要作用,使冶煉成 本大幅降低,同時提高了鋼的品質和性能。但在發展的過程中也出現了一些問題,有待於解決,使這項技術更加完美。
1)實現爐外精煉工藝的智慧化控 制,根據來料鋼水的各種技術參數,利用資訊技術,制定最佳的精煉工藝方案,並通過電腦控制各精煉工序。精煉工位元配備快速分析設備,實現資料網路化,減少 熱停等待時間。
2)爐外處理設備將實現“多功能化”。在水鋼精煉設備中將渣洗精煉、真空冶金、攪拌工藝以及加熱控溫功能全部組合起來,實現精 煉,以滿足超純淨鋼生產的社會需求。
3)開發高純度、高密度、高強度的優質鹼性耐火材料,以適應不同精煉爐的需要,注重產品品質的穩定性。耐火 材料的使用條件應盡可能與爐渣相適應,最大限度地降低侵蝕速度。要根據精煉設備的實際情況形成不同層次的配套材料,研究開發保溫和修補技術,提高爐襯的使 用壽命。
4)減少精煉過程的污染排放,精煉過程會產生大量廢氣,其中含SO2、Pb、金屬氧化物、懸浮顆粒等,在真空脫氣冷卻水中含有固態懸浮 物、Pb、Zn等,這些污染物須經企業內部的相關處理,把污染程度降低到符合排放標準後再排放,加強環境保護意識。
5 結束語
爐
外精
煉技術是一項提高產品品質,降低生產成本的先進技術,是現代化煉鋼工藝不可缺少的重要環節,具有化學成分及溫度的精確控制、夾雜物排除、頂渣還原脫S、
Ca處理、夾雜物形態控制、去除H、O、C、S等雜質、真空脫氣等冶金功能。只有強化每項功能的作用,才能發揮爐外精煉的優勢,生產出高品質純淨鋼種。
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