按热力学理论计算,氧化1 kg铝的发热量可使1 t钢水升温35℃。150 t钢水的生产实践数据证明,每5 kg铝可使150 t钢水升温1℃。AHF化学升温时,升温速度一般控制在4~5℃/min。氧铝比一般控制在0.8~1.0 m3/kg。
3) AHF化学升温的幅度
AHF化学升温对钢水的温度调整范围很大,可达到5~50℃。 4)自耗式氧枪吹氧枪位控制
AHF化学升温氧枪氧气射流为亚音速流股,出口马赫数小于1,动能较小。加热喷
吹枪位要适中,喷吹枪位太低,则易烧损氧枪,同时钢水中合金成分氧化烧损严重;喷吹枪位过高,则升温效果差,且易加剧浸渍罩的烧损。在该厂生产实践中,精炼氧枪枪位采用PLC自动控制,枪位一般控制在距钢液面200 mm左右。
2.2.4 AHF钢水降温处理和成分调整 (1) AHF降温处理工艺
AHF降温处理分为吹氩降温和加废钢降温两种方式。当钢水温度高于目标值较少时,且工序时间允许,则采用吹氩降温;当钢水温度高于目标值过多时,则需加入清洁废钢降温。实际生产中,按150 t钢水计算,每加入100 kg废钢可降温1℃。
(2)钢水成分微调精炼
AHF化学升温精炼处理具有较强的成分调整功能,允许在转炉炉后脱氧合金化时,按钢水合金元素的质量分数偏下限进行控制。在AHF精炼时,可以再次对钢水目标成分进行精炼调整。在精炼中合金收得率高且稳定,其中锰收得率可大于90%,调整范围为-0.05%~0.40%;硅的收得率可达到85%以上,调整范围为-0.03%~0.50%。在对钢水合金成分精炼控制时,首先应根据钢种对铝的要求,调整钢水中铝的质量分数。采用钢包喂铝线,喂线速度应大于300 cm/s,铝线的收得率为75%~85%。当钢中铝的质量分数达到目标要求后,再进行合金调整。
(3)钢水合金化后的均匀搅拌时间及处理周期的控制
对比生产实践及精炼后钢水成分与成品成分得出,在钢水合金化及温度调整后,必须保证其净
吹氩时间≥5 min,才能使钢水精炼后的成分均匀。
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2.3 AHF精炼结果
1、精炼钢水升温比例
在炼钢生产中,一般均需对钢水进行合金微调精炼处理。同时由于转炉出钢温度偏低等原因,对部分钢水则在AHF精炼中需进行一定的温度补偿。钢水温度补偿的主要手段是在AHF中进行化学升温。在两年多的精炼生产实践中,钢水的升温率达到30%,大大减少了回炉钢水量,为保证连铸连浇和生产顺行做出了重大贡献。 2、AHF化学升温前后钢水成分变化
在钢水化学升温过程中,钢水中易氧化元素均会有一定烧损。AHF化学升温前后钢水成分变化列于表1。从表1可以看出,在钢水升温精炼前后,钢水中的w(C)、w(S)基本无变化,w(Si)、w(Mn)均有一定程度的烧损,烧损量一般在0.01%~0·04%,钢水中的w(P)稍有增加。w(Al)在合适的氧铝比下一般控制在<0.02%。在后序的精炼中,则应注意到烧损元素的补充。
3、AHF化学升温处理过程中熔渣的成分变化
AHF化学升温处理过程中,由于铝、硅、锰元素的大量氧化,其氧化产物进入到渣中,使钢水顶渣成分发生变化,会导致顶渣的熔点升高,流动性差。试验中AHF化学升温处理过程中熔渣成分的变化见表2。在精炼中应注意调整精炼渣成分,以保证其流动性。
表1 AHF化学升温过程钢中化学成分的变化。
项目 w(C) w(Si) w(Mn) w(P) w(S) w(Als) 成分变化值 -0.007~0.007 -0.01~-0.04 -0.01~-0.04 0.001~0.007 0.001~0.003 -0.02~0.05
表2 处理前后熔渣成分的变化
项目 处理前 升温后 处理后 w(SiO2) 7.05~10.96 6.84~16.01 6.23~15.78 w(Al2O3) 17.10~25.84 24.56~44.13 23.57~42.97 w(CaO) 27.23~38.43 25.43~31.48 26.20~33.47 w(FeO) 2.46~10.16 1.43~6.34 1.52~5.89 w(MgO) 9.56~12.02 8.92~12.76 8.82~13.64 表3 Q235B连铸钢中加热精炼后与普通精炼后气体的体积分数对比
10-6 气体类别 ψ（O） ψ（N） AHF化学升温处理后 范围 47-119 26-57 均值 77 40 样本数 10 7 范围 45-118 25-60 正常精炼后 均值 75 41 样本数 11 8 差值 2 -1
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表4 Q195Al连铸钢中加热精炼后与普通精炼后夹杂物的质量分数对比
10-6 夹杂物 w总量 w（SiO2） w（Al2O3） w（FeO） w（MnO） w（CaO） AHF化学升温处理后 范围 73-415 26-57 67-220 4.2-15 0.1-3 0.1-10 均值 301 13 190 13 2 7 样本数 8 8 8 8 8 8 范围 78-450 1-68 62-200 2.2-16 0.1-2.0 0.1-8 正常精炼后 均值 332 14 160 15 2 6 样本数 10 10 10 10 10 10 差值 -31 -1 30 -2 0 1
AHF化学升温处理过程中钢中气体的变化在钢水化学升温过程中,由于向钢水吹氧,同时也使高温钢水暴露于空气中,是否会造成钢水增氧、增氮,这是广大冶金工作者所关心的问题。表3为Q235B连铸钢中气体体积分数加热精炼与不升温普通精炼氧、氮体积分数的对比。从表3可以看出,Q235B连铸钢经AHF化学升温精炼和不升温普通精炼,其钢水中的w(O)和w(N)基本相近。可以说明,AHF化学升温精炼处理不会增加钢中气体杂质的体积分数。
AHF处理过程钢中夹杂物质量分数的变化表4为Q195Al连铸钢加热精炼后与普通精炼后夹杂物质量分数的对比。从表4可以看出,经AHF化学升温精炼后的Q195Al钢水中夹杂物的质量分数与不升温精炼后的基本相当。从而说明,AHF化学升温处理过程中加热产生的氧化物不污染钢水。
经过长期的精炼生产实践证明,AHF精炼技术工艺可靠、技术先进、设备可靠、性能稳定。在生产中AHF升温精炼率达到30%左右,升温速度达到5℃/min,处理成功率为100%。采用AHF精炼技术,大幅度提高了上铸机的钢水温度和成分的控制精度,为炼钢厂板坯连铸机的生产顺行发挥了积极的作用。
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3 脱硫工艺技术发展
新世纪钢铁材料的发展方向之一是高纯洁净化。在未来的10～20年间，工业化大规模生产的钢材，C、S、P、N、O和H的含量之和不大于0.010%。目前对优质钢材，尤其是用于海洋、运输、结构等方而的钢材需求的不断增长，钢铁工业正面临着提供符合高强度、低温韧性、冷成型性、各向异性、焊接性等性能良好的低硫钢产品的挑战。为迎接这一挑战，钢铁工业正致力于通过控制钢中的硫等杂质含量，来改善钢产品质量。
上世纪70年代，通过强化铁水脱硫，虽已能够熔炼「S] ≦ 0.01%的钢水，但极低硫钢仍要以硫含量极低的废钢作原料，在电炉中进行还原熔炼来制造。目前，常规钢种对硫含量的要求(0.02%)已经很容易达到。但是，随着用户对钢性能要求的日益提高，钢制品应用范围的扩大，例如对于在能源领域使用的钢材(如，压力容器钢、耐分层撕裂钢、地温用钢等)，为了满足强度和韧性的要求，希望[S]≦0.005%。高质量的耐酸钢、一级汽车面板、轴承钢、高速钢轨等低硫钢，对钢中的〔S」提出了更为严格的要求，要求钢中[S]<0.005%甚至0.001%。特别是近年来，对硫含量低于0.0010%的超低硫钢(如，耐氢致裂纹管线钢等)的需求逐渐增加。为了满足这些要求，需要在生产过程中严格控制钢中硫含量。因此，钢水炉外深脱硫精炼工艺在整个炼钢工艺中的作用愈加重要。
3.1吹氩对脱硫的影响
从动力学方面考虑，吹氩搅拌不仅提高了渣钢间接触面积，而且使扩散传质的推动力加大，这对脱硫是十分有利的。但吹氩量太大，在无法保证精炼过程为还原气氛时，因钢液裸露，造成钢液二次氧化，将影响冶金效果。因此要根据具体的炉子大小和操作条件，选择合理的吹氩制度。
日管公司为了稳定生产低硫钢，在相同炉渣组成的条件下研究了氩气搅拌动能对脱硫速率的影响，当氩气流量由1.7N1/min·t提高到8N1/min·t时，脱硫反应速率大幅度提高，从0.2cm/sec以下提高到0.4cm/sec，在此基础上配合炉渣组成控制，脱硫率达到80%～90%，实现了[S]≦0.0005%的低硫钢的批量生产。神户制钢在低硫钢的生产中也比较了不同氩气流量对脱硫率的影响，见图1.1。
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由图1.1可知，当氩气流量由0.6Nm3/min~0.8Nm3/min提高至1.8Nm3/min时脱硫率由30%一60%提高至70%以上,上述研究强调了氩气搅拌对脱硫的影响，研究得到了一致的结论，增加氩气搅拌动能，脱硫率显著提高。为了改善脱硫动力学条件，一种新的技术是采用双透气砖底吹氩。例如，本川崎钢铁公司水岛厂和我国石家庄钢铁厂采用此法，在此基础上使脱硫率提了1.25倍，硫含量降低至0.0006%。为了均匀钢液成分、促使夹杂物上浮俄罗斯北方钢铁公司在LF精炼结束时进行钢包软吹氩，生产出了硫含量小于0.003%的低硫钢。加拿大steleo钢铁公司Lake Erie厂在进行RH真空处理时，吹氩并喂CaSi线，最后进行连铸，生产出了[S〕<0.0015%的超低硫钢。
3.2钢包渣的组成控制
钢包渣组成控制是冶炼低硫钢的重要部分。日本LF精炼渣普遍采用高碱渣(有时渣中CaO含量高达65%)，仍获得较好的效果。其原因在于渣加入了的A1203，解决了炉渣流动性问题。Mannesmann提出了一种表达熔渣脱硫能力的概念，即曼内斯曼熔渣指。在碱度一定的条件下其表达式为:MI=CaO/Si02/A1203。式中，CaO、Si02、A1203。分别为CaO、Si02、A1203的质量百分比含量乘以100后的值。
图1.2为熔渣指数对硫分配比的影响。研究表明，当渣指数为0.2～0.4时，可获得较高的硫分配比。
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