《LF钢包炉工艺》PPT课件.ppt

LF钢包炉工艺,碳钢炼钢工艺流程优化项目部陈开锋2007年3月,炉外精炼培训,概述,LF是英文LadleFurnace的简写，是1971年日本特殊钢公司（大同钢特殊钢公司）开发的钢包炉精炼法。,LF钢包精炼炉的功能,电弧加热吹氩搅拌合金化和成分调整喂线和夹杂物变性处理造渣：脱硫、脱氧、吸收夹杂物,一、LF炉精炼过程的温度控制,LF炉的加热原理:通过变压器、二次短网，电极横臂将电流输送到电极；电极与钢水之间产生电弧，将电能转化成热能送到钢水，从而达到加热升温的目的。,影响钢水升温的主要因素,进入熔池中的电弧热量钢包状态渣层厚度吹氩搅拌,1、钢包状态,钢包状态一般指钢包预热温度，由于钢包包壁的吸热，加热过程中，钢液的升温速率不是恒定的，开始时由于钢包包壁吸热快，钢液升温速率比较小。,2、渣层厚度,渣越薄，表面散热量越大，渣厚小于50mm时，渣厚对渣表面散热量影响较大；渣厚大于50mm时，不同渣层厚度对渣表面的热损失基本相同。如下图,不同渣厚时，渣表面热损失随时间的变化,3、吹氩搅拌,对60t钢水而言氩气升温造成引起的钢水温降为0.005/min，这不是引起钢水温降的真正原因。吹氩引起钢液温降的主要原因为：吹氩搅拌消除了包内钢液的温度分层，增加了钢液向包壁的热传导能力；吹氩搅拌时钢液面裸露，散热增加。,加热时功率选择,一般在精炼初期采用短电弧，大功率，以快速熔化渣料；在渣料熔化后，适当拉长电弧，增大输入功率，快速升温；在精炼后期，根据钢种要求选择适当的电弧长度和合适的输入功率，将钢水温度控制在较窄的范围内，以满足连铸对钢水温度的要求。,提高LF炉热效率的主要技术措施,（1）优化供电制度，提高电效率和电弧的传热效率（2）加强钢包烘烤和实施钢包周转的优化,二、LF精炼过程的吹氩搅拌,在精炼过程中，通过吹氩均匀钢水成分和温度，加快夹杂物的上浮，促进钢渣间界面反应。,1、吹氩功率的选择,不同的操作工艺需要选择不同的吹氩功率，参考下表:,2、吹氩注意的问题,1.过强的搅拌2.若搅拌,三、非金属变性处理,非金属夹杂的变性处理就是向钢液喷入某些固体熔剂，即变性剂，改变存在于钢液中的非金属夹杂物的性质，达到消除或减小它们对钢性质的不利影响，以及改善钢液的可浇注性，保证连铸工艺操作顺利进行。,钙的变性作用,问题:铝脱氧的钢中存在的氧化铝夹杂物多数熔点很高，在连铸温度下呈固态，很容易在中间包水口处聚积引起堵塞。而在钢中的A12O3在轧制过程会被破碎，延轧制方向连续分布，造成严重的缺陷。解决办法:如果控制铝脱氧产物在炼钢连铸温度下呈液态，可以大量上浮，不仅可以消除水口堵塞保证连铸顺利进行，而且有利于改善钢的质量。,从CaO-Al2O3二元相图(见下图)可以看出，在可能形成的5种钙铝化合物中12CaO7Al2O3(C12A7)的熔点最低1415，而且密度也小2.83g/cm3，在连铸中间包中易于排除。,CaO-Al2O3相图,钙变性处理过程,正是基于此原因，对Al2O3夹杂采取钙变性处理方式。Ca十O=(CaO)，加入的钙很容易形成CaO.2Al2O3型夹杂物，随着CaO不断增加而改变为CaO.Al2O3，最后形成富CaO的低熔点的铝酸钙夹杂物。,四、造渣：脱硫、脱氧、吸收夹杂物,原理,LF炉能够创造良好的还原气氛和优越的冶金热力学、动力学条件，充分保证了脱硫、脱氧和夹杂物的去出。,（1）还原气氛LF炉本身不具备真空系统，但由于钢包与炉盖密封，隔离空气，加热时石墨电极与渣中FeO、MnO、Cr2O3等反应生成CO气体，使LF炉内气氛中氧含量减少。精炼过程通过扩散脱氧和沉淀脱氧造成钢液的还原条件，可以进一步脱氧、脱硫及去除非金属夹杂。（2）氩气搅拌氩气搅拌加速钢渣之间物质传递，有利于钢液脱氧、脱硫反应。吹氩可以加速Al2O3夹杂物上浮速度，在密封的LF炉，吹氩15min后，可使钢中大于20m的Al2O3夹杂基本清除。,1、白渣精炼,LF炉操作中通过对炉渣强化脱氧形成白渣，由于渣对钢液中氧化物的吸附和溶解，达到钢液脱氧效果。(无污染脱氧方法)LF炉由于有温度补偿，吹氩强烈搅拌，随渣中碱度提高，硫的分配比增大，可炼出低硫钢或超低硫钢。目前国内外冶炼低硫钢和超低硫钢时渣中（FeO+MnO）的理想控制范围是小于0.5%。,熔渣颜色,黑色:w(FeO+MnO)2%，渣的氧化性很强，不具备还原功能，需要进行强烈的还原脱氧。灰色到褐色:w(FeO+MnO)=1%2%，渣的氧化性较弱，但还需要进一步地还原。白色到黄色:这种渣子还原得较好，黄色表明发生了脱硫，这种渣冷却下来后会碎裂成粉状。,炉渣脱硫,脱硫的问题就目前水平而言已经解决。日本某厂通过炉外精炼的有关操作已可将钢中的硫降到2ppm的水平。脱硫应保证炉渣的高碱度、强还原性即渣中自由CaO含量要高；渣中（FeO+MnO）%要充分低，一般小于0.5%是十分必要的。从热力学的角度讲，温度高有利于脱硫反应的。而且较高的温度可以造成更好的动力学条件而加快脱硫反应。,脱硫原理,CaO+FeS=CaS+FeO要使钢水脱硫，首先必须使钢水充分脱氧。此时钢中的铝含量应当高于0.02%。这时可以保证溶解氧不高于24ppm。经常使用的脱硫合成渣是4550%CaO，1020%CaF2，515%Al，05%SiO2。过多的SiO2会降低炉渣的脱硫能力，但是它却可以降低炉渣的熔点，使炉渣尽快参加反应，起到对脱硫有利的作用。只要不超过5%就不会对脱硫造成不利影响。,（1）控制炉渣成分，提高炉渣碱度。为此，炉渣中SiO2的含量要控制在10%以下，最好达到5%的水平。为了对于特殊场合，可以添加BaO，Na2O，Li2O等碱度更高的组元。（2）强化对炉渣和钢水的脱氧。向炉渣中加入扩散脱氧剂，使渣中（FeO+MnO）含量达到1%甚至0.5%以下。控制钢中酸溶铝含量，使钢水中氧活度控制在1.010-3以下。,脱硫的工艺条件,（3）较高的精炼温度和良好的底吹氩搅拌工艺也是重要脱硫工艺条件。（4）对炉渣和钢水的原始硫含量进行限制，同时也保证相应的渣量，必要时可进行换渣操作。,谢谢！,谢谢！,