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LF合成精炼渣优化与深脱硫工艺研究

作　者: 孟劲松
导　师: 姜茂发
学　校: 东北大学
专　业: 钢铁冶金
关键词: LF 脱硫合成精炼渣底吹氩气数学模型夹杂物铝灰基脱硫剂
分类号: TF769
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

LF钢包炉作为一种高效钢的二次精炼手段，借助电弧加热、造还原渣和底吹氩气搅拌等手段，以达到快速脱氧、脱硫、均匀钢水成分、温度以及有效去除钢中夹杂物的目的，在纯净钢冶炼方面发挥了巨大作用。探讨合理的精炼渣成分和底吹氩制度对于提高LF作业效率，降低深脱硫时间，优化转炉、精炼炉和连铸之间的工艺衔接和加快生产节奏均具有十分重要的意义。本论文在鞍钢二炼钢LF合成精炼渣成分基础上，建立二次回归正交设计模型优化了鞍钢现场精炼渣成分，并考察了FeO含量和渣量对合成精炼渣脱硫效果的影响。以优化后的合成精炼渣成分为基准，通过实验室坩埚实验研究了工业原料和铝灰基脱硫剂对脱硫的影响，并借助感应炉装置比较了不同配方合成精炼渣的脱硫效果。结果表明，当渣中FeO、MgO含量不变时，随w（CaO）／w（SiO₂）增加，脱硫率均先增大后减小。在不同碱度条件下，Al₂O₃和CaF₂含量对脱硫效果的影响程度不同，当精炼渣中Al₂O₃、CaF₂含量过高时，增加上述任一组元含量，脱硫率均明显降低；LF冶炼低硫钢时，精炼渣中FeO含量应控制在0.5％以下，且渣量适宜，一般不大于20kg·t^-1钢；本实验条件下优化的最佳精炼渣组成为w（CaO）／w（SiO₂）9～11，Al₂O₃ 27％～29％，MgO 9％，CaF₂ 8％～10％，FeO小于0.5％；比较几种工业脱硫剂配方的脱硫效果，按照脱硫率从大到小的顺序依次为无氟电解铝灰，优化渣，预熔电解铝次，电解铝灰，预熔熔铸铝灰，熔铸铝灰。针对鞍钢第二炼钢厂北区180吨LF精炼炉脱硫工艺，建立数学模型预测了底吹氩搅拌过程中钢水循环流动和混合行为。结果表明，采用数学模型方法和数值计算可以较好地预报吹气搅拌钢包体系中钢水湍流流动和混合现象；鞍钢二炼钢厂北区LF精炼钢包采用的弱偏心喷吹，在吹氩方式上是比较合理的，钢水同时存在明显的上下运动和水平运动；在目前采取的吹氩工艺制度下，钢水95％混匀时间在160s～317s之间，熔池中的钢水循环流量为103t·min^-1～175t·min^-1、熔池液面最大钢水流速为0.35m·s^-1～0.6m·s^-1以及熔池体系最大有效粘度在44kg·m^-1·s^-1～72kg·m^-1·s^-1范围，这些均表明钢包内搅拌强度处于

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声明  3
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中文摘要  4-6
Abstract  6-13
第一章绪论  13-23
  1.1 炉外精炼技术的发展  13-17
    1.1.1 我国炉外精炼技术的发展及现状  14-16
    1.1.2 国外炉外精炼技术发展现状  16-17
  1.2 炉外精炼技术的特点  17-19
    1.2.1 炉外精炼设备的分类  17
    1.2.2 炉外精炼的冶金特点  17-18
    1.2.3 炉外精炼设备的冶金功能  18-19
  1.3 LF精炼工艺  19-21
    1.3.1 LF简介  19-20
    1.3.2 LF精炼工艺特点  20-21
  1.4 课题背景和研究的意义  21-22
  1.5 本课题研究的主要内容  22-23
第二章文献综述  23-39
  2.1 LF脱硫热力学理论  23-27
  2.2 影响LF脱硫的主要因素  27-32
    2.2.1 炉渣成分对LF脱硫的影响  27-30
    2.2.2 炉渣物理性质对LF脱硫的影响  30-32
  2.3 LF精炼渣系  32-35
    2.3.1 LF精炼渣系的分类  32-34
    2.3.2 LF精炼渣系的应用效果  34-35
  2.4 纯净钢冶炼技术  35-39
    2.4.1 纯净钢概念  35-37
    2.4.2 纯净钢冶炼技术  37-39
第三章鞍钢LF合成精炼渣成分优化与设计  39-67
  3.1 实验准备  39-41
    3.1.1 脱硫剂准备  39-40
    3.1.2 钢样准备  40
    3.1.3 坩埚准备  40
    3.1.4 固体电解质定氧探头准备  40-41
  3.2 实验装置  41-43
  3.3 实验条件  43-45
    3.3.1 脱硫剂量  43
    3.3.2 取样时间  43
    3.3.3 搅拌时间  43
    3.3.4 定氧及脱氧  43-45
  3.4 实验过程  45-46
  3.5 实验方案  46-47
  3.6 精炼渣脱硫实验结果与讨论  47-59
    3.6.1 成分分析结果  47-48
    3.6.2 脱硫情况评价  48-49
    3.6.3 回归方程及显著性分析  49-51
    3.6.4 w(CaO)／w(SiO_2)、Al_2O_3含量、CaF_2含量对脱硫率的影响  51-57
    3.6.5 FeO含量和渣量对脱硫率的影响  57-59
    3.6.6 LF深脱硫渣系成分优化  59
  3.7 工业原料和铝灰基脱硫剂的实验研究  59-63
    3.7.1 工业原料分类  59-60
    3.7.2 实验目的  60
    3.7.3 实验方案  60-61
    3.7.4 结果分析与讨论  61-63
  3.8 实验室中频感应炉脱硫试验  63-65
    3.8.1 实验方案和方法  63-64
    3.8.2 实验结果与讨论  64-65
  3.9 小结  65-67
第四章 LF精炼过程钢水流动与混合行为研究  67-82
  4.1 LF精炼过程和吹气搅拌钢包体系  67-68
  4.2 钢包吹氩搅拌过程钢水流动与混合行为数学模型  68-71
    4.2.1 钢包吹氩搅拌过程钢水湍流流动的数学模化  68-70
    4.2.2 钢包吹氩搅拌过程钢水混合现象的数学模化  70-71
    4.2.3 数值求解  71
  4.3 钢包吹氩搅拌过程钢水混合现象的分析方法  71-72
    4.3.1 混匀时间的定义  71-72
    4.3.2 混合现象的分析方法  72
  4.4 鞍钢二炼钢北区180t LF钢包底吹氩搅拌工艺  72-74
  4.5 钢包吹氩搅拌过程钢水流动行为的评估分析  74-79
    4.5.1 钢包吹氩搅拌过程的钢水流动  74-78
    4.5.2 钢包吹氩搅拌过程的钢水湍流脉动  78-79
  4.6 钢包吹氩搅拌过程钢水混合行为的评估分析  79-81
    4.6.1 钢包吹氩搅拌过程钢水混合过程  79-81
    4.6.2 吹氩搅拌强度与钢水混匀时间的关系  81
  4.7 小结  81-82
第五章 LF精炼过程钢中夹杂物行为研究  82-99
  5.1 工艺条件和研究方法  82-85
    5.1.1 管线钢冶炼工艺条件  82-83
    5.1.2 研究方法  83-85
  5.2 结果分析与讨论  85-98
    5.2.1 LF精炼过程对钢中全氧和氮含量的影响  85-87
    5.2.2 LF精炼过程中夹杂物组成和形态的变化  87-91
    5.2.3 LF精炼过程夹杂物数量的变化  91-94
    5.2.4 影响管线钢中夹杂物的因素  94-98
  5.3 小结  98-99
第六章鞍钢二炼钢LF整体工艺优化与深脱硫工业实践  99-125
  6.1 鞍钢二炼钢脱硫工艺情况与评价  99-102
    6.1.1 鞍钢二炼钢转炉冶炼脱硫情况分析  99-100
    6.1.2 炉外精炼阶段脱硫情况  100-102
  6.2 鞍钢二炼钢钢包顶渣改质试验研究  102-104
    6.2.1 二炼钢钢包顶渣改质的必要性  102-103
    6.2.2 二炼钢钢包顶渣改质试验  103-104
  6.3 鞍钢二炼钢LF炉脱硫渣系研究  104-109
    6.3.1 LF造渣脱硫冶金行为现状分析  105-107
    6.3.2 LF炉最佳精炼渣性能研究  107-109
  6.4 鞍钢二炼钢LF泡沫渣研究  109-114
    6.4.1 试验方案  110
    6.4.2 试验结果与讨论  110-114
  6.5 鞍钢二炼钢LF炉深脱硫工业实践  114-123
    6.5.1 第一次深脱硫工业试验  114-116
    6.5.2 第二次全程深脱硫工业试验  116-117
    6.5.3 X70管线钢水LF炉深脱硫工业试验  117-118
    6.5.4 纯净钢冶炼全程脱硫试验分析  118-121
    6.5.5 铝灰基脱硫剂深脱硫工业试验  121-123
  6.6 小结  123-125
第七章结论  125-127
参考文献  127-135
致谢  135-136
攻读博士期间发表论文及获奖情况  136-137
作者简介  137

LF合成精炼渣优化与深脱硫工艺研究

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