電渣重熔渣系選擇的工藝探索

1、電渣重熔渣系選擇的工藝探索攀鋼鋼城企業(yè)總公司冶煉廠 王 賓 陳 濤 李艷麗【摘 要】 通過大量的工藝實(shí)踐探索 , 掌握了電渣重熔渣系對(duì)脫硫 、脫 磷和合金元素?zé)龘p和生產(chǎn)效率的關(guān)系 , 提出了根據(jù)不同鋼種選擇渣系的方法 ?！娟P(guān)鍵詞】 電渣重熔 渣系工藝1 前言電渣重熔過程中 , 熔融渣池起著重要的作用 , 因此在整個(gè)重熔過程中 , 渣池成 分、溫度、深度、態(tài)下。方法 , , 又、熔點(diǎn)、表面張力、粘度、氧化性等與重熔金屬品種相適應(yīng)的最佳 條件 下進(jìn)行 , 因此對(duì)渣系進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇調(diào) 整是十分必要的。我廠有 250K VA 的電渣 重熔爐 2座 , 主要生產(chǎn)電工純鐵、高速工具鋼、模具鋼電渣重熔錠。長

2、期 以來一直選用 CaF 2 Al 2O 3=7 3的渣系 , 生產(chǎn)實(shí)踐表明 , 三“? 七渣系”對(duì) 不同鋼種在純凈度、合金元素的損耗、 P 、 S 等有害元素的去除、生產(chǎn)效率、 產(chǎn)品質(zhì)量、電耗等方面作用是不相同的 。為了摸索電渣重熔渣系選擇的較好方 案 , 我們對(duì)電渣重熔的渣系選擇進(jìn)行了一定的工藝探 索。2 電渣重熔用渣系所要求的主要基本特性 和成分電渣重熔用渣系的各種特性 , 取決于其主要成分 CaF 2、 Al 2O 3、 CaO 等 , 以及加入渣中的氧化物 , 碳酸鹽等 , 渣中加入氧化物 , 會(huì)降低電導(dǎo)率和電耗 , 提高熔點(diǎn)和粘度。熔點(diǎn)下降 , 會(huì)使電導(dǎo)率上升 , 使鋼錠產(chǎn)生 空洞

3、 、氣孔 、夾雜等缺陷 , 提高熔 點(diǎn)將降低電 導(dǎo)率 , 妨礙脫硫反應(yīng) ,100200, 。 (例如在 CaF 2量多 , 粘 01100115泊的渣子 , 和 Al 2O 3量多 , 粘度為 01100115泊的 , 采用后者夾雜物有所 增加 。為了防止熔渣卷入金屬內(nèi) , 熔融金屬和 熔渣之間應(yīng)具有足夠大的表面張力以及 對(duì)非 金屬夾雜物相適應(yīng)的高吸附能力 。 CaF 2含 量少及 Al 2O 3、 CaO 含量高時(shí) 具有大的表面 張力 , 因?yàn)?Ca +與F -結(jié)合能比 O - 結(jié)合能力 小的緣故 , 此外氧化物渣子對(duì)于剛玉 、 石英玻 璃具 有較好的吸附能力 。3 電渣重熔錠質(zhì)量和渣系成分

4、關(guān)系工藝探 討為了探索電渣重熔過程中脫硫 、 脫氧和 合金元素變化 , 雜質(zhì)去除等行為 以及它們和 渣料成分關(guān)系 , 我們采用高速鋼 W9M o3Cr4V 、 W6M o5Cr4V (M2 、電 工純鐵 (DT4、 DT3 、通過變換渣系 , 對(duì)電渣重熔 、脫氧 、脫硫等行 為進(jìn)行了生產(chǎn)實(shí)踐工藝探索 。 311 電渣重熔脫硫機(jī)理 。脫硫是電渣 重熔的重要 特征之一 , 其按照下列反應(yīng)進(jìn)行 : 硫由金屬向渣中轉(zhuǎn)移的行為 :S金屬 +(O 2- 渣 O金屬 +(S 2- 渣 ? 轉(zhuǎn)移進(jìn)渣中的硫和大氣中氧反應(yīng)而逸四川冶金 S ichuan Metallurgy(S 2- 渣 +3O22SO 2 大氣

5、 +2(O - ?在采用 CaF 2渣系中 , 可通過如下反應(yīng)進(jìn) 行 :CaS +3CaF 2+4Fe 3O 4=4CaO +12FeO +SF 4 能使 SF 4等氣體揮發(fā)掉 。312 電渣重熔脫硫與渣系成分關(guān)系的工藝實(shí)踐采用 CaF 2、 CaO 、 Al 2O 3 為渣系原料變換其成分配比 , 冶煉電工純鐵 (DT3、 DT4 研究脫硫情況 , 見表 1。表 1 渣系對(duì) DT 4 重熔脫硫率的影響重熔電極 S 含量 (%渣系成分 (%Al 2O 3CaO CaF 2重熔錠S 含量 (%脫硫率(% 0. 0122010700. 0. 0100. 0132070. 007041. 60. 0

6、120. 007240. 70. 01430700. 0042720. 01440600. 003973. 2（以上每組渣系試驗(yàn)三組 , 表中所列成分為三次試驗(yàn)數(shù)據(jù)平均值可見增加渣中 CaO 將提高堿度 , 提高脫硫率 , 在 CaO 含量達(dá) 40%時(shí) , 脫硫率最高可 達(dá) 75%, 當(dāng) CaO 含量達(dá) 20%時(shí) , 其 脫硫效果 可提高 15%左右 , 脫硫效果隨著 CaO 含量增 加而提高 , 當(dāng)含量超過 40% 時(shí) , 電渣重熔電 氣方面會(huì)出現(xiàn)問題 。 增加 Al 2O 3, 脫硫率呈現(xiàn) 出降低情況 , 然而 熔融金屬和渣子之間硫的 分配系數(shù)降低不大 , 分配系數(shù)隨 CaO/SiO 2

7、增 大而 增 大 , 當(dāng) Al 2O 3 含 量 小 于 15%, 即 使 CaO/SiO 2一定 , 分配系數(shù)也還會(huì)急劇減少 ,可見采用 Al 2O 3 渣料時(shí) , 由于硫的活度增大 , 有利于硫的氧化 。在 250K VA 電渣爐 , 對(duì)高速工具鋼進(jìn)行 電渣重熔 , 采用 Al 2O 3、 CaO 、 CaF 2渣系 , 固定 Al 2O 3、 CaF 2, 變換 CaO 調(diào)整堿度 , 其結(jié)果見圖 1。其次 , 在采用純 CaF 2情況下 , 與以雜質(zhì)形式存在的 SiO 2之間產(chǎn)生 2CaF 2+SiO 2=2CaO +SiF 4反 應(yīng) , 產(chǎn)生 CaO , 這有助于脫硫FeS 和 CaS

8、 ,圖 1 渣堿度對(duì)脫 S 可見 , 。此外加入含有 2% 4%FeO 、 可抑制硫的氧化見表 2。表 2渣系中抑制脫 S 劑的作用渣子成分重熔前含 S 重熔后含 S 脫硫率 (%CaF 2Al 2O 370%30%外配FeSFeO CaS5%3%5%-1. 5+2. 1-1. 1這對(duì)用電渣重熔生產(chǎn)需保持含 S 量的易切削鋼是十分合適的從以上分析可以看出 , 在電渣重熔過程 中 , 通過選擇渣料成分和對(duì)不同鋼種用 戶對(duì) S 含量要求 , 可以有效地實(shí)現(xiàn)脫硫或?qū)α虻谋３?, 具體措施見表 3。表 3 電渣重熔中控制 S 的基本措施脫硫保 持 硫提高渣中 CaO 含量維持渣中和鋼中硫化物S(S 平

9、衡清潔重熔電極使 S iO 2、 FeO 、 MnO 等氧化物盡量最低。 少量加 FeO 、 T iO 2 等抑制硫氧化。313 電渣重熔脫磷與渣系成分關(guān)系工藝實(shí)踐要想通過電渣重熔進(jìn)行脫磷 , 一般要求 同時(shí)滿足 :?4? 2001年第 5 期(1 提供磷氧化用的高氧化渣 ;(2 高堿度渣以使轉(zhuǎn)移進(jìn)熔渣中磷結(jié)合成穩(wěn)定的化合物(3 防止從熔渣向金屬中回磷 (包括低操 作溫度等 。高堿度渣料可通過添加 CaO 而獲得 , 但 是 , 造成電渣重熔操作溫度較高 , 使磷 向金屬 內(nèi)轉(zhuǎn)移 , 事實(shí)上 , 不可能同時(shí)滿足上述三個(gè)條 件 , 所以電渣重熔進(jìn)行脫磷作 用很小 。在實(shí)踐中 , 我們用電工純鐵

10、、 碳素工具鋼 采用幾種渣系 , 研究了電渣重熔的 脫磷情況 , 見表 4 和表 5。表 4渣系對(duì)脫磷率的影響渣系重熔前 P 含量 (% 重熔后 P 含量 (P ( 70%CaF2+30%Al2O 30. 0100. +0. 20%CaO+20%Al2O 360%CaF20. -0. 0009100%CaF20. 0120. 012表 5 20%CaO+20%BaO+60%CaF2渣對(duì)高速鋼脫磷情況磷 含 量 (%電 極 鋼 錠脫磷率 (%W9M o3Cr4V 0. 0220. 0209W6M o9Cr4V20. 0250. 0238渣中加入 BaO 高氧化渣后 , 對(duì)脫磷有一定影響 , 但作

11、用不是很大 。通過對(duì)各種渣脫磷的探索 , 幾乎各種渣 系在電渣重熔中對(duì)磷影響不大 , 甚至有 回磷 現(xiàn)象 , 即使加入 BaO 等高氧化渣后 , 對(duì)脫磷 作用影響也不是十分明顯 , 所以 我們不能指望通過電渣重熔進(jìn)行脫磷 , 因?yàn)闊o論選擇那 種渣系 , 在電渣重熔高溫操作下 , 都會(huì)有回磷 現(xiàn)象產(chǎn)生 。314 電渣重熔渣系成分與合金元素關(guān) 系電渣重熔中 ,T i 、 Al 、 Si 、 Mn 等易氧化元素 會(huì)產(chǎn)生氧化 , 這是由空氣中氧 經(jīng)過熔渣轉(zhuǎn)移 , 以及由于自耗電極表面氧化而使氧向渣池內(nèi) 轉(zhuǎn)移的緣故 , 其氧化程 度決定于侵入氧量的 多少 , 同時(shí)還取決于與氧親和力高的元素變 化量 。,

12、 , 見 66電渣重熔幾種渣料對(duì)電工純鐵 C 、 S i 、 Mn 、Al 的影響渣系C (% S i (% Mn (% Al (% 70%CaF2+30%Al2O 320%CaO+20%Al 2O 3 +60%CaF2100%CaF2 電極0. 0150. 080. 040. 32熔后鋼錠 0. 0160. 0940. 0390. 079變 化 值+0. 001+0. 014-0. 001-0. 24合金收率 120%98%26%電極0. 0210. 090. 0220. 417熔后鋼錠0. 0200. 0100. 0210. 370變 化 值-0. 001+0. 001-0. 001-0.

13、 047合金收率 101%96%89%電極 0. 210. 180. 0200. 40熔后鋼錠0. 0190. 210. 0210. 21變 化 值 -0. 002+0. 03+0. 022-0. 207合金收率160%95%47. 5%在以 CaF 2為基礎(chǔ) , 變化 CaO 和 Al 2O 3對(duì)高速工具鋼進(jìn)行試驗(yàn) , 觀察 C 、 Si 、 Mn 元素變 化 , 見表 7。表 7渣料成分對(duì)高渣鋼 C 、 S i 、 Mn 的影響母材電極10%CaO+30%Al2O 320%CaO+20%Al2O 330%CaO+10%Al2O 340%CaO40%Al2O 3C 0. 740. 730.

14、740. 730. 730. 73S i 0. 2720. 170. 160. 120. 0100. 15Mn0. 540. 510. 530. 490. 510. 52備注 渣料中含 CaF 260%, 其余為 CaO 和 Al 2O 3。通過以上數(shù)據(jù)可以看出 , 在電渣重熔過程中 , 首先是與氧親和力高的 Al 被氧化 。 在幾種渣系試驗(yàn)中 , 無論是冶煉電 工純 鐵 , 還是高速工具鋼 , 碳的變化很小 , 電渣重5? 四川冶金 S ichuan Metallurgy熔高速鋼碳幾乎沒有變化 , 重熔電工純鐵有 極其微小的變化 。對(duì)于 Si 元素 , 在重熔含鋁 、 鈦較高鋼種 (如電工純

15、鐵時(shí) 熔渣中轉(zhuǎn)入金屬內(nèi)不 穩(wěn)定氧 化物 SiO 2被鋁 、 鈦還原 , 出現(xiàn)了增硅 , 而電渣 重熔中鋁的燒損嚴(yán)重 , 三 種渣系比較 , (70%CaF 2+30%+Al 2O 3 渣 :鋁的燒損 、 Si 的增加 最大 ; (20%CaO+20%Al2O 3+60%CaF2 渣 :鋁的燒損最小 , 增硅也最小 。所以在電渣重 熔 電工純鐵要注意鋁 、 硅元素變化 , 否則可能 因成分超標(biāo)而報(bào)廢 。 在渣系選擇中最 好選用 (20%CaO+20%Al2O 3+60%CaF2 渣系 , 對(duì)鋁 影響較小 , 同時(shí)要注意調(diào)整重 熔前自耗電極 的化學(xué)成分 , 見表 8。表 8 渣 系(PS70%Ca

16、F230%Al2O 31. 41392. 161. 290. 0210. 035100%CaF21. 941. 680. 0230. 0232. 130. 670. 0200. 05620%CaO+20%Al 2O 3+60%CaF22. 451. 420. 0540. 0581. 980. 840. 0220. 058然而 , 對(duì)電渣重熔含鋁 、 鈦較低的鋼種如 重熔高速鋼 、 模具鋼等特殊鋼種 , 硅出現(xiàn)了燒 損 , 燒損的程度隨 Al 2O 3 變化 。 (70%CaF2+30%Al2O 3 渣中硅的燒 損最小 , 約 20%燒損 , 所以在電渣重熔高速鋼應(yīng)特別注意硅的成分 變化 ,G

17、B9943 88對(duì)高速鋼電渣重熔鋼錠硅 的成分不作下限要求 , 但對(duì)于有特別要求的 用戶 , 應(yīng) 在重熔電極成分調(diào)整和渣系選擇上 作好工作 , 以保證鋼錠化學(xué)成分合格 。電渣重熔中硅元素的變化 , 還受渣料的 是否新鮮 、 返回渣料 、 以及重熔電極 是否清 潔 、 去除 SiO 2、 氧化鐵皮等的影響 , 見表 9。其它合金元素的變化 , 在大量的生產(chǎn)實(shí) 踐中表明 ,W 、 Me 、 V 、 Ni 等元素 電極重熔中成 分比較穩(wěn)定 , 幾乎沒有變化 ,Cr 元素有微小 變化 。 使用 (70%CaF2+30%Al2O 3 渣變化最 小 , 金屬電極燒損率為 5%10%, 實(shí)際生產(chǎn) 時(shí) , 應(yīng)

18、 注意控制 Cr 元素成分在中限 。表 9 渣料和電極的處理與電渣重熔 S i 的損失 試驗(yàn)鋼種 : 碳素鋼 渣料成 分 :(70%CaF2+30%Al2O 3生產(chǎn)方式 重熔前電極 S i 的含量 (%重熔后電極 S i 的含量 (%新渣料處理電極 0. 550. 49新渣料未處理電極 0. 520. 40使用渣料處理電極 0. 530. 35使用渣料未處理電極0. 540. 194 渣系成分對(duì)電渣重熔生產(chǎn)率的影響電渣重熔的生產(chǎn)率主要由電壓 、 電流 、 電 , 但在很大程 , 即渣料成 。 種渣系 進(jìn)。10渣系對(duì)生產(chǎn)率的影響渣系渣料成分 (%CaO Al O CaF 生產(chǎn)率 (kg/h 單位電耗(kwh/t CaO 595871632CaF Al O CaO Al O CaO Al O CaF 隨著 Al 2O 3 含量增加 , 渣子的電導(dǎo)降低 , 生產(chǎn)率提高單位電耗減少 ,Al 2O 3含量增加到 40%以上 , 增加緩 慢 , 當(dāng) Al 2O 3 含量增加到 45% 以上 , 生產(chǎn)率反而下降 , 電耗增加 。 5 結(jié)語電渣重熔渣系對(duì)電渣重熔生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì) 量 、 生產(chǎn)效率 、 經(jīng)濟(jì)性有著十分重 要的影響 。 實(shí)際生