LF-VD精煉爐脫硫工藝研究-畢業(yè)論文3

LF-VD精煉爐脫硫工藝研究-畢業(yè)論文LF-VD精煉爐脫硫工藝研究-畢業(yè)論文/LF-VD精煉爐脫硫工藝研究-畢業(yè)論文Xxxxx學(xué)院08屆畢業(yè)論文論文題目：LF-VD精煉爐脫硫工藝研究系部：xxxxx專業(yè)：xxxxx班級：xxxxxxx姓名：xxxxx指導(dǎo)老師：二零一一年x月x日目錄摘要關(guān)鍵詞一、工藝流程與操作要點…………4二、結(jié)果與數(shù)據(jù)處理……………42.1精煉過程各階段脫硫情況2.2頂渣堿度與脫硫關(guān)系2.3鋼中酸溶鋁與脫硫關(guān)系三、分析與討論3.1倒包階段脫硫………………63.2LF工位脫硫…………3.3凈化階段的脫硫……………83.4凈化階段的脫硫…………10四、結(jié)論…11五、參考文獻(xiàn)……………………11LF-VD精煉爐脫硫工藝研究摘要通過對蘇鋼LF-VD精煉爐的脫硫工藝全過程的研究，揭示了不同階段的脫硫機理，并提出了改善其脫硫效率飛措施，為利用LF-VD精煉爐冶煉低硫鋼提供了理論依據(jù)。關(guān)鍵詞LF-VD精煉爐；冶煉工藝；脫硫機理1前言眾所周知，硫在鋼中是以FeS和MnS形式存在的。在鋼液凝固過程中，由于選分結(jié)晶被推向鋼液內(nèi)部或上部，形成硫的偏析。FeS在晶界上呈網(wǎng)狀分布，MnS在壓力加工過程中沿變形方向延伸呈線、；鏈狀分布。由此引起產(chǎn)品三向性能的顯著差異，從而惡化了鋼材的塑性和沿厚度方向的斷面收縮率，使鋼的制品受各種復(fù)雜應(yīng)力作用而破壞。盡管硫?qū)︿摰奈：?，無論是理論上還是實踐中都已認(rèn)識清楚，但是由于國際上通行的標(biāo)準(zhǔn)中對硫的要求往往不高，例如美國ARR標(biāo)準(zhǔn)對鐵道用鋼硫的要求是≤0.040﹪(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))，這對于現(xiàn)在一般的煉鋼工藝都不難達(dá)到，因此，很容易使煉鋼工作者對其脫硫的工作都不重視，以為只要滿足其標(biāo)準(zhǔn)即可。事實上，在國外生產(chǎn)的鋼中，硫的控制大大低于標(biāo)準(zhǔn)要求，以期練出超低硫鋼，來全面改善和提高產(chǎn)品的性能。因此研究煉鋼過程脫硫問題任然是一項極有價值的工作。本文主要對蘇鋼100tLF-VD精煉爐的脫硫工藝進(jìn)行研究，揭示各階段硫的變化情況；以與影響脫硫的主要因素，為提高煉鋼產(chǎn)品的質(zhì)量提供必要保證。一、工藝流程與操作作要點工藝流程：出鋼→倒包站→真空站→靜化攪拌→出戰(zhàn)澆鋼各工藝過程的操作要求如下。出鋼：加Si、Mn、C、Al等元素進(jìn)行預(yù)脫氧和合金化；倒包：采用大水口倒包，并加人石灰、螢石等造渣材料；加熱（LF）：造渣、脫氧、電磁攪拌、成分微調(diào)；真空(VD)：真空度〈100Pa，攪拌(電磁攪拌、吹氬攪拌)；凈化：加入Ca類合金，并攪拌凈化。二、試驗結(jié)果與數(shù)據(jù)處理2.1精煉過程各階段脫硫情況精煉過程分４個階段。倒包階段：出鋼到LF取第一個鋼樣；LF階段：LF取第一個鋼樣至LF結(jié)束；VD階段：LF結(jié)束至真空結(jié)束；凈化階段：真空結(jié)束→終脫氧→澆注。根據(jù)160爐生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果見表1~表3表1精煉過程中各階段鋼中硫含量（w）項目原始硫含量倒包后硫含量LF結(jié)束硫含量真空后硫含量終點硫含量Min0.0170.0110.0080.0040.002Max0.0410.0320.0290.0220.019均值0.0290.0210.0170.0110.009表2精煉過程中各階段鋼中硫的去處值(w)項目倒包ΔS1LFΔS2VDΔS3凈化ΔS4Min0000Max0.0150.0090.0160.006均值0.0080.0030.0060.002表3精煉過程中各階段脫硫所占百分比%項目倒包S1LFS2VDS3凈化S4Min0000Max88456432均值401731122.2頂渣堿度與脫硫關(guān)系。通過；研究發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)有的渣系和操作工藝條件下，鋼中硫含量和爐渣堿度有一定的關(guān)系，對頂渣堿度R[w(CaO)/w(SiO2)]和成品鋼中硫含量的有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，結(jié)果表明：硫含量同R存在顯著的線性關(guān)系。硫含量和R的線性回歸方程為：w([S])×105=-9.91R+34.50，相關(guān)系數(shù)為r＝0.815。成品鋼中硫含量和頂渣堿度的關(guān)系見圖1.2．３鋼中酸溶鋁與脫硫關(guān)系通過研究大量的工業(yè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在當(dāng)前的精煉操作工藝條件下，鋼中硫含量和鋼中酸溶鋁存在一定的關(guān)系，對鋼中酸溶鋁和成品鋼中硫含量的有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，結(jié)果表明：w([S])同鋼中Als存在明顯的線性關(guān)系。它們的相關(guān)系數(shù)為r=0.72，線性回歸方程為w([S])×103=-3.22（[Als]）+20。成品鋼中硫含量和鋼中酸溶鋁關(guān)系見圖2.3分析與討論3.1倒包階段脫硫倒包工藝雖然有溫降大的缺點，但它的優(yōu)點是除渣干凈。蘇鋼現(xiàn)在所采用的倒包工藝是通過滑動水口裝置將鋼水從普通鋼包倒人精煉專用鋼包。在倒包過程中，一方面把氧化性爐渣徹底清除；另～方面不斷地向精煉爐加入石灰、螢石等造渣材料，來滿足精煉工藝的需要。這樣倒包過程實際上就是鋼水與固體渣的渣洗過程，其過程的主要脫硫反應(yīng)為：（CaO）+[S]=(CaS)+[O]（1）K=a(CaS)a[O]/a(CaO)a[S]（2）式中K——反應(yīng)平衡常數(shù)a——活度由于倒包過程要持續(xù)15min左右，石灰的加入量為鋼水重量的1％，這樣大量的Cao和CaF2共同作用生成一種較強的脫硫渣系，而且鋼水通過出鋼過程脫氧反應(yīng)，有利于反應(yīng)向脫硫方向進(jìn)行；同時由于鋼水在倒包過程中落差＞２m,其沖擊攪拌作用很大，為脫硫反應(yīng)提供了良好的動力學(xué)條件，更加有利于深度脫硫。表1、表2、表3、給出的結(jié)果表明：倒包過程脫硫反應(yīng)是最劇烈的，倒包階段的脫硫值是幾個階段中最顯著的，其脫硫值占全過程脫硫量的40％。3.2LF工位脫硫從工藝流程來看，LF階段是石灰熔化成渣期，爐渣堿度Ｒ［ｗ（ＣａＯ）/（Ｓｉ０２）］在２—３之間，同時采用電爐造白渣技術(shù)，（Ｆ∞）控制在0.5％左右，而且在頂渣溶化完畢后，向鋼水中加入一定量的鋁，進(jìn)一步脫氧，使得鋼液處于良好的脫氧狀態(tài)。因而鋼中的溶解氧的含量將主要由鋁含量控制，其反應(yīng)式如下：2[Al]+3[O]=(Al2O3)(3)K=(4)a2[Al]a3[O]=4.3×10-14(5)由此可算得鋼液中a[Al]與a[O]系如表4所示，其根據(jù)實測結(jié)果鋼中的[O]濃度基本上與理論值相一致。表4鋼水中的a[Al]與a[O]的關(guān)系項目數(shù)值a[Al]0.010.020.030.04a[O]7.54.83.63在處理過程中，渣中的CaO與[Al]與[S]的反應(yīng)可用下式表示：(CaO)+2/3[Al]+[S]=(CaS)+1/3(Al2O3)(6)即：隨著加熱過程的進(jìn)行，精煉頂渣的堿度不斷提高井趨于穩(wěn)定，對脫硫作用將漸趨重要。測試結(jié)果表明，隨著頂渣堿度的提高。鋼中硫不斷降低；隨著鋼中AlS含量的提高，成品中的硫含量下降。表1中給出的結(jié)果是LF工位的脫硫率僅占精煉過程總脫硫率的17％，位于第三。這是因為脫硫反應(yīng)主要在鋼渣界面進(jìn)行，盡管鋼液在電磁力的作用下進(jìn)行全過程攪拌，但攪拌強度不大，鋼-渣界面的混合程度比起倒包時的沖擊攪拌差，雖然熱力學(xué)條件優(yōu)于倒包過程，但動力學(xué)條件不如倒包過程，動力學(xué)條件成為制約脫硫反應(yīng)進(jìn)的關(guān)鍵因素。3.3ＶＤ工位的脫硫從表(1)可以看出：20-30min內(nèi)真空的脫硫率占全過程脫硫的３１％，說明了在真空條件下脫硫效果是良好的。這種良好的脫硫作用基于以下兩方面因素：一是精煉過程的熱力學(xué)條件變化；二是動力學(xué)條件的改善。在LF狀態(tài)下，鋼中氧受Ａｌｓ控制，但在ＶＤ狀態(tài)下，鋼中的氧主要受鋼中碳控制：(CaO)+[S]=(CaS)+[O](7)[C]+[O]=CO(8)(CaO)+[S]+[C]=(CaS)+CO(9)在真空狀態(tài)下的ＣＯ分壓將明顯降低，反應(yīng)向脫硫方向進(jìn)行，而且ＣＯ氣體被抽走之后，逆反應(yīng)將大大減少，其脫硫過程將會加速。文獻(xiàn)［1］中給出了VD處理過程中鋼中a[C]、a[O]、PCO的關(guān)系式：a[C]·a[CO]/PCO=1.974×10-5當(dāng)渣層厚度為0.10ｍ，真空度為67Pa，PCO=0.0274Pa時，aC與a[O]的關(guān)系見表5表5a[C]與a[O]的關(guān)系.項目數(shù)值a[c]1.000.700.500.200.10a[O]×10-60.540.771.082.705.40通過表4與表5的比較，不難發(fā)現(xiàn)在真空狀態(tài)下，中、高碳鋼將由碳控制鋼中的氧。隨著真空度的提高和真空時間的延長，鋼中氧的不斷降低為進(jìn)一步降低鋼中硫提供了有利的熱力學(xué)條件。在精煉操作中，由于鋼中含硫量較低，則脫硫反應(yīng)的限制性環(huán)節(jié)是硫在鋼中的傳質(zhì)速度，反映脫硫速度的公式為（2）在有氣體攪拌的條件下K值為：（11）式中K——表示脫硫常數(shù)F——平靜時的鋼—渣界面積/m2V——鋼水體積/m3Ds——鋼水中硫的擴散系數(shù)/m2s-1Ls——硫在渣—鋼間的分配系數(shù)Q——通過界面的實際氣體流量/m3s-1t——時間/sw([S])——鋼中硫含量/％w(S)——渣中硫含量/％由式(10)可見，在精煉過程中影響脫硫速度的因素的確很多，但是就具體的一爐鋼而言，鋼渣面積和鋼水體積波動不大。由式(11)知表觀常數(shù)值的大小取決于單位時間通過界面的實際氣體流量。在VD條件下，Q值不僅取決于底吹氬的大小，而且取決于C--O反應(yīng)生成CO量的多少。前者由工藝設(shè)定值決定，供氬氣量越大，鋼水?dāng)嚢柙綇娏?，鋼渣混合程度就越好，脫硫反?yīng)界面積越大，脫硫速度就越快；而影響后者的因素是多方面的，首先與真空度有關(guān)，真空度越高，C—O反應(yīng)就越易進(jìn)行，生成的CO氣泡就越多，這種CO氣泡首先在罐壁生成，繼而擴散到罐底，使整個精煉包內(nèi)的鋼水活動異常活躍，從而大大增加了鋼渣反應(yīng)面積，使脫硫反應(yīng)得以迅速進(jìn)行，其次與鋼水中的含氧量有關(guān)，氧越高，C-O反應(yīng)就越激烈，這樣隨著C-O反應(yīng)的進(jìn)行，氧不斷降低，脫硫的熱力學(xué)條件隨之改善．同時由于C-O反應(yīng)的進(jìn)行，CO氣體的上浮引起的攪拌．又進(jìn)一步改善了硫在鋼水中的傳質(zhì)，使得脫硫過程進(jìn)一步加速，其三與鋼水中的含碳量有關(guān)，隨著含碳的減低，氧含量相對增加，這就是20min的真空脫硫效果比1hLF工位脫硫效果好，并且還要高出近一倍的主要原因3.4凈化階段的脫硫。凈化階段是由終脫氧和凈化攪拌兩步驟組成，其脫硫比率占總脫硫值的ｌ２％，本工藝采用的終脫氧劑是由含鈣類合金來完成的。含鈣類的合金不僅具有深脫氧能力，而且有深度脫硫的作用，其反應(yīng)方程式為：Ca(g)+[S]=CaS(12)ΔGo=-136380+40.94T(13)使用鈣合金后，其強大的脫氧能力進(jìn)一步促進(jìn)了脫硫反應(yīng)的進(jìn)行。圖3是鈣和鋁的加入對鋼中氧含量的影響當(dāng)w([Al])=0.020%時，所對應(yīng)的w([O])=0.007%。當(dāng)加入鈣后，鋼中氧立刻降為0.0006%，這樣脫硫的熱力學(xué)條件得以改善。同時不能忽略凈化攪拌的作用，不推開渣面的氣體攪拌和電磁攪拌的作用表現(xiàn)為兩個方面：一方面凈化攪拌使鈣在鋼水中得以擴散均勻，使脫氧反應(yīng)向平衡態(tài)接近；另一方面鈣和硫反應(yīng)生成的CaS，在攪拌過程中上浮，排除到浮渣中，從而促進(jìn)Ca的脫硫反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行。4結(jié)論通過對精煉爐脫硫工藝的研究，可以得出以下結(jié)論：（1）鋼包精煉的各階段脫硫情況是有差異的。這是因為各階段脫硫反應(yīng)的熱力學(xué)條件和動力學(xué)條件不同引起的；（2）頂渣堿度和鋼中酸溶鋁與鋼中硫含量有明顯的線性相關(guān)性；（3）