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渣与炼钢分析
2012-10-05 23:47:30 来源:长汀小鱼网 作者: 【 】 浏览:1403次 评论:0
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炼钢渣量控制与清洁炼钢技术发展
 
2009-07-9
 

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    一、前言

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    21世纪前十年对新型控制技术的需求日趋增长,目标是保持一致的产品质量、高生产效率以及低生产成本的同时,降低炼钢过程对环境的影响。本文将讨论炼钢过程中的几项创新型工艺技术,重点在以下几个方面:

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    (1)渣量最小化;

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    (2)消除炼钢过程氟的产生;

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    (3)脱硫渣的定制。

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    二、渣量最小化

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    用吹氧炼钢工艺产生的渣量在120150kgt钢,而BOF炉渣的实际成分将随最终钢水中的硫、磷要求含量的变化而差别明显。化学成分,尤其是磷含量,是确定可循环用BoF炉渣量的关键因素。炼钢过程中脱磷反应如下:

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    2{P}Fe5{FeO}={P2O5}渣+5{Fe}    (1)

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当均匀熔融炉渣按式(1)进行脱磷反应并趋向平衡时,FeO活性必然会降低,相反,P2O5活性却在增加(见图1a)。如果炼钢要求低的P含量,则必须在钢水中加入FeO,以提高FeO的活性,和/或添加cao来降低P2O5活性。显然,这会导致渣量增加。另一方面,根据凝聚相准则,当一个三元系中三相共存时,系统只有一个自由度。这就说明,当温度给定时,自由度为零,FeOP2O5活性是固定不变的,不随着渣成分变化而变化(见图1b)。如果在这种不均相渣中进行脱磷,则无论FeOP2O5的体积浓度是降低还是增加,活性均保持恒定不变。因此,非均相渣就不再需要额外添加CaOFeO来维持脱磷反应的进行,从而可能使炼钢炉渣量最少,或至少能够降低渣量。

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    另外,鉴于多相渣由三相组成,即液相+<CaO><4CaO·P2O5>。在这中非均相渣系中自由度不再是单一的,因此FeO活性不再固定不变,不过在整个的反应过程中P2O5活性是固定的。

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4<Cao>(P2O5)<Ca4P2O9>      (2)

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3<Ca4P2O9(P2O5)4<Ca3P2O8>    (3)

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    通过上式仍然可以看出存在使钢渣量最小化的可能性(见图1c)。图2CaOSiO2P2O5FeO四相体系示意图。在此体系中,P2O5的活度测量结果见图3

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    三、消除炼钢过程氟的产生

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    在炼钢过程中,加入CaF2作为渣的强化流态剂,降低渣的黏性并加速CaO溶解。然而目前,氟石的使用受到限制,目的是为了降低它对环境的负面影响,因此,迫切需要开发出能替代氟石的活性反应剂。霞石可能是不错的选择,它对应的固态分子式介于NaAlSiO4KalSiO4之间。当NaK摩尔比为3时,固溶体对应的液相温度约为1693K,该温度非常接近于CaF4的熔点(1693K)。必须要指出的是,Na3/4K1/4A1SiO4的光学碱度为060,而CaF2061。通过测量CaO一霞石一FeO渣中的FeO活性并与CaOCaF2FeO渣的FeO活性进行了比较,发现两种渣中的FeO活性非常接近。由图4可见,通过CaO一霞石一FeO渣与CaOCaF2FeO渣的比较发现,FeO在两者中的活度十分接近。

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    四、脱硫渣的定制

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    根据文献中介绍的各种均匀渣液硫容Cs的数据,得出Cs与光学碱度A之间的经验公式:

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    logCs=(2269054640A)T4363A252     (4)

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    当然,硫容与渣金之间的硫分配比Ls有关,后者由式5表述:

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    logLs=logC s+logfs(12)logPo2+AT+B(其中AB为常数)    (5)

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    考虑成分不同但光学碱度相近的两种炉渣,如果它们用于相类似的条件下的铁水脱硫,则可以认为铁水中最终硫含量水平应该相同。表1给出了碱度A=08的不同渣的成分。1号渣为典型的铝酸钙渣,成分接近CaOAl2O3二元系的共熔成分。而2号渣则含有起流化剂作用的CaF23号渣的成分与矾土工业的副产品白泥的成分相近,而4号渣由CaOAl2O3与霞石组成。

光学碱度A=08四种不同渣成分(重量百分比)

 

渣号

CaO

MgO

Na2O

K2O

Al2O3

SiO2

TiO2

CaF2

备注

1

55

 

 

 

45

 

 

 

 

2

45

 

 

 

25

 

 

30

 

3

43

 

5

 

49

3

 

 

白泥

4

50

 

48

24

305

125

 

 

霞石

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    在相同条件下通过坩埚试验对以上四种成分不同的渣进行测试,试验条件为:含01%硫的饱和碳FeC合金在石墨坩埚中进行熔化,试验温度1673K,过程充氩,按每干克钢液加50g渣料,每隔510min进行取样分析。因此,根据上面提到的渣定制设计理念,这四种成分不同的渣最终实现的脱硫效果应该是一样的。

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    5[S][S]随反应时间的变化,[S][S]为疏含量的重量百分比。由图5可见,尽管这四种渣的成分不同,但是脱硫特性非常相似。当进行40min脱硫处理后,硫含量由最初的010%降低到小于0005%。同时发现,用霞石代替CaF2时没有发现负面影响。

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    五、结论

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    (1)使用不均相炉渣,可使BOF炉渣量最少;

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(2)试验结果表明可用霞石代替CaF2用在铝酸钙助溶剂中,加入霞石可显著提高脱硫速率;

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    (3)可利用熔融渣的光学碱度与硫容量的关系来定制炉渣,进行铁水脱硫。

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Tags:渣与炼钢分析 责任编辑:佳友
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