炉外精炼2011-4.ppt

炉外精炼 (四) 2011年11月1日,,5.5 钢包搅拌与吹氩,5.5.1 搅拌方法与作用,5.5.3 吹氩与脱气,5.5.2 底吹搅拌,5.6 VD法,5.5.1 搅拌方法与作用,一般地说， 搅拌就是向流体系统供应能量， 使该系统内产生运动 搅拌的作用： （1）均匀成份与温度； （2）加速溶质传输，促进钢渣间间化学反应与脱气反应； （3）促进夹杂物的上浮排除； 搅拌方式： 喷吹气体、 电磁感应和机械搅拌的方法气体搅拌是一种应用最为广泛的搅拌方法：LF、VD、RH等几乎现有所有精炼手段5.5 钢包搅拌与吹氩,搅拌方式,5.5 钢包搅拌与吹氩,搅拌的普遍性,5.5 钢包搅拌与吹氩,CAS-OB 底吹搅拌,5.5 钢包搅拌与吹氩,,RH上升管吹氩搅拌,5.5 钢包搅拌与吹氩,,LF（V）底吹氩搅拌,VD底吹搅拌,5.5 钢包搅拌与吹氩,,喂线时底吹搅拌,5.5 钢包搅拌与吹氩,,喷粉时的底吹搅拌与载气搅拌,5.5 钢包搅拌与吹氩,,,5.5 钢包搅拌与吹氩,,5.5 钢包搅拌与吹氩,,,5.5 钢包搅拌与吹氩,5.5.2 底吹搅拌,5.5 钢包搅拌与吹氩,气体搅拌下的钢包,,5.5 钢包搅拌与吹氩,,钢包底部中心位置吹气时， 包内钢液的运动可用右图描述。

根据钢包液的循环流动情况， 基本上可以分为 A、B、C、D 四个区A区气相分率约占4.8%5.5 钢包搅拌与吹氩,也有人认为可以： 分为三个主区： 上升区 吐出区 下降区,5.5 钢包搅拌与吹氩,搅拌能力的评价: 搅拌强度：比搅拌功率：单位重量（1t）钢液所承受到的搅拌功率，W/t 搅拌效果：混匀时间τs一般采用示踪的方法来实际测量5.5 钢包搅拌与吹氩,Stirring Power :Homogenization of bath temperature and composition by argon bubbling is primarily caused by the dissipation of the buoyant energy of the injected gas. The following equation is used to calculate the stirring power. where: ε = stirring power, W tonne-1 V = gas flow rate, N m3 min-1 T = bath temperature, K M = bath weight, tonne H = depth of gas injection, m P0 = gas pressure at the bath surface, atm,5.5 钢包搅拌与吹氩,比搅拌功率,或气体搅拌钢包时比搅拌功率可按下式计算（考虑温度影响）：,5.5 钢包搅拌与吹氩,比搅拌功率与吹氩流量,,5.5 钢包搅拌与吹氩,混均时间τs,中西恭二公式（经验式之一）： 其中：τs混匀时间，s 比搅拌功率，W/t,5.5 钢包搅拌与吹氩,The mixing time, τs (i.e. the stirring time to achieve 95% homogenization) can also be given by(经验式二): τs= 116 ε-1/3 D5/3 H-1 where D is the ladle diameter, in m τs= the mixing time, s ε = stirring power, W tonne-1 H = depth of gas injection, m,5.5 钢包搅拌与吹氩,,,5.5 钢包搅拌与吹氩,,,5.5 钢包搅拌与吹氩,根据传输原理的量纲分析，比搅拌功率与混均时间的关系为： 式中L为特征长度，ι为混合长度。

根据流动支配力的不同和传质方式不同，具体系数如下表：,5.5 钢包搅拌与吹氩,,,5.5 钢包搅拌与吹氩,底吹搅拌对传质的影响,,气体流量对脱硫容量系数的影响底吹搅拌，2.5t试验炉）,5.5 钢包搅拌与吹氩,Effect of Stirring on Inclusion Removal,,5.5 钢包搅拌与吹氩,底吹组件,,5.5 钢包搅拌与吹氩,供气元件,,5.5 钢包搅拌与吹氩,底吹氩流量,5.5 钢包搅拌与吹氩,最高可到8.0Nl/min,t,LF及VD底吹氩流量,VD处理吹氩流量控制,5.5 钢包搅拌与吹氩,马钢120tLF吹氩制度,5.5 钢包搅拌与吹氩,熔池深度3300mm，上下内径分别为：3500、3100mm.,鞍钢第二炼钢厂180-200tLF吹氩制度,5.5 钢包搅拌与吹氩,,5.5 钢包搅拌与吹氩,5.5.3 吹氩与脱气 （吹氩对脱硫及夹杂物去除的影响将结合LF炉精炼论述）,吹氩搅拌时脱气的速率,氩气泡通过钢液时，溶解于钢中的气体会以气体分子的形式进入氩气泡中设气泡的总压等于外压 ，气泡中气体的分压为 ，则可得： （1） 式中 —从1t钢液中放出的气体的体积，m3/t； —吹入钢液氩气体积，m3/t； —气泡内总压，atm。

设钢中溶解的气体向氩气泡解析的反应达到了平衡，则有 和,,,,5.5 钢包搅拌与吹氩,,,将此式代入（1）得 ： 积分得：,,,5.5 钢包搅拌与吹氩,,由于上式中第二项远小于它的前一项，所以可将此项忽略，而得如下近似式： （2）,,5.5 钢包搅拌与吹氩,吹氩脱氢： (5-74) 式中 －吹氩量， mol/t ； －钢液最终的含氢量，%； －钢液原始含氢量，%； －1吨钢液中氢的摩尔数(mol)与氢百分浓度(%)之间的关系（ ）5.5 钢包搅拌与吹氩,,例如常压下，温度为1600℃的钢液中原始含氢量为7×10-4％，通过吹氩，使氢含量降至2×10-4％，求每吨钢应吹入的最少氩气量？ 解：已知P总=1atm, 所以,这是最少（临界）吹氩量，实际耗氩量要比此数大得多因为： 反应不可能平衡； 氩气中含微量水分，去氢同时要渗入氢； 钢液表面吸氢5.5 钢包搅拌与吹氩,吹氩脱氮： *以上分析是基于热力学条件5.5 钢包搅拌与吹氩,钢包吹氩脱氧 ： 如果钢液未完全脱氧，钢液中有相当数量的溶解氧时，那么钢包吹氩还可以脱除部分钢中的溶解氧，起到脱氧和脱碳的作用。

设氩气泡中的 分压力为 ，则从物质平衡可以推出下式： 式中 －钢液重量，t.,5.5 钢包搅拌与吹氩,时， ：,5.5 钢包搅拌与吹氩,由上表可见，脱氮和脱氢所需的吹氩量是相当大的用多孔砖在短短的镇静时间内吹入这样多的氩气量是有困难的，但是，如果真空与吹氩相结合，就可以收到十分显著的效果因为吹氩量与系统总压力成正比由于真空，系统总压力降低，吹氩量可以显著减少如果真空度达到1000Pa，则用大约1/10的氩气就可以达到1×105Pa下的去气效果这意味着只要用0.1～0.3m3/t的氩气就可以使氢含量从（6～7）×10-4％降到（2～3）×10-4％5.5 钢包搅拌与吹氩,,5.6 VD法,VD法: （Vacuum Degassing） 真空脱气法 手段：,,,5.6真空脱气（VD）法,美国芬克尔（Finkl）公司1958年首先提出来的，所以也叫芬克尔法，一般简称为VD(Vacuum Degassing)法 5.6.1VD法的方法特点 VD法是把钢包真空脱气法和吹氩搅拌相结合产生的一种方法5.6 VD法,VD功能,具有以下功能： ①有效的脱气，减少[H]、[N]； ②通过吹Ar使夹杂物聚集上浮脱氧； ③通过[C]+[O]={CO}去除[O] ； ④通过合金微调及吹Ar控制化学成分和温度； ⑤通过碱性顶渣去[S] 。

VD主要与电弧炉和LF配合:[S]＜10ppm；[H] ＜ 1.5-2ppm；[N] ＜ 40ppm；[O] ＜ 20ppm5.6真空脱气（VD）法,VD法的精炼手段是底吹氩搅拌与真空相结合在真空状态下包底吹氩搅拌钢液，一方面增加了钢液与真空的接触界面积；另一方面从包底上浮的氩气泡吸收钢液内溶解的气体，加强了真空脱气效果，脱氢率可达到42～78%，同时上浮的氩气泡还能沾附非金属夹杂物，促使夹杂物从钢液内排除使钢的纯净度提高，清除钢的白点和发纹缺陷 真空室的压力一般为66.7Pa～2.66×104Pa5.6真空脱气（VD）法,图5-35 VD钢液真空脱气装置,5.6.2 VD法的装置特点,5.6真空脱气（VD）法,,,,,5.6真空脱气（VD）法,,,5.6真空脱气（VD）法,,,5.6真空脱气（VD）法,VD（含VOD）真空系统,,5.6真空脱气（VD）法,,5.6真空脱气（VD）法,真空泵,,,5.6真空脱气（VD）法,VD真空处理装置主体设置主要包括: 钢包、真空罐、真空罐盖、罐盖车及其提升系统、 真空料斗系统、 抽真空系统、 铁合金添加系统、 喂丝装置、 液压站和其它介质供应系统等。

5.6真空脱气（VD）法,１）钢包： 普通钢包,但是比普通钢包稍深一些，钢液面以上留有800～1200mm的净空高度，以适应钢液沸腾的需要包底装有透气元件或透气砖，真空盖上装有加料设备，可以在真空状态下添加合金料5.6真空脱气（VD）法,,２）真空罐:是圆桶形的钢性焊接结构，其底部由一个冲压而成的半椭圆形封头构成，内衬耐火材料，罐体上设有水冷密封法兰，底部装有漏钢装置，当发生漏钢事故时，钢水沿罐体下部的事故流槽进入隔离式事故坑内，达到保护设备的目的罐体侧部装有钢包吹氢用软管和快速接头 ３）真空罐盖系统:由罐盖、防溅罩和更换台架、摄像机,观察孔等组成设有密封法兰，罐盖内侧由耐火材料浇铸而成该系统的主要作用是真空处理时对真空罐进行密封5.6真空脱气（VD）法,４）真空料斗系统:由受料斗、真空给料斗、真空密封阀和加料均压系统组成它安装在真空罐盖上，在真空处理时进行合金微调 ５）罐盖移动小车系统:该系统由真空盖移动车和罐盖提升装置组成，其功能是将罐盖和真空料斗系统升降并运送到两个不同的处理位或等待位 ６）真空系统:由抽气管和真空泵等组成，抽气管道把真空泵和真空罐连接起来，真空泵使用蒸汽喷射泵，提供冶炼需要的真空效果。

5.6真空脱气（VD）法,７)钢包底吹氩系统 8）合金加料系统:该系统由铁合金储存料仓、称量系统、运输皮带等组成，它们同时满足VD和LF炉对铁合金的需求 9）喂丝系统:由两台喂丝机及其相应的行车轨道、丝卷架等组成，每一台对应一个处理罐位5.6真空脱气（VD）法,耐火材料,VD真空精炼炉系统的真空罐及罐盖都衬有耐火材料，VD精炼炉内温度在1 600~1 700℃之间，此对耐火材料的性能要求较高因此，真空罐内衬应选用耐火度高、热稳定性好、抗渣性好、耐压强度高的高铝砖，补炉材料选用石英砂或白云石砖具体要求列于表4 表4 对耐火材料的具体要求,5.6真空脱气（VD）法,5.6.3 VD法的工艺特点 1）40tVD真空精炼炉主要性能参数,额定容量/t 40 工作真空度/ Pa 66.7 真空泵额定抽气量/kg.h-1 260 从一个大气压抽到工作真空度的时间/min ≤5 蒸汽平均耗量/t.h-1 9 蒸气最大耗量/t.h-1 ≤12 蒸汽温度/℃ ≤ 185 蒸汽压力/MPa ≥0.7,5.6真空脱气（VD）法,2）工艺过程：,需要处理的钢液在电弧炉或转炉内冶炼，炉内预脱氧，并造流动性良好的还原渣，出钢温度比不处理时高10～20℃，然后出钢。

将钢包座入真空室内，接通吹氩管吹氩搅拌，测温取样，再盖上真空盖，启动真空泵，大约5min内可达到工作真空度（ 67 ～ 133.3Pa 以上），在真空。