冶金过程的渣系基础

标准分享网 免费下载
组成对精炼渣发泡性能的影响

碱度对渣发泡性能的影响通过渣的物理性能表现出来。 碱度降低，即渣中SiO2含量增加，可降低渣的表面张力。在碱性渣中， SiO2属表面活性物质，体积较大的硅酸根离子（SiO44-, SiO75-）吸附 于气泡表面，增强吸附膜的弹性和强度[28]，延长了气泡的寿命，故碱 度的降低有利于渣的发泡。当(MgO)=8~11%, (Al2O3)=12~15%, (CaF2)=5~10%, (MgO) + (Al2O3) = 20~25%时，碱度为1.9左右最有利 于炉渣发泡。 可能是在这样的碱度附近，熔渣中形成了2CaO·SiO2而增大了炉渣粘度 的缘故。碱度过高或过低对炉渣发泡均不利。


影响精炼渣泡沫化指数的主要因素是表面张 力、粘度、比重（kg/cm3），一般有：
A

标准分享网 免费下载

熔渣泡沫化不但依赖于熔渣的性质，而且依赖于气 量的大小；有时熔渣虽然发泡性能差，但由于气量 足，熔渣仍会泡沫化；但另一种场合，尽管熔渣发 泡性能较好，但由于气量不足，熔渣仍不能实现泡 沫化。 当渣的粘度和表面张力决定的渣的性质比较容易形 成泡沫渣时，所需的气体量就较少，反之则较多。


3(CaO) + 2[Al] + 3[S]
3(CaS) + (Al2O3)

由于熔渣是熔融氧化物的离子溶液。这些反应要求渣的性能和转炉或电炉中的高氧化性渣 是完全不同的。 二次精炼的作用之一就是生成这种脱硫渣系。 二次精炼过程中必须仔细控制Байду номын сангаас渣成份，以得到合理的夹杂物和钢液成份。另外，渣的密 度，体积，熔点，粘度和界面张力对于控制和钢液以及耐材的反应都很重要。
lg C S ' B 13300 2.082 A T
A (%CaO) 1.391(%MgO) 1.867 (%SiO2 ) 1.65(% Al2 O3 )
B 5.623(%CaO) 4.15(% MgO) 1.152 (%SiO2 ) 1.457 (% Al2 O3 )
对1530℃下CaO-SiO2-MgO-Al2O3-CaF2五元精炼渣 系的起泡性能的研究，得出炉渣起泡指数与炉渣光学碱 度、渣中Al2O3及CaF2含量之间的回归方程：
＝ 79.5631 230 .5037 0.2661( Al 2 O3 ) 1.0828 (CaF2 ) 0.3458 ( Al 2 O3 ) 1.8585 (CaF2 ) 0.0003789 (CaF2 )( Al 2 O3 ) 162 .8025 2 0.0001426 ( Al 2 O3 ) 2 0.02789 (CaF2 ) 2
log K 16.680 5.813 T 1/ 3 a CaS a Al 2O3 K 2/3 a CaO a S a Al
KS
(%S) [%Al]2 / 3 [%S]
Fig. Iso-sulfur distribution ratios for equilibria between steels containing 0.03% Al and Al2O3–CaO–SiO2 slags containing 5% MgO at 1600°C.
结果表明：炉渣的光学碱度和CaF2含量对起泡指数有较大 影响，而Al2O3含量对起泡指数影响很小。
3. 精炼渣脱硫性能的研究现状

从转炉或电炉中出来的钢水硫含量一般为 0.01 - 0.02%. 为了满足低硫钢的需要，必须在 二次精炼过程中脱硫。一般在还原气氛下，通过渣钢反应使钢中的硫通过渣钢界面脱除到 渣中。 脱硫基本的化学方程式为：

标准分享网 免费下载
Desulfurization

In certain steel grades, such as those used in line pipe applications, a very low sulfur content is required, e.g. 20 ppm or less. These low sulfur contents can only be achieved by steel desulfurization in the ladle in the presence of a calcium aluminate slag when the steel is fully killed: 2/3[Al] + [S] +(CaO)= (CaS) + 1/3(Al2O3)


为了保证精炼后能获得合格的钢水，精炼过程对发泡剂产品 有严格的质量要求。经过分析研究知，适合作发泡剂的材料 可分为三类：碳酸盐、氯化物和氟化物。 通过对三种碳酸盐（CaCO3、Na2CO3和BaCO3）实验结果 对比分析， CaCO3发泡性能最好： CaCO3最大发泡高度εm 达到75%。 主要原因是CaCO3在高温下分解生成CaO，提高了炉渣的粘 度，有利于气泡在渣中的滞留，而Na2CO3在高温下分解形 成的Na2O却降低了炉渣的粘度，使气体在渣中易于逸出。 在CaCO3 物质中，方解石的发泡效果比石灰石更好 。
Depending on the specific operating conditions, the range of compositions of ladle slags commonly used is: 20–40% Al2O3, 35–55% CaO, 8–15% MgO and 10–15% SiO2 together with minor amounts of FeO and MnO. In some cases CaF2 is added to the ladle slag.


MgO对低碱度精炼渣和高碱度渣的影响情况并不完 全相同。当精炼渣碱度较低时，提高MgO含量可以 增加渣的粘度，改善渣发泡性能，但当MgO含量过 高时，使渣的流动性变坏，气体在渣液内会变得不 均匀和不稳定，从而影响渣的发泡性能。当精炼渣 系碱度较高时，MgO含量低一些对渣发泡有利。
标准分享网 免费下载


标准分享网 免费下载
CaF2对脱硫的作用

CaF2含量小于10%时，提高CaF2用量，LS上升。从理论上 分析是由于： CaF2含量高，渣中自由O2-离子就多，这样有利于脱硫； CaF2对CaO-SiO2-MgO-Al2O3渣系来说，能显著降低渣的熔 点，提高其流动性，也有利于脱硫。CaF2最不利的影响是对 炉衬的侵蚀，故不宜只追求高的LS而加大ＣaF2用量，而应 综合考虑。


精炼渣物理特性对泡沫化程度的影响

泡沫渣是气渣混合体系，气泡间以渣膜隔开，气体 不能自由运动。 泡沫渣的稳定性及泡沫寿命与气泡间渣膜液体的排 出速度密切相关，影响埋弧渣发泡性能的因素有炉 渣物理性质（密度、粘度、表面张力、界面张力、 表面弹粘性等）、炉渣内固体颗粒、精炼温度、气 体产生量、气泡大小及密集程度等
冶金过程的渣系基础
2. 炉外精炼渣系及其功能
1.精炼渣的冶金作用

脱硫去氧作用。在LF炉精炼中采用底部吹氩搅拌，增加了 渣－钢接触面积和机会，大大改善了脱硫脱氧的动力学； 保护包衬，提高热效率。合成渣料熔化后形成泡沫渣，可 对电弧进行埋弧加热操作，减少了电弧对包衬和包盖耐火 材料的损坏； 捕捉钢中夹杂物，净化钢液。LF炉通过底部吹氩搅拌，促 使钢中夹杂物聚集上浮，与渣接触被吸收； 隔绝空气，防止钢液吸收气体。

标准分享网 免费下载

表面张力较低的渣液有利于泡沫化的形成和稳定。因此表面 活性物质对稳定泡沫渣有利。由于渣液泡沫化必须形成新的 气泡－渣液界面，使表面能增加，所以从本质上讲，泡沫化 处于不稳定状态。 精炼渣的表面张力与其组成密切相关。一般说来，加入能降 低气泡－渣液界面张力或降低渣液体系总界面能的组元都有 利于炉渣泡沫化，从而对埋弧精炼渣提出了新的要求，精炼 渣不仅要有良好的精炼能力，同时还必须具备合适的粘度、 密度和表面张力等物理性质，以满足炉渣泡沫化的要求。

精炼渣系的选择及其碱度的确定对轴承钢的冶炼操 作和钢的质量影响极大。碱度在1.5~2.5范围内的 CaO-SiO2-Al2O3系精炼渣易于吸收钢中夹杂物，使 得钢中夹杂物数量少，其形态和性质也能得到有效 的控制，特别对消除钢中点状夹杂物十分有利(高倍 检验结果也证明了这一点)。 而且由于碱度低，炉渣的流动性能好，能促进冶金 反应速度，同时硫化物夹杂的数量能控制在满意的 范围之内。



2. 精炼渣发泡性能的研究

泡沫渣埋弧加热技术在提高热效率和延长炉衬寿命等方面效 果显著，因而得以广泛应用，但通常的泡沫渣是在氧化铁含 量较高的氧化性熔渣中，利用渣层内的碳氧反应提供大量 CO气体作为气源使熔渣发泡的。 在还原性熔渣中，熔池微弱的碳氧反应已不足以达到发泡效 果，因此研究还原渣发泡性能的关键，是寻求适宜的发泡剂 和物理性能适宜的基渣。
标准分享网 免费下载
对于钢液脱硫，硫的分配比可用下式表示：
lg Ls lg{(%S ) /[%S ]} lg Cs lg fs lg a0 465 / T 964
lg Ls lg Cs 1/ 3lg a Al2O3 2 / 3lg[% Al ] 21168 / T 5.703
从上式可看出，影响钢水脱硫的主要因素是： 1)钢水和炉渣的氧化性。采用白渣处理(FeO+MnO<1.0%),可 得到最佳的脱硫效果； 2)炉渣碱度与流动性。对于喷粉法，随碱度的提高，脱硫能 力增强。但对于以渣钢反应为主的LF工艺，必须考虑炉渣的 流动性。
渣钢硫容量和温度与炉渣成分的关系可用下式表示：

CaO-SiO2-Al2O3精炼渣基渣的优化