二次精炼渣钢反应及成渣热对钢液温度的影响

二次精炼渣钢反应及成渣热对钢液温度的影响李晶傅杰王平黄成钢李铮易继松

摘要通过现场实验，分阶段定量分析了出钢至出VD过程，渣钢反应热及成渣热对钢液温度的影响。结果表明，这两种热对钢液温降的影响极小，完全可以忽略。

关键词LF VD 渣钢反应热成渣热

Effect of Slag-Steel Reacting Heat and Slag Forming Heat

on Liquid Steel Temperature during Secondary Refining

Li Jing, Fu Jie and Wang Ping

(University of Science and Technology, Beijing 100083)

Huang Chenggang, Li Zhen and Yi Jisong

(Daye Special Steel Corp Ltd)

Abstract Based on the experiment in practice, the slag-steel reacting heat and slag forming heat have been analyzed quantitatively at different stag from tapping to end of VD process. The results showed that the slag-steel reacting heat and slag forming heat could be ignored, of which the effect on liquid steel temperature decrease wasn't appreciable.

Material Index Ladle Furnace, Vacuum Degassing, Slag-Steel Reaction Heat, Slag Forming Heat

钢液温度是保证工艺顺行及钢材质量的重要因素。尤其二次精炼的发展以及它在炼钢生产中的作用日益显著，钢液温度的控制越显其重要性。影响钢液温度的因素较多［1］，但一般研究认为渣钢反应热及成渣热对钢液温度的影响较小而忽略。本文通过现场实验，分析了出钢至出VD 整个过程渣钢反应热及成渣热对钢液温度的影响，以定量了解渣钢反应热及成渣热对钢液温度的影响程度。

1 电炉钢生产工艺流程

目前电炉配LF/VD的生产工艺如下：

电炉出钢→钢包吹氩→入LF→送电加热→测温取样→钢液成分微调→加热升温→钢包停氩开出LF→入VD真空处理→真空结束→钢包吊至连铸台

2 现场实验及渣中氧化物、钢中元素的变化

进行了10多炉生产实验，各炉次不同阶段渣中氧化物及钢中元素含量的变化基本相同。如炉次7D2631，渣中各组份的变化(见图1)，钢中

元素含量的变化(见图2)。

图1 不同阶段渣中组分的含量

Fig.1 Slag composition in different perio

图2 不同阶段钢中各元素含量

Fig.2 Element content in steel in different period

3 成渣热及渣钢反应热对钢液温度的影响

生成的氧化物在形成炉渣的过程中要放热，炉渣形成时伴随有许多未被充分研究的物理化学过程，所以准确地确定成渣热较为困难，现假定以下条件做近似处理［2］：

(1) 如果氧化物与熔渣其它组份没有或强或弱的化学作用，则任一液态氧化物在同一温度下转入熔渣时不发生热效应；

(2) 在炉渣组份间进行化学反应的情况下，液体氧化物向熔渣转化热等于化合物形成的热效应。

由于炉渣的组成不一，所以炉渣的生成热不一。对于LF/VD过程，

其脱氧良好，除了用Al脱氧生成Al

2O

3

氧化物外，其它形式的氧化物极

少。其主要的成渣反应为：

Al

2O

3

+CaO=CaO.Al

2

O

3

以7D2631为例，将出钢至VD过程分出钢至LF、LF喂铝后10 min 内、LF喂铝后至出LF、VD 4个阶段分析成渣热及渣钢反应热对钢液温度的影响。本炉次钢液重量为65.5 t，渣量进入LF为900 kg。假定加入的渣料全部进入渣中。

3.1 出钢至LF过程

出钢至LF过程，加80 kg Si-Al-Fe脱氧，加脱S剂10包、萤石50 kg脱S，高碳铬铁1 190 kg、Si-Mn130 kg、Fe-Si 100 kg调整钢液

成分，渣中的SiO

2、Al

2

O

3

、MgO、TiO

2

、Cr

2

O

3

升高(如图1)，钢中的Si、

Mn、［Al］、Cr也升高(如图2)。说明Si、Al、Cr一部分与氧反应，生成的氧化物进入渣中，另一部分进入钢液中。加入的Si-Al-Fe与渣中的FeO、MnO反应，使渣中的MnO、FeO降低，钢中的Mn增加。其反应为：

Al+3/2(FeO)=3/2Fe+1/2(Al

2O

3

) (1)

ΔH=-440.45 kJ/mol Al［3］

Al+3/2(MnO)=3/2［Mn］+1/2(Al

2O

3

) (2)

ΔH=-447.15 kJ/mol Al［3］

Si+2(FeO)=2Fe+(SiO

2

) (3)

ΔH=-375.56 kJ/mol Al［3］

Si+2(MnO)=2Mn+(SiO

2

) (4) ΔH=-92.53 kJ/mol Al［3］

本炉次渣中Al

2O

3

增加8.02%，相当于增加了72.2 kg Al

2

O

3

,也即有

1415.7 mol的Al与渣中的氧或钢中的氧反应，假定Al首先与渣中的FeO、MnO反应，剩余的MnO与Si反应。

渣中FeO的减少量为7.51%，相当于625.9 mol的Al与其反应，产生的热量可使钢液升温5.1 ℃。

渣中MnO的减少量为291.5 mol，此反应产生的热使60 t钢液升温2.6 ℃。

渣中MgO升高，是由于钢包衬中的MgO进入渣中。这些氧化物进入炉渣的过程中有可能进行以下反应：

2SiO

2+Al

2

O

3

=Al

2

O

3

.2SiO

2

(5)

成渣热： 1 196.5 kJ/kg渣［4］

MgO+Al

2O

3

=MgO.Al

2

O

3

(6)

成渣热： -497.4 kJ/kg渣［4］

MgO+SiO

2=MgO.SiO

2

(7)

成渣热： 471.2 kJ/kg渣［4］

生成Al

2O

3

.2SiO

2

的成渣热最大，假定升高的SiO

2

全部与Al

2

O

3

生成