6 预熔精炼渣的冶金性能及研究进展_曹余良

4 预熔精炼渣的研究现状和发展前景
4. 1 研究现状 从合成渣精炼技术应用于炉外处理开始， 人 们对合成渣的组成及种类进行了广泛研究，其中 预熔渣精炼技术的研究在近年来引起了国内外的 广泛关注，鉴于预熔精炼渣在炉外精炼技术中的 重要地位， 工业发达国家的政府 、 各研究所 、 高等
[11]
2 预熔型精炼渣的性质
预熔精炼渣的性质对其在冶金过程中的行为 有很直观的影响，如熔化温度和熔化速度直接影 响到冶炼的能耗和冶炼周期， 熔渣的流动性 、 铺展 性直接关系到钢液是否会与空气接触而产生二次 氧化， 渣的粘度则影响到冶金反应的动力学条件， 也是深 等等。可见了解熔渣的性质是十分必要的， 入了解熔渣行为的基础。 2. 1 熔化温度 由冶金原理的基础知识可以知道，脱硫反应 为多相反应， 在钢 －渣界面进行， 脱硫反应能否正 常进行与精炼渣的熔化温度密切相关 。在一定的 炉温下， 精炼渣的熔化温度越低， 过热度越高， 流 动性越好， 脱硫反应进行的就越快， 所以精炼渣的 熔化温度是脱硫反应的一个重要影响因素 。如果 炉渣没有熔化或熔化情况不好，则脱硫反应的进 行大部分依靠固 － 液相之间的扩散传质来进行， 而固－液相之间的扩散传质条件很差，传质速率 要远小于液－液相之间的扩散传质速率，这势必 影响到熔渣的脱硫速率和脱硫效果，并且延长了 反应达到平衡所需要的时间，影响冶金效率的提 高。发展预熔精炼渣的主要目的就是生产低熔点、 低耗能的新型精炼渣， 使得脱硫反应比较彻底。熔 化温度是一个重要的考察指标。 齐江华等人认为
[8]
， 当
σm-i﹥σm-s﹥σs-i 时，夹杂物容易被熔渣所同化吸 收。 式中 σm-i、 σm-s 和 σs-i 分别是钢液－夹杂物、 钢 液－熔渣和熔渣－夹杂物间的界面张力，从此式 也可以看出降低熔渣表面张力有利于使钢渣界面 上夹杂物自发转入渣相中 。阮小江等人研究指出
[12]
， 熔渣的粘度和表面张力是吸附钢液中夹杂物最
5 结语
目前 , 电弧炉 、 转炉炼钢普遍采用炉外精炼技 术,将炼钢过程中脱氧 、 脱硫 、 降低气体 、 减少夹杂 物、调整钢的成分和温度等全部或部分转移到钢 包炉中完成,以求获得洁净钢并取得高产、 优质、 低 成本的良好效果。在炉外精炼过程中,精炼渣的选 择至关重要。 而预熔精炼渣成分均匀、 性能稳定,储 存时不吸水,使用时成渣均匀且速度快、 粉尘少、 对 环境污染小等特点，具有较强的吸附钢中非金属 夹杂的能力 , 综合脱硫率高等特性 , 对净化钢液有 显著的作用。 （下接第 ６６ 页 ）
重要的两个指标； 在精炼温度下， 熔渣的粘度和表 面张力数值分别在 0.3～1.5Pa · s 和 0.30～0.50N/m 之间为宜。 2. 5 发泡性能 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 。 精炼渣的泡沫化能力及其影响因素,对于优化生产 工艺 , 提高生产效率 , 改善产品质量是十分有意义 的。在精炼生产中,炉渣的泡沫化可改善渣－金间 的动力学反应条件 , 提高热源的利用率 , 有较明显 地保护炉衬作用。 前人的研究表明 [13]， 精炼渣的粘度 、 密度和表 面张力等物性参数对渣泡沫化程度有重要影响 。
综述发展ຫໍສະໝຸດ Baidu
预熔精炼渣的冶金性能及研究进展
曹余良 1，袁守谦 1，邱 兵 1，梁德安 2，张启业 2
（1.西安建筑科技大学冶金工程学院， 陕西 西安 710055， 2.振德窑业有限责任公司， 河南 焦作 454001 ） 摘 要： 本文介绍了预熔精炼渣的性质， 简要阐述了其冶金特性， 并综合国内外文献， 分析了当前国内外预熔精炼渣
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综述发展
金工作者研究的重要对象之一 [4-7]。 粘度是熔渣的主要物理性质之一，它代表熔 渣内部相对运动时各层之间的内摩擦力 。粘度对 于金属间的传质和传热速度有密切关系，因而它 影响着渣钢反应的反应速度和渣的传热能力， 预 熔精炼渣具有适合钢 －渣充分反应的粘度，并且 熔渣粘度的稳定性好， 反应时粘度波动不大。 [9] 有研究指出 ， 炉渣粘度在 0.25 ～0.45Pa · s范 围内， 炉渣具有良好的泡沫寿命， 泡沫寿命较长的 3 密度范围为 2.50～3.25g/cm ， 最佳表面张力范围为 0.35～0.50N/m。 2. 4 表面张力 精炼渣的表面张力对渣的发泡性能影响较 大， 随着表面张力的增加 , 发泡指数和发泡寿命逐 渐增加。根据牛四通等人的研究结果表明[10]： 预熔 精炼渣表面张力在 0.492～0.569N/m 的范围内， 熔 渣具有良好的起泡性能。另外， 表面张力也对渣吸 附夹杂物的能力有较大影响，有研究认为
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精炼渣物理性质对发泡性能的影响很复杂，并且 相互制约， 物性值在一定范围内， 对发泡有利， 超 出该范围， 则又产生不利影响。 院校和企业都投入大量人力、 物力进行开发研究， 并且已得到成熟的商业化应用， 如： 韩国 、 日本、 欧 也逐渐引起国内冶金行 美等发达国家。近些年来， 业的重视。笔者归纳了近年来国内外对预熔渣的 研究状况[16-20],从中可以看出， 无论是实验室实验研 究还是工业试验均表明： 采用预熔渣获得了较好的 脱硫效果， 可以满足深脱硫的需要。 而且可以看出， 文献所研究的预熔渣大多数的渣系仍为 CaO － A12O3 基和 CaO－CaF2 基渣系， 而且以 CaO－CaF2 基渣系为主， 但文献普遍都只注重了渣系脱硫效果 的研究， 而未能在既兼顾脱硫效果又兼顾渣系对耐 火材料侵蚀的影响效果方面进行研究。 4. 2 发展前景 随着社会经济的发展和技术的进步，人们的 环保和节能意识也在不断提高 。国内外的研究人 员开始综合考虑工艺流程中的每一个环节，他们 不仅仅是研究预熔精炼渣脱硫、脱磷、脱气(O,H, N)、 去夹杂等传统工艺， 并且注意研究冶炼的节能 效果、 环保效果等诸多方面， 今后预熔精炼渣研究 发展的可能方向为： (1) 在能获得深脱硫效果的前提下， 研究预熔 精炼渣对冶金耐火材料侵蚀的影响，降低精炼渣 对冶金耐材的腐蚀，从而节约冶金耐材降低生产 成本。 (2) 研究 CaO－A12O3 基和 CaO－CaF2 基渣系 外的其它渣系，进行综合类比分析，发展更加节 能、 高效、 环保的渣系。
3 预熔精炼渣特有的冶金特性
根据对炉外精炼周期的时间构成分析， 用于加 渣料、 气体强搅拌、 强化脱硫等环节所需时间约占 精炼周期的 1/4～1/2， 因此如何缩短炉外精炼的造 渣时间并加速渣钢间的界面反应对于缩短钢包炉 精炼周期具有特别重要的意义。 预熔型精炼渣成分 均匀、 熔点低、 熔化速度快， 可缩短冶炼时间， 与机 [14] 械合成渣相比， 预熔型精炼渣具有如下特点 : 预熔精炼渣的平均熔 (1) 对相同成分的渣料， 化温度明显低于机械合成渣平均熔化温度，能降 低 40℃左右。 (2) 预熔精炼渣成分均匀，熔渣流动性好， 脱 氧、 脱硫、 吸附杂质等综合冶金效果优于机械合成 渣，并且预熔精炼渣的脱硫速率明显大于机械合 成渣 （例如： 天津钢管厂在 LF 炉上应用预熔精炼 渣后，使平均脱硫率由原来机械合成渣的 71%上 。 升到 89% ） (3) 预熔精炼渣的熔点低， 熔化速度快， 大大缩
，预熔精炼渣由于经预熔
后， 渣的成分更趋于均匀， 且在预熔过程中预熔精 炼渣中预先生成一些低熔点化合物，其在熔化过 程中仅仅是被加热和熔化，所以预熔精炼渣会有 较低的熔点。 2. 2 熔化速度 从冶金反应工程学的基础知识可以知道， 固 体在钢液中的熔化速度，在多数情况下扩散是化 学反应限制性环节。因此， 精炼渣熔化速度快慢， 可以直接反映出钢－渣的化学反应速度 。预熔精 炼渣作为一种高效的精炼渣， 其熔化速度快， 缩短 了精炼时间，从而在一定程度上缩短了整个冶炼 时间冶炼时间。 2. 3 粘度
的研究现状和发展前景。 关键词： 预熔精炼渣， 炉外精炼， 冶金特性
Metallurgical Properties and Research Progress of Premelted Refining Slag
Cao Yuliang1, Yuan Shouqian1, Qiu Bing1, Liang Dean2, Zhang Qiye2
时这种渣由于组分比重的差异易产生成分偏析 、 性能不稳定， 且放置时间长时易水化， 影响精炼效 果， 甚至使钢液[H]增加， 引起质量问题[3]。 而预熔精 炼渣是将组成精炼渣的各种原料(石灰、 矾土、 萤石 等)破碎后按一定比例机械混合后用化渣炉去除杂 质、 水淬粉碎后制成 。其作为一种新型精炼渣， 精 炼效果和良好的冶金特性，对充分发挥精炼设备 的作用是十分重要。该精炼渣在克服了传统精炼 渣的不足的同时又有自己独特的优点，其具有成 分均匀、 性能稳定， 储存时不吸水， 成渣速度快 、 吸 热小、 粉尘少， 对环境污染小等 。目前国外炉外精 炼基本上采用此类精炼渣，它不仅缩短了冶炼时 间， 提高了炉外精炼和钢铁产品的质量， 节约了能 源和冶金材料的利用，而且减少了钢铁厂的粉尘 污染， 保护了生态环境。从而达到了高效 、 节能和 环保的效果， 因此， 预熔型精炼渣是目前国内外冶
Keywords： premelted refining slag； secondary refining； metallurgical properties
1 前言
近年来， 随着钢铁工业的飞速发展以及用户对 钢铁产品质量要求日益提高， 钢铁材料的应用范围 越来越广， 同时钢铁生产企业也对提高产品产量和 质量， 扩大品种， 节约能源、 环境保护和降低成本越 来越重视， 使得炉外精炼在整个钢铁生产中的地位 显得越来越重要， 而选择一种适宜的精炼渣对于提 高精炼效果和稳定生产工艺尤为重要。 常见精炼渣根据生产工艺不同可分为两种类 型:一种是简单混合型， 另一种是预熔型[1]。简单混 合型是将精炼渣所需的各种原料(石灰、 矾土、 萤石 等) 破碎后按一定比例机械混合而成。其具有原料 来源广泛 、 价格低廉 、 生产工艺简单等特点， 但简 单混合型精炼渣熔化温度高 （一般为 1440℃左右 [2] ） ，熔化高熔点精炼渣需要消耗大量的电能和冶 金材料， 高温钢水长时间侵蚀炉衬使炉龄降低。同
Abstract: This article describes the nature of Premelted refining slag and briefly introduces its metallurgical properties.
Referring to many domestic and foreign articles, it analyzed the current researches statue and development prospect both at home and abroad.
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短了炉外精炼时间， 从而使整个冶炼时间缩短， 同 时提高钢水质量， 减少渣料消耗， 降低精炼电耗和 钢包耐材消耗。 (4) 预熔精炼渣经过预先熔化处理， 可使精炼 渣各成分预先形成均匀的化合物，使其具有很强 的成分均质性， 使用性能稳定， 并且不吸潮， 便于 储存和长途运输。 (5) 预熔精炼渣经过预熔处理后， 可根据需要 破碎为一定粒度的渣料，其在使用和运输过程中 不易产生粉尘， 极大的改善精炼车间的生产环境。
( The School of Metallurgical Engineering, Xian University of Architecture and Technology, Xian 710055, Shanxi, China, 2.Jiaozuo Zhende Refractory Co.,Ltd., Jiaozuo 454001, Henan, China)