钢包精炼炉的试验

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1、钢包精炼炉的试验摘 要90t LF/VD(EMS)钢包精炼炉的试验表明：“钢渣混卷”能 显著提高n，但使n急剧下降,甚至出现负值。因此在对钢液进行脱硫 s0时，应使11；而对钢液进行净化搅拌时，应使IVI。搅拌过程中 使钢液裸露, 不卷、仅临提高其收得率，也利于快速真空脱气。卷但、临在非真空状态 下，钢液的氮含量与“开眼”面积大小负相关。电磁搅拌在排除钢液非金 属夹杂物方面，有其他搅拌根本无法替代的独特功能，可加快夹杂物的上 浮速度；电磁场能对导电流体(钢液)中的不导电物质(非金属夹杂物)产 生挤压力而使其分离， 这一功能对生产洁净钢有着十分重要的意义。关键词 钢包电磁搅拌 洁净钢生产 工艺理

2、论PROBLEMS ABOUT PROCESS THEORY IN PRODUCTION OFCLEAN STEEL BY ELECTROMAGNETIC STIRRING IN LADLEGao Haichao Zhu Luncai(Maanshan Iron & Steel Co.Ltd.)Yan Genfa(Maanshan Jing ying Science & Technology Co.Ltd.)Synopsis Testing results in the LF/VD(EMD)ladle furnace show that value n falls down drastical

3、ly，even to a negative value 0although n rises prominently by way of Liquidssteel-steel-slag-blending.Therefore in the period of desulphurizing the liquid steel II coil should be mainfained ，but in stirring the liquid steel IVI coil be maintained.Exposure of the liquid steel in the process of stirrin

4、g can not only raise the metal yield，but also accelerate vacuum degassing.However in non-vacuum state N contentisininverse proportion to the openingarea.In elimination of non-metal inclusions the electromagnetic stirring has a unique function which can never be replaced by any other stirring method.

5、It can accelera t e t he rising speed of t he inclusions.The elec t romagne t ic field can bring about a pressure to the non-conductive substance (non-metal inclusion) and cause their segregation.This function is of very important significance to the production of clean steel.Keywords electromagneti

6、c stirring in ladle production of clean steel process theory1前言炉外精炼是生产洁净钢的关键工序之一，而搅拌又是炉外精炼不可 缺少的关键环节。我们在90 t LF-VD(EMS)精炼炉工业性试验的基础上, 探讨了钢包电磁搅拌生产洁净钢的几个工艺理论问题。2 电磁搅拌工业性试验条件工业性试验在马钢股份有限公司第一炼钢厂90 t LF-VD(EMS)装置 上进行,设备主要技术参数见表1。表190 t LF-VD(EMS)主要技术参数钢包电搅器LF/VD公称容量90 t高度 2 720 mm变压器容量 1 400 kVA+30 %熔池直径2

7、 752 mm形状V型板式电极直径357 mm熔池深度 2 183 mm夹角90极心园直径 650 mm净空咼度 900 mm工作电压 390 V加热速率 4.0 C/min钢包内衬高铝砖工作频率 0.35.0 Hz真空度 V66.7 Pa渣线用砖镁钙碳砖工作电流 W1 350 A底吹氩在电搅器同侧3 试验结果3.1 电磁搅拌强度与脱硫率的关系在钢包顶渣成份与渣量基本相同的条件下,用不同电磁搅拌强度上 搅10 min。实测数据表明：随电磁搅拌电流强度I的提高，脱硫率不断增 加,其关系式是:n =15.6exp(0.001 2X1)(1)s3.2 电磁搅拌强度与钢中全氧含量的关系在钢包顶渣厚度为

8、110 mm情况下，用不同电磁搅拌强度上搅12 min。 实测数据表明：当IW600 A的情况下,随电磁搅拌强度增加，钢中全氧不 断下降,n不断提高;当I$700 A以后，电搅后的钢中全氧含量与IW600 0a的相比不断上升,n不断下降,甚至出现负值(见图1)。0200:打600 SOO I 0W-e-xji灯J5闻汗湍Ii图 1 电搅电流强度与钢中全氧量的关系3.3 电磁搅拌时间与钢中全氧含量的关系在钢包顶渣厚度110 mm和电磁搅拌强度固定不变的情况下，钢中全 氧含量与上搅拌的时间关系见图2。从图可见,随电搅时间增加钢中全氧 是不断下降的。:輻恥 阿:!clt Fx卫图 2 电搅时间与 T

9、 的关系O3.4 渣层厚度及吹氩量与临界“开眼”电流强度的关系分别测试了不吹氩、底吹氩50 l/min和底吹氩100 l/min的3种情 况下,不同渣层厚度与上搅临界“开眼”电流强度关系(见图 3)。渣层越 厚I ”越大，底吹氩强度越大,1 ”越小。当渣层厚度为110 mm,在不同 吹氩量情况下,1 可以用下式计算：开、临I=800exp(-4.6X10-4Q)开、临*医欹知I rri n十龙賦M：T即I r.图 3 渣层厚度及底吹氩量与临界开眼电流的关系3.5 电磁搅拌强度与“开眼”面积关系在钢包顶渣厚度基本相等(h=110 mm)的情况下，分别测试了不吹氩 与底部吹氩50 l/min(搅拌

10、方向一致)两种情况下,上搅拌的电流强度与 “开眼”面积的关系。随I的增大,F不断增大，在相同的I时，吹氩又比 不吹氩的要大。在底吹氩50 l/min的情况下,其关系式是：F=3.182X 10-27 XI8.645( 3)4 分析与讨论4.1 电磁搅拌强度与“卷渣”问题 决定化学反应能否进行及精炼的本质因素是热力学条件,就精炼炉 内钢水与顶渣发生反应而言, 若顶渣是挡去初炼钢水渣后重新加入的具 有良好脱硫能力的合成渣,则应增大电搅强度,发生“卷渣”现象,改善 脱硫反应的动力学条件,能获得更好的精炼效果。但对净化钢液搅拌,排 除钢中夹杂物而言,情况就相对复杂。当在不发生“卷渣”的前提下,增 大搅

11、拌强度有助于夹杂物的碰撞，聚结长大和去除。从图1看是IW600 A 的情况下,此时只有一定量的非金属夹杂物从钢液中排出,排出数量与电 搅强度的关系式可以表示为M =K f(I),而没有浮渣的卷入,M =0,电流 强度越大，排出量越大，则全氧(T )越低,n不断提高。但是当Ii广 以后,一方面钢液夹杂物仍在排出，另一方面浮渣卷入钢液，钢液中夹杂临 物含量变化见下式, 即 M=M -M =K f(I)-出入出K f(I-I )入卷、临随I不断增加,又出现两种不同情况，其一是通过电磁搅拌,夹杂物 排出量大于浮渣卷入的量，在此情况下（从图1看是700800 A的情况）， 与电搅前相比, 电搅后的 T

12、仍然有所下降。其二是浮渣卷入的量超过了 钢液夹杂物排出的量，在此情况下 MV0,电搅后的T反而增加,n 出O0 现负值（从图1看是I $900 A情况）。因此从理论上推导精炼钢包电磁搅 拌发生卷渣的临界电流强度值（I ,）,对生产应用有很重要的指导意义。根据资料1, 精炼钢包的钢卷、渣临 界面发生卷渣的临界速度是:5)式中。叶钢渣界面张力p 钢液密度 g重力加速度 p 钢渣密度在马钢一钢厂精炼渣系与温度下,O皿$约为0.5 N/m,求得卩，广=0.399 m/s。设钢包中卩二，则卷渣临界电磁搅拌功可以用下式max 卷、临(6)式中 卩 钢液流股速度r 钢包半径当 p =6 900 kg/m3,

13、 p =0.399 m/s,r=1.367 m 时，求得 W 广=408 N*m。 当电磁搅拌的工作频率为 3 Hz, 电磁搅拌器边缘与钢包中心夹角为 90 时，可求得比搅拌功率、=50.5 w/t。根据马钢一钢厂90 t LF-VD 精炼炉的设备条件，按Shi卷waku公式计算了搅拌电流与比搅拌功的关系, 并相应简化成如下关系式:(7) =2.182X10-3【1.56根据式,可最终推导出I广628A。因此在精炼炉内对钢液进行 脱硫时，应使电搅II ；但在对钢液进行净化搅拌时，应使电搅IVI,在不发生卷渣的情况下,n 与I正相关,i越大越好。4卷.、2临 电磁搅拌强度与“开眼”的0 问题 所

14、谓“开眼”就是钢液面上的渣层被推开，使钢水裸露。精炼过程 的“开眼”问题分为两个方面, 一方面在非真空状态下, 除特殊要求外, 不要“开眼”,以减少合金元素的烧损和钢液的吸气量；另一方面在精炼 过程中添加合金微调成分和真空脱气时必须“开眼”,对前者而言, 可以 提高合金的收得率, 对后者而言, 可以提高脱气效率。脱气速度可以用下 式表示 2从式(8)可见,提高搅拌强度,增加“开眼”面积,同时也增大了传质 系数,这都使脱氢速度加快。4.3 电磁搅拌与夹杂物排出的问题 在不卷渣的前提下,比搅拌功率越大,越有利夹杂物的排出,所以钢 中的全氧(T)含量越低。电磁搅拌与吹氩搅拌不发生卷渣的临界比搅拌 功

15、率是不一样的。以马钢90 t钢包而言，电磁搅拌的临界比搅拌功率为50.5 w/1。吹氩搅拌的临界比搅拌功率为50.5 w/t。当钢液流动临界速 度为0.399 m/s时,临界吹氩量为186 l/min,代入(9)式，求得吹氩搅拌 的临界比搅拌功率为 42.7 w/t。(9)式中 M 钢液重量L h 吹氩深度一般用“半衰期” T 2作为夹杂物排除速度的准数，半衰期越小，夹 杂物排除速度越快4。(10)综上所述, 在不发生卷渣的前提下, 电磁搅拌在精炼钢水净化搅拌 时, 可采用高于吹氩约18 %的比搅拌功率, 来促进夹杂物的上浮排出, 其 夹杂物排除的“半衰期”时间比吹氩搅拌减少 15 %。由于处于电磁场中的通电物体体积元V存在一种电磁重力(EMW),当 该体积元处于平衡时, 则必有一个力与之抗衡, 这个力就是电磁挤压力 (EMB)。在均一流体中，显然EMW=EMB。但当该体积元V被一与周围流体 电导率不一致的物质所取代，则EMWHEMB,平衡被打破，该体积元受到不 平衡力的作用。根据资料5, 推导其合力为:式中卩导磁率H磁场强度 j 钢液电流