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德国二次冶金技术的发展现状及其研究方向(中)


    脱氧剂足以避免CO的形成,因此可消除沸腾的问题,使钢液“安静凝固”。然而,镇静钢易于吸收不纯物并形成夹杂。

    根据钢液脱氧程度的不同,钢可区分为沸腾钢、半镇静钢和镇静钢三类。对于不同钢种的选择,需要根据其用途决定。

    碳、锰、铝、硅、钙、错或钦等元素都可用来脱氧。钛、铝和锆元素具有很强的脱氧效果,铬和锰弱一些,见图4。出钢时,加人钢包的脱氧元素迅速分布于钢液中。钢包中发生的脱氧反应仅几秒钟就可达到平衡。钢液中残留的脱氧元素硅和铝分别达到0. 3%和0. 05 %。硅脱氧后残氧为100ppm,铝脱氧后残氧不超过1 ppm。大部分脱氧剂都形成固态氧化物,凝固后在钢中形成有害夹杂物。由于氧化物的密度比钢小,因此可通过渣处理或吹氢处理去除大部分脱氧产物。


3.2脱硫

  即使钢中硫含量很低,其夹杂物也对钢的韧性有害,因此,需要对钢进行脱硫处理。

    对于高负荷炼钢生产工艺,脱硫效果有限。大部分硫已在高炉和铁水鱼雷罐的脱硫处理中去除。如果要获得超低硫含量,只有通过钢液的后部脱硫处理工艺才能达到。

    通过硫与其它元素(如苏打、锰、石灰或钙的化合物以及其它稀土金属,这些元素与硫有很高的亲和力)的沉淀反应进行后部脱硫处理。在可获得<0.>

它不纯物。这个处理工艺有如此的附加好处,使其后处理工艺显得多余。

    通过喷吹或其它方式加入钙、钙合金或合成渣(合成渣主要是氧化钙、氧化铝和氟化钙成分)来完成脱硫(大部分在钢包中进行脱硫)任务。这两种工艺都需要强烈的熔池搅动,通过惰性气体辅助搅拌和提高熔池温度可加强这种搅动作用。脱硫处理以后,残留在钢中的硫化物得以球化,对钢的成型加工不造成负面影响。脱硫处理也可在带有电弧加热和吹氢搅拌功能的真空钢包炉中进行。

3. 3脱碳

    复吹转炉工艺(氧气转炉底部吹入惰性气体)能大大降低钢液碳含量。再经过后续真空脱气工艺处理可使钢液达到超低碳含量。真空精炼也能达到很低的碳含量。脱碳过程分为两步,首先是在钢液中形成CO气泡,其次是CO随氨气泡逸出钢液。真空脱碳工艺使用了碳氧反应平衡([C]+[O]={C})与压力的相关性。图5显示Fe-C-O三元系富铁侧不同CO分压下的碳氧平衡

关系k=Pco/[%C]·[%O])。区域I是轻处理区,脱碳量相对较低,大多数氧是通过真空去除。在不外加供氧情况下,区域II获得的真空脱碳程度最高,区域II为真空脱碳工作区。


    最普通的真空脱碳工艺有VD(真空脱碳),VOD(真空吹氧脱碳)、RH一OB(有吹氧功能的RH)以及AOD(氢氧脱碳)工艺。

3. 4脱磷

    大部分脱磷任务应该在转炉冶炼结束前完成。在钢包或钢包炉中,借助合成渣及强烈的搅拌(气体搅拌)可获得更低的磷含量。为了防止回磷,出钢时必须挡渣操作。

3. 5脱氮

    只要钢液与空气接触,氮就会进人钢液,所以吹氧和出钢过程都必须避免钢液吸氮。钢包脱氮处理是在有渣层的保护情况下进行的。在真空(真空精炼或其它真空处理)和吹氢搅拌的情况下也能脱氮。

3. 6脱氢

    真空加上强搅拌处理可获得低的氢含量。

3. 7去除杂质元素

    普通的二次冶金手段不能去除铜、锡、砷及锑元素。废钢是钢中微量元素的主要来源,因此应谨慎选择废钢,才有可能将钢中这些有害物质降低到最低限度。

3. 8真空处理

    因真空处理功能的多样性和其具有的特殊优势,使它成为最重要的工艺。真空处理的相关技术涉及到显著减压下的钢水后处理(也就是分压),因此对它进行了大致分类命名(虽然有点不太准确),见图6。

    所有主要真空处理的基本原则是认识到:在钢液凝固过程中,钢中气体仅有部分逸出。钢液凝固逸出的气体会影响钢的技术性能。如果降低外界压力,钢中溶解气体更容易逸出,就像打开一瓶矿泉水时CO:逸出的情形一样,这就是所有真空处理工艺的原理。一旦能经济地、大范围产生非常低的压力( 0. 1一0. 5 mbar),真空处理工艺的应用将变得切实可行。

    RH工艺开发于20世纪50年代的RH脱气工艺用于降低锻钢的氢含量。在已有几种脱气设备中,RH循环脱气装置使用最为广泛。处理钢水时,RH的上升管和下降管浸人钢包中。强大的抽气系统降低真空室内的压力。钢液从吹氨气的上升管上升,从下降管下降,从而使钢水循环,让新的钢水不断暴露于真空中。例如,降低压力可降低氢的溶解度。钢中的氢先扩散出钢液,然后被抽走。由于RH工艺的渣、钢分离,因此钢与渣混合极少。


图6炼钢和浇注的最普通真空处理工艺概述

    RH除了脱气外,真空下还进行其它的冶金反应,例如深脱碳、合金化、脱氧以及通过去除夹杂提高钢的洁净度。因此,与其说RH是真空脱气,不如说真空冶金更加确切。钢液真空处理基本好处是洁净度高、气体含量低、合金成分范围窄。因为这些优点有效简化和缩短上述的精炼工艺。

    钢包脱气除降低钢中氢、氮含量外,钢包脱气有可能获得极低硫含量。目前,钢包脱气工艺通常用来生产厚板和管线钢。从设备安装使用方面看,钢包脱气工艺相对容易进行。出钢后,将钢包放人真空容器中进行脱气。此外,还可对钢包内的钢水进行加热和吹氢搅拌。在钢包脱气过程中,整个渣熔池界面都参与反应。

3. 9  LF炉(钢包炉)

    LF(图7)的石墨电极穿过水冷炉盖对钢水加热,钢水的升温速度可达到4.590/min。LF的加热功能使得二次冶金的处理时间更充裕,而不需要很高的出钢温度。钢水强搅拌对渣的散热必不可少,这样可确保渣、钢有效传热,并使钢包耐材损耗最小。通过钢包底部多孔塞和垂直顶枪吹人惰性气体可实现

搅拌作用。而另一种搅拌方式是采用电磁搅拌器。通过炉盖上的孔可加合金、喷粉或喂丝。LF炉渣呈化学活性态,具有很高的脱硫效率。LF炉可降低钢中夹杂,生产高洁净度的钢。






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