120 t转炉熔池中硫行为的研究

取样测定了120 t转炉在冶炼过程中熔池中硫的变化情况,通过物料平衡计算研究了熔池中硫的来源,并研究了终点温度、炉渣碱度、渣中(FeO)对硫在渣钢间分配比的影响.结果表明,提高终点温度和炉渣碱度有利于硫分配比的提高,在一定范围内提高渣中(FeO)含量有利于硫分配比的提高,w(FeO)≥18%时,随着(FeO)含量的提高硫分配比减小;减少入炉硫负荷是冶炼低硫钢的基础.     

FeO、Al2O3和MgO质量分数对高炉初渣黏度的影响

以涟钢7号高炉软熔带炉料滴落形成的初渣为研究对象进行化学成分分析,采用分析纯试剂制备高炉炉渣渣样,探究CaO SiO2 MgO Al2O3 FeO五元渣系中,w(FeO)为3%～8%、w(Al2O3)为9%～13%及w(MgO)为2%～6%对涟钢7号高炉初渣黏度和熔化性温度的影响规律。结果表明,在碱度为1.373时,炉渣黏度随FeO质量分数的增加而减小,且FeO质量分数越大,炉渣的熔化性温度越低;当w(MgO)为7.38%、w(FeO)为5%时,炉渣黏度和熔化性温度都随着Al2O3质量分数的增加而减小;当w(Al2O3)为10.95%、w(FeO)为5%时,随着MgO质量分数的增加,炉渣黏度和熔化性温度都呈现降低趋势。     

电渣重熔六元渣系FeO活度的研究

利用熔渣分子—离子共存理论,研究了电渣重熔20%CaO-20%Al_2O_3-60%CaF_2渣系在冶炼过程中,由于吸收MgO、FeO、SiO_2等夹杂物后,在渣中形成了一定浓度的FeO,而使渣系具有向钢液传递[O]的能力,考察了1 550℃下FeO、MgO质量分数以及二元碱度w(CaO)/w(SiO_2)对FeO活度的影响;分析了该渣系在1 550、1 600、1 650、1 700、1 750和1 800℃下FeO活度随温度的变化情况,构建了20%CaO-20%Al_2O_3-60%CaF_2为基础渣系的六元渣系的FeO活度的模型.研究表明:FeO活度随二元碱度w(CaO)/w(SiO_2)的增加而先增大至趋于平缓后略微减小,在碱度为3.8达到最大;FeO活度随FeO质量分数增加而线性增加,高碱度时,随FeO质量分数增加FeO活度相近;碱度为1时,FeO的活度随MgO的质量分数增加而增大,随温度升高而增加,且MgO含量越高,FeO活度越大;当碱度增加到4、7、10时,FeO的活度随MgO的质量分数增加而减小,相同质量分数的MgO时,碱度越大,FeO活度值越小;碱度为4,MgO的质量分数为1%时,FeO活度达到最大值,高碱度时,温度升高,FeO活度基本保持不变,且同一温度下,碱度越大,FeO活度反而降低.工业试验表明,该模型可以直接利用渣系对金属熔体中氧含量变化进行预测,并对减小钢液中氧含量具有指导意义.     

基于转炉CaO-SiO2-FeO-10%MgO渣系脱磷行为

 基于CaO-SiO2-FeO-10%MgO渣系,从热力学角度对渣钢界面的脱磷行为进行分析,归纳出磷分配比与钢液温度、碳质量分数以及炉渣成分间的表达式,并在此基础上绘制出了CaO-SiO2-FeO-10%MgO渣系的等磷分配比线,同时分析了转炉终渣氧化性、碱度以及温度对磷分配比的影响情况。研究结果表明,转炉吹炼过程磷分配比是钢液温度、碳质量分数和炉渣成分的函数,通过与实际生产数据进行验证,发现其与实际结果吻合良好。基于该预测公式,在其他条件不变情况下,随着炉渣FeO质量分数增加,磷分配比[LP]先增加后减小,当终渣FeO质量分数为18%左右时达到最大值;随着终渣碱度的增加,渣钢间磷分配比增加,当终渣超过4.0时,磷分配比增加不再明显。     

炉渣组分对CaO-Al2O3-SiO2-TiO2-MgO-Na2O渣系与铁液间硫分配比的影响

针对高碱度高氧化铝的CaO-Al2O3-SiO2-TiO2-MgO-Na2O六元渣系,通过在1 773 K温度下测定其与铁液间的硫分配比,研究该渣系的脱硫性能.利用偏最小二乘法回归分析,建立了可较好预测硫分配比的回归方程,利用回归方程分析了炉渣碱度(mCao/msiO2)、MgO、TiO2、Al2O3以及Na2O对硫分配比的影响.结果表明,当炉渣碱度大于2.9时,炉渣硫分配比均在140以上,表明该渣系具有较强的脱硫能力.在实验范围内,硫分配比随炉渣碱度的增加而提高.当碱度一定时,MgO对硫分配比的影响不大,TiO2、Al2O3均使硫分配比降低,其中Al2O3降低硫分配比较为明显.硫分配比随Na2O增加而增加,少量的Na2O即可明显提高炉渣的脱硫能力.     

GCr15轴承钢LF精炼过程脱硫能力的热力学评价

通过现场取样分析和热力学计算,评价了工业化生产GCr15轴承钢LF精炼工序的脱硫能力.分析了精炼温度、钢中酸溶铝含量、精炼渣的光学碱度对LF精炼过程硫分配比的影响.由于实际精炼过程中脱硫反应未达到平衡,实际测得的硫分配比低于理论计算值.得到了精炼温度为1 830～1 855 K,钢中酸溶铝的质量分数为0.020％～o.050％,精炼渣光学碱度在0.760～0.795范围内,精炼温度、钢中酸溶铝、渣的光学碱度及渣中Al2O3、SiO2含量对硫分配比影响的回归方程,该方程可作为实际生产条件下LF精炼工序脱硫能力的评价依据.根据回归方程,设计了改变精炼渣组成的3因素4水平正交实验,分析了精炼渣二元碱度R2及Al2O3和SiO2含量对硫分配比的影响,得出渣-钢间最优硫分配比的精炼渣组成(质量分数)为:CaO 55.11％,Al2O3 30％,SiO26.89％,MgO 8％,光学碱度为0.777.     

高镁铝高炉渣的冶金性能

在实验室条件下,研究高炉渣中MgO及Al2O3质量分数对高炉渣冶金性能的影响规律。试验结果表明,当高炉渣碱度为1.1、MgO质量分数为12%不变时,随着Al2O3质量分数的增加,高炉渣熔化性温度逐渐增加,且当Al2O3质量分数超过17.5%时,高炉渣初晶相由黄长石区域转变成尖晶石区域,而且在1500℃时,高炉渣黏度逐渐增加而渣铁硫分配比降低;当高炉渣碱度为1.1、Al2O3质量分数为20%不变时,随着MgO质量分数的增加,熔化性温度先降低后增加,当MgO质量分数超过11.8%时,高炉渣初晶相由黄长石区域转变成尖晶石区域,而且在1500℃时,高炉渣黏度逐渐降低而渣铁硫分配比增加。     

精炼渣组成对钢渣硫分配比的影响

采用二次正交回归实验设计方法在中频感应炉内进行碱度R(CaO/SiO₂)2～7的CaO-SiO₂-MgO- Al₂O₃精炼渣系的脱硫实验,建立渣系组分与钢-渣硫分配比Ls关系的数学模型,实验渣碱度、渣指数MI (R:Al₂O₃)、CaF₂、MgO和FeO含量对硫分配比Ls的影响。结果表明,渣碱度R 3.5～5.0、渣指数MI 0.25～0.40时脱硫效果较好;精炼渣最佳组分为(%):9CaF₂、8MgO、13Al₂O₃、<0.5FeO,R值=4。     

转炉气化脱磷炉渣留渣吹炼成渣路线理论分析

转炉渣作为炼钢工艺的副产品,具有极大的综合利用潜力,但磷元素富集限制了在炉内循环利用。基于溅渣护炉过程中进行熔渣气化脱磷操作,在实验室开展焦炭还原转炉渣气化脱磷热态试验。研究结果表明：留渣碱度在2.81～3.71时,气化脱磷渣的磷分配比随炉渣碱度的升高而增大;留渣的FeO质量分数在16%～28%时,随着FeO含量的增加,气化脱磷渣的磷分配比增大。气化脱磷渣具备一定的脱磷能力,在脱磷阶段的理论成渣路线应遵循高FeO含量,碱度先由高到低,然后缓慢增加,成渣过程中理论渣系控制在R=1.55～3.17,w(FeO)=28%～46%。采用该成渣路线进行生产实践,终点钢水磷质量分数降低了0.006百分点,钢铁料消耗降低了4 kg/t,渣料消耗降低了4.6 kg/t,既保证了高效脱磷,又降低了冶炼成本。     

CaO-FeO-SiO2-Al2O3/Na2O/TiO2渣系与碳饱和铁水间磷分配行为

 为了研究Al2O3、Na2O和TiO2作为铁水预处理渣的助熔剂对铁水预处理脱磷的影响,借助FactSage热力学软件绘制了CaO-FeO-SiO2渣系1 573 K液相区。随着Al2O3和Na2O质量分数的增加,该渣系液相区明显扩大,TiO2对渣系液相区影响不大。实验室研究采用纯铁箔替代碳饱和铁水进行热力学平衡试验,间接测定了1 573 K时铁水预处理脱磷渣与碳饱和铁水间的平衡磷分配比。结果表明,渣铁磷分配比随渣中Al2O3和TiO2质量分数的增加而减小,TiO2对磷分配比的影响相对较小;渣铁磷分配比随渣中Na2O质量分数和碱度的增加而增加,Na2O可显著提高渣的脱磷能力;渣铁磷分配比随渣中FeO质量分数的增加先增加后减小,最合适的FeO质量分数为35%～40%。     

CaO-SiO_2-FeO-P_2O_5-Al_2O_3脱磷渣系中组元活度的计算

2CaO·SiO_2-3CaO·P_2O_5含磷固溶体的生成可提高转炉液相渣的脱磷能力,减少渣量.但目前CaO-SiO_2-FeO-P_2O_5-Al_2O_3渣系中各组元活度的变化规律尚不明确,无法为分析含磷固溶体的形成机理提供理论依据.为此,本文依据分子离子共存理论建立了熔渣组元的活度模型,分析了不同条件下组元活度的变化规律.结果表明:随渣中Al_2O_3含量的增加,2CaO·SiO_2、3CaO·P_2O_5、3FeO·P_2O_5的活度逐渐降低;随着碱度的增大,3CaO·P_2O_5的活度升高,2CaO·SiO_2、3FeO·P_2O_5的活度则呈先升高后降低的趋势;随着渣中FeO含量的增加,2CaO·SiO_2、3FeO·P_2O_5及CaO·Al_2O_3的活度逐渐增大,并在w(FeO)为15%时达到最大值,之后逐渐降低;升高温度会导致CaO、3CaO·SiO_2的活度增大,2CaO·SiO_2的活度降低.     

Numerical Simulation of Desulfurization Behavior in Gas-Stirred Systems Based on Computation Fluid Dynamics–Simultaneous Reaction Model (CFD–SRM) Coupled Model

A computation fluid dynamics–simultaneous reaction model (CFD–SRM) coupled model has been proposed to describe the desulfurization behavior in a gas-stirred ladle. For the desulfurization thermodynamics, different models were investigated to determine sulfide capacity and oxygen activity. For the desulfurization kinetic, the effect of bubbly plume flow, as well as oxygen absorption and oxidation reactions in slag eyes are considered. The thermodynamic and kinetic modification coefficients are proposed to fit the measured data, respectively. Finally, the effects of slag basicity and gas flow rate on the desulfurization efficiency are investigated. The results show that as the interfacial reactions (Al₂O₃)-(FeO)-(SiO₂)-(MnO)-[S]-[O] simultaneous kinetic equilibrium is adopted to determine the oxygen activity, and the Young’s model with the modification coefficient R _th of 1.5 is adopted to determine slag sulfide capacity, the predicted sulfur distribution ratio LS agrees well with the measured data. With an increase of the gas blowing time, the predicted desulfurization rate gradually decreased, and when the modification parameter R _k is 0.8, the predicted sulfur content changing with time in ladle agrees well with the measured data. If the oxygen absorption and oxidation reactions in slag eyes are not considered in this model, then the sulfur removal rate in the ladle would be overestimated, and this trend would become more obvious with an increase of the gas flow rate and decrease of the slag layer height. With the slag basicity increasing, the total desulfurization ratio increases; however, the total desulfurization ratio changes weakly as the slag basicity exceeds 7. With the increase of the gas flow rate, the desulfurization ratio first increases and then decreases. When the gas flow rate is 200 NL/min, the desulfurization ratio reaches a maximum value in an 80-ton gas-stirred ladle.     

Industrial Application of Desulfurization Using Low Basicity Refining Slag in Tire Cord Steel

Desulfurization performance with low binary basicity refining slag in 72 grade tire cord steel was calculated using FactSage and it is found that sulfur content in steel decreases with the increase of basicity of slag, MgO content in slag and slag/steel ratio while sulfur partition ratio between slag and steel increases gradually with the increase of basicity of slag as well as MgO content. Experiments were carried out and the results are of great agreements with theoretical calculation. Then industrial application tests were performed in a domestic plant and good results were achieved. Sulfur content in steel decreases gradually during refining process, as a result, sulfur content in the billets is controlled in the range of 0.007 1%-0.008 1%. Sulfur content in steel refined with slag basicity of 1.21 is lower than that of 1.02, while the plasticity of oxide compound inclusions is a little better controlled in low basicity heats. Using refining slag with basicity of 1.0-1.2 and MgO content of 5%-10% and reducing the slag takeover of LD are favorable for improving the desulfurization performance and the plasticity of inclusions during the industrial production.     

CaO-SiO2-MgO-Al2O3-BaO渣系脱硫能力研究

为了探究温度、碱度（R）、MgO质量分数和BaO质量分数对高炉渣脱硫能力影响,以酒钢现场高炉渣实际成分为基准,选取分析纯化学试剂配制实验渣样,采用双层石墨坩埚法研究了含钡渣系的脱硫能力,并考察BaO对脱硫动力学条件的影响。研究结果表明,增大高炉渣碱度,提高渣中MgO质量分数均能使硫分配比增加,炉渣脱硫能力增强。渣中BaO质量分数由0增加到4%,硫分配比先逐渐升高后略有降低,BaO质量分数为35%左右时硫分配比达到最大值。BaO质量分数增加使得熔渣中硫的传质系数增大,脱硫速率明显提升。     

CaO-SiO2-Al2O3-MgO-FeO渣系FeO活度的计算模型

利用熔渣结构共存理论建立了CaO-SiO2-Al2O3-MgO-FeO渣系FeO活度的计算模型,并分析了1400℃时炉渣碱度、MgO和FeO含量对该渣系FeO活度的影响规律。结果表明：当CaO-SiO2-Al2O3-MgO-FeO渣系三元碱度为1.3,Al2O3含量为12wt%,FeO含量为2wt%条件下,随MgO含量的增加,炉渣FeO活度增大;当二元碱度为1.1,Al2O3含量为12wt%,MgO含量为10wt%时,FeO活度随随渣中FeO含量的增加呈线性增加;当渣中Al2O3、MgO和FeO含量分别为12wt%、10wt%和2wt%固定不变时,随着二元碱度的提高,炉渣FeO活度迅速增加。计算得到的上述规律和实测规律一致,说明了本模型用于分析FeO活度的正确性。     

钢包渣改质对锰在渣-钢间分配的影响

试验在LaCrO3高温电阻炉中模拟研究了1 873K时,超低碳铝硅镇静钢冶炼过程中锰元素在钢包渣与钢液间的分配平衡,考察了影响锰在钢包渣与钢液间分配比的因素。试验得出,渣中的FetO含量对锰的分配比有显著影响,FetO的质量分数在0~20%的范围内,随着FetO含量的增加,锰的分配比不断增加。在0.5~5.0的炉渣碱度范围内,当炉渣碱度增加时,锰的分配比先降低后增大。随着渣中Al2O3含量的增加,锰的分配比LMn先降低后增加。为了提高锰合金的收得率,FetO的质量分数应该维持在5%以下,Al2O3的质量分数在20%~25%之间,同时wCaO/wSiO2比值在2.5左右。在所使用的4种改质剂(CaC2+Al2O3,Al+CaC2,Al+CaCO3,Al+CaO)中,Al+CaO改质剂的效果最好,得到的LMn最小。