合成渣包裹铝丝脱氧的研究

D0I:10.13374/i.issm1001053x.1992.01.021 第14卷第1期 北京科技大学学报 Vol.14 No.1 1992年1月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jan.1992 合成渣包裹铝丝脱氧的研究 金山同·赵俊学·姜钧普·尹弘斌· 摘要：合成渣包表铝丝脱氧是钢水影氧工艺的一种新的尝试。它吸收了最新脱氧技术 和炉外精炼技术的长处，具有较优越的脱氧性能。实验研究表明：在相同条件下，使用包裹 铝丝的终氧含量比无包裹铝丝脱氧低'40一300PPm,夹杂个数和平均粒径分别减少226个和 1.μm,脱疏率同时可达50%。 关键词：合成渣，脱氧，丝 Studies on the Deoxidization of Steel with AWF Jin Shantong.Zhao Junxue Jiang Junpu'Yin Hongbin ABSTRACT:Calcium aluminate-based fluxes are widly used nowadays in refi- ning of steels because molten calcium aluminate enhances the extent of deoxi- dization of liquid steel and has a high sulphide capacity.By means of this fact, a new deoxidant of steel in which aluminium wire is wraped with high Cao content flux (AWF)is used in this study.Compared with the deoxidizing re- sults of aluminium alone in liquid steel,it is concluded that the final oxygen content is lowered 40-300 ppm,the number and size of inclusions decrease by 226 and 1.9um respcctively.At the same time,the desulphurization ratio rea- ches 50%. KEY WARDS:flux,deoxidization,aluminium 1991-06-01收到初稿，1991-10-11收到修改稿 ·治金系(Department of Metallurgy) 24

第 卷第 期 马 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 合成渣包裹铝丝脱氧的研究 金 山同 ’ 赵俊学 ‘ 姜钧普 ’ 尹 弘斌 摘 要 合成渣包裹铝丝脱氧是 钢水脱氧工艺的一种新的尝试 。 它吸 收了最 新脱氧技 术 和护外精炼技术的长处 ， 具有较优越的脱氧性能 。 实验研究表明 在相同条件 下 ， 使用包裹 铝丝的终氧含量比无 包裹铝丝脱氧低、 一 ， 夹杂个数和 平均粒径分别 减少 个和 ， 。 脱硫牢同时可达 写 。 关健词 合成渣 ， 脱氧 ， 铝丝 ” 陀 ” 夕 犷 夕 了 夕 拄 扭 一 住 任 五 五 。 ， 五 住 扭 ， 一 ， ， 。 娜 ， 五 。 ， 义 ， ， 一 一 收到初稿 ， 一 一 收到 修改稿 抬金系 “ ， DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1992．01．021

铝是炼钢中最常用的强脱氧元素，从某种意义上讲，它决定了钢中氧的水平。但是目前 在很多炼钢厂按常规方法使用时，其收得率很低，一般仅在40%以下，而且很不稳定，影响 了钢的质量，给浇注和后序加工带来不利影响。近年来以铝脱氧为基础开展了大量的研究工 作，并取得了突出的成绩。综合起来可归纳为下面3个方面的内容。 (1)防止铝的无效氧化损耗实验和理论均证明尽量避免铝与大气及渣中不稳定组元 (FeO,MnO,SiO2等)的接触，是提高铝收得率的关键，与此相应的铝脱氧技术包括铝 弹射入法(ABS):1),铝丝快速喂入法(WF)2),氢气保护加铝法(CAS)c8)等。 (2)合成渣及复合脱氧剂的使用与钢液脱氧直接相关的是脱氧产物的迅速上浮。研究 发现，由于表面张力的作用，钢液中的液态渣滴（脱氧产物）接触时会发生聚集长大使上浮 更容易：4门。因此用合成液渣吸附捕捉钢中的夹杂物的技术〔5]和采用复合脱氧剂生成低熔点 的液态脱氧产物的技术(·)在陈钢过程中得到了广泛地使用。 (3)钢液搅拌技术的应用对钢液进行搅拌可以增加夹杂物的接触机会，在均匀钢水的 同时促进了脱氧产物的合并和上浮去除。已被广泛采用的搅拌方式有气体、喷射、机械搅拌 和电磁搅拌等。多年实践表明这些方法均是十分有效的。 基于上述3个方面的工作，本文作者尝试了使用合成渣包裘铝丝脱氧的新方法，力求通 过这一简单技术同时达到提高及稳定铝回收率，提高铝脱氧能力和促进脱氧产物上浮之目 的。 1实验方法 1,1合成渣与包裹铝丝脱氯剂的制备 实验用合成渣以寻求改善铝脱氧效率及具有一定脱硫效果为目的，主要选择了CO CaF2型(S1-)和CaO-A12Os型(S2-)两种，其主要成分如下： S1-140%Ca0,60%CaF2 S2-150%Ca0,45%A1203,5%Si02,外加10%CaF2 为达到对钢液进行同时搅拌的目的，渣中配有一定数量的气体发生物。配渣均使用化学 纯试剂。 图1是合成渣包襄铝丝方式的示意图。配渣经研匀后添加粘结剂包裹中2.5mm的铝丝， 并在空气中千燥，随后放入600℃的马弗炉内烘烤1h,取出冷却备用。 1.2钢液的准备 采用工亚纯铁为原料，在汤马炉内熔化后 配加少量FeS。钢液中不同氧含量水平的控制 通过加人不同剂量的Fe2O3来实现。所得钢液 的典型成分为：0.05%C,0.07%Si,0.13% 图1合成渣包裘铝丝示意图1.放剂2。铝丝 Mn,0.10%S Fig.1 Schematic diagram of AWF 1.3实验方法 脱氧实验在汤马炉内进行。实验设备示于图2。使用W-R(5/20)热电偶作底部控温热 22

铝是炼钢中最常用 的强脱氧元素 ， 从某种意义上讲 ， 它决定了钢中氧 的水平 。 但是 目前 在 很 多炼钢厂按 常规方法使用时 ， 其收得率很低 ， 一般仅在 以下 ， 而且很不稳定 ， 影响 了钢 的质量 ， 给浇注和后序加工带来不利影响 。 近年来以铝脱氧为基础开展 了大量的研究工 作 ， 并取得了突 出的成绩 。 综合起来可归纳为下 面 个方面的内容 。 防止铝 的无效氧化损耗 实验和理论均证 明尽量避免铝与 大 气 及 渣中不稳 定组元 ， ， 等 的接触 ， 是提高铝收得率的关键 ， 与此相应的铝脱氧 技 术包括铝 弹射人法 “ ’ ， 铝丝快速喂入法 〔 “ ’ ， 氢气保护加铝法 〔 ’ 等 。 合成渣及复合脱氧剂的使用 与钢液脱氧直接相关的是脱氧产物的迅速上浮 。 研 究 发现 ， 由于表 面张力的作用 ， 钢液中的液态渣滴 脱氧产物 接触时会发生聚集长大使上浮 更容易 〔 ‘ ’ 。 因此用 合成液渣吸附捕捉钢 中的夹杂物的技术 〔 ” ’ 和采用 复合脱氧剂生成低熔点 的液态 脱氧产物的技术 〔 “ ’ 在炼钢过程 中得到了广泛地使用 。 钢液搅拌技术的应用 对钢液进行搅拌可 以增加夹杂物的接触机 会 ， 在 均 匀钢 水的 同时促进了脱氧产物的合并和上浮去除 。 已 被广泛采用 的搅拌方 式有气体 、 喷射 、 机械搅伴 和 电磁搅拌等 。 多年实践表明这些方法均是十分有效的 。 基于上述 个方 面的工作 ， 本文 作者尝试了使用合成渣包裹铝丝脱氧 的新方法 ， 力求通 过这 一简单技 术同时达到 提高及稳定铝 回收率 ， 提高 铝 脱 氧 能 力和促进脱氧产物上浮之 目 的 。 实 验 方 法 。 合成渣 与包裹铝丝脱权荆 的制备 实验用合成渣 以寻求改善铝脱氧效 率及具有一定脱 硫 效 果 为 目 的 ， 主要选择 了 。 型 ，一 ， 和 一 型 一 ， 两种 ， 其主要成分如下 一 ， 肠 ， 一 万 ， ， 写 ， 外加 为达到对钢液进行 同时搅拌 的 目的 ， 渣 中配有一定数量的气体发生物 。 配渣均使用 化学 纯试剂 。 图 是合成渣包裹铝丝方式的示意图 。 配渣经研匀后添加 粘结剂包裹价 的铝丝 ， 并在 空气 中干燥 ， 随后放入 ℃ 的 马 弗炉 内烘烤 ， 取 出冷却备用 。 钢液 的准 备 采用工业纯铁为原料 ， 在 汤 马炉内熔化后 配加 少量 。 钢液 中不 同氧含量水平的控制 通过加人不 同剂量的 来实现 。 所得钢液 的典型 成分 为 。 ， 。 ， 。 ， 。 图 合成渣包裹铝丝示意图 渣剂 。 铝丝 一 。 实 验方法 脱氧实验在汤 马炉 内进行 。 实验设备示于图 。 使用 一 热电偶作底部控温热 刁

偶，用双铂铑热电偶校验坩埚内钢液温度。脱氧实验温度控制在1550℃。炉内通A气保护， 流量1.51/min。实验用钢液量为450g,脱氧铝丝3.5g。使用A120g含量大于95%的刚玉坩 埚。 从插入脱氧剂开始计时，保持温度20min。其间用中4mm真空取样管按不同时间间隔取 样。每次取样量约10一12g。使用常规方法分析钢样中的Si、S,部分试样分析N和A1含量。 钢中总氧用LECO仪测定。另外，用QA-6金相显微镜对钢中夹杂物作定量分析。 2实验结果 2,1脱氧效果 对不同氧含量水平的钢水进行了纯铝丝与合成渣包裹铝丝脱氧的对比实验。将钢水初始 含氧量水平分为低(200pPm)、中(400ppm)和高(1700~1800Ppm)3种情况。针对不同情况 所得的钢水总氧量随时间变化的动力学曲线分别示于图3、4和5。由图可见，在相同加铝 2300 dAl D AHF 260i 170H 140+ 110 7 90 0 4 12 1620 图2汤马炉及附属设备示意图 iime,‘min 1。可控硅控温柜影2。变压器影3。加热元件碳管： 图3总CO)随时间的变化， 4。刚玉套管，5。保温绝热材料)6。炉体： 初始[O)=200~230ppm 7。气体流量计：8。氢气瓶：9。坩埚支座： F.g.3 Change of total [o]with time, 10。控温用热电偶影11，坩埚。 initia1 [O]:=200~230ppm Fig.2 Schematic diagram of experimental apparatus 量条件下，包裹铝丝较裸铝丝脱氧速度快，终点钢中总氧水平显著降低。而且随钢水初始氧 含量水平的提高，包裹铝丝脱氧的终点氧含量水平与裸铝丝脱氧的差值逐渐增加，对应3种 情况下的差值分别为40ppm,80ppm和300ppm。 2,2不同裹渣量的影响 分别使用S1-1和S2-:渣系按110规定裹渣量的包渣铝丝对低、中档初始钢水含氧量水平 进行脱氧实验，所得结果与规定裹渣量包渣铝丝脱氧结果进行对比，结果示于图6、7。由 图6可见，低含氧水平钢水脱氧时，使用1/10规定渣量包裹即可达到规定渣量包铝丝脱氧的 水平。而对于中含氧水平的钢水脱氧而言，图7的对比结果显示1/10规定渣量包裹条件下的 脱氧程度逊于使用规定渣量包裹铝丝的情况。但无论包渣量多少，两种情况下包渣铝丝的脱 3

偶 ， 用双 铂铭热电偶校验琳涡 内钢 液温度 。 脱氧实验温度控制在 ℃ 。 炉内通 气保 护 ， 流量 。 。 实验 用钢液量为 ， 脱氧铝丝 。 使 用 含量大 于 的刚玉柑 锅 。 从擂入脱氧剂开始计时 ， 保持温度 。 其间用价 真空取样管按不 同 时 间间隔取 样 。 每次取样量约 一 。 使用常规方法 分析钢样中的 、 ， 部分试样分析 和 含量 。 钢中总氧 用 仪测 定 。 另外 ， 用 一 金相显微镜对钢 中夹杂物作定量分析 。 实 验 结 果 脱叙效果 对不同氧含量水平的钢 水进行了纯铝丝与 合成渣包裹铝 丝脱氧的对 比实验 。 将钢 水初始 含氧量水平分为低 、 中 和 高 一 种情况 。 针对不 同情况 所得 的钢水总氧量随时 间变化 的动力 学曲线 分别示于图 、 和 。 由图可 见 ， 在 相同加铝 下汇 一’ 一工 ，甲 二 耳 八丫－厂 ， 又 匕 劝 、 、 如 、 、 土 一 母臼。任 图 扬马炉及 附属设 备示 意图 。 可控硅 控温柜 ， 。 变压器， 。 加 热元件碳 管 。 刚玉套管 。 保温绝 热材料 炉体， 。 气体流量计 。 氛气瓶 。 增锅支 座 控温用 热电偶 柑塌 。 卫 户 图 总〔 〕髓时间的 变化 ， 初始〔 〕 〔 〕 ， 〔 〕 二 量 条件下 ， 包裹铝丝较裸铝丝脱氧速度快 ， 终点钢 中总氧水平显著降低 。 而且随钢水初始氧 含量水平的提高 ， 包裹铝丝脱氧的终点氧含量水平与 裸铝 丝脱氧 的差值逐 渐增加 ， 对应 种 情况下的差值分别为 ， 和 。 不 同班渣 的影响 分别使用 ，一 ，和 卜 渣系按 规定裹渣 量的包渣铝 丝对低 、 中档初始 钢水含氧量水平 进行脱氧 实验 ， 所得结果与 规定裹渣 量包渣铝丝脱氧 结果进行对 比 ， 结果示于图 、 。 由 图 可 见 ， 低含氧水平钢水脱氧时 ， 使 用 八 。规定渣 量包裹即可达到 规定渣量包铝丝脱氧的 水平 。 而对于中含氧水平的钢水脱氧而 言 ， 图 的对 比结果显 示 规定渣量包裹 条件下 的 脱氧程度逊于使用规定渣量包裹铝丝 的情况 。 但无论包渣量多少 ， 两种情况下 包渣铝丝 的脱

1800 450 1600 0 1400 350 1200 只 1000 250 800 00 150 400 200 D 0 4 8121620 0 Time/min 0 48121620 Time/min 图4总CO随时间的变化C0)!=380~420PPm 图5总c0)随时间的变化(0)1=1700~1800Ppm Fig.4 Change of total [o)with time, Fig.5 Change of total tO]with time, initiul [O)=380~420ppm initial CO]=1700~1800ppm 氧效果均明显优于裸铝丝。由此可见，钢水的原始含氧量越高，所需的包渣量也越大。 对S2-1渣系还用1/2规定渣量包渣铝丝作了对比脱氧实验。实验结果示于图8。由图可 以看出，包渣铝丝的脱氧程度均明显优于裸铝丝，但包渣量超过规定渣量的1/10后，增加包 渣量对脱氧程度提高的影响减弱。对S:-:渣系也有类似的结果（如图8所示）。 450 230 Awf flux10% 041 200 Aits 350 cAwf1uk10G。 170 140 250 110 只 0 80 150 50 2 16 0 lime 'min 50L 0 4 121620 iime'mIn 图6不同包渣量的脱氧动力学曲线，〔0]1=180~ 图7不同包渣量的脱氧动力学曲线，〔0)：=380~ 230ppm 420ppm Fig.6 Kinetic curves of total [o]at Fig.7 Kinetic curves of total (o)at differeat amount of flux,initial different amount of flux,initial 〔0]=180-230pPm CO)=380-420PPm 24

。 入卜一 … … … 以 一 、 二 一 自 令执。民 丁一 么 入 、 一 、 兮、 一 、水 以。全 三 斗 口 之 立用 。 ‘ 门 图 总〔 〕随时间的变化 〕 二 图 总〔 〕随时间的变化〔 〕 。 爪 赶 〔 〕 ， 。 〔 〕 ， 〔 〕 二 凑 〔 〕 价 氧效果均明显优于裸铝丝 。 由此可见 ， 钢水的原始含氧量越高 ， 所需的包渣量也越 大 。 对 一 ， 渣系还用 规定渣量包渣铝丝作了对 比脱氧实验 。 实验结果示于图 。 由图可 以看出 ， 包渣铝丝的脱氧程度均 明显优于裸铝丝 ， 但包渣量超过规定渣量的 后 ， 增加包 渣量对脱氧程度提高的影响减弱 。 对 一 渣系也有类似 的结果 如图 所示 。 知 一 叼 八 一 。 弱厂 厂 日 门门飞 …… 铲犷厂 厂 、 、 、 ‘ …曰 一 …一 一 一 ， 、 叭一、 一勺 是凶民 的刃胡川 ，﹄，﹄。 · ， 内口任已 斗 玛 之 竺 下 。 ‘ 飞 飞 图 不 同包渣量 的脱氧动力学曲线 ， 〔 〕 。 〔 〕 ， 〔 〕 二 一 今 日 厂 、 图 不 同包渣量 的脱氧动力学曲线 ， 〔 〕 ， 二 功 〔 〕 ， 〔 〕 二 一

2.3钢中酸溶铝含量 图9是不同初始氧含量水平的钢水经不同包渣量铝丝脱氧后，终点钢中酸溶铝含量的测 量结果。由图可见，除较高初始氧含量外，包渣与未包渣铝丝脱氧后钢中酸溶铝含量基本相 80 ,2 69 60 5t-1 U.1 40 25 50 75 100 0 23 0 75 100 「1X,5 F1u八，o 图8S2-1和S1-1渣系脱氧事与包渣量的关系 图9不同钢水初始氧含盘水平对应的酸溶铝与包渣量之间的 关系一200~230ppm(S2-1)-400-420ppm(S1-1) Fig.8 Relationship betwcen deoxidi- -.-17001800ppm(S2-1) zation ratio and flux system at Fig.9 Influences of flux amount on different amount of flux the solveat Al in stcel in the case of different initial cO] 同。仅在1/10规定包渣量条件下，钢中酸溶铝量略有升高，随后下降。在高初始钢水氧含量 情况下，终点钢中酸溶铝量的降低相对较为明显。实验所得的一般规律是随钢本：中初始氧 含量的提高，终点钢中酸溶铝含量相应降低，随包渣量增加，终点钢中酸溶铝含量略有下 降。 2,4锅中夹杂物考察 用裸铝丝和S2-1渣系包渣铝丝脱氧实验的0.5mi·时所取钢样做夹杂物定量分析。分析 是在QA-6定量金相显微镜上进行的，放大倍数400，调查视场数50个，相当分析表面积8.3× 104m2。分析结果裸铝丝脱氧钢样视场内夹杂总个数为611，平均直径4.84m,包渣铝丝脱 氧相应值分别为385和2.94m。由此可见，采用合成渣包裹铝丝脱氧在夹杂物总量和大颗粒 夹杂水平上均大大优于裸铝丝脱氧工艺。 2.5渣剂脱硫效果 将用裸铝丝脱氧和S1-1,S2-!渣系包渣铝丝脱氧后分别测定终点钢水内含硫量，并计 算脱硫率，裸铝丝脱氧过程中钢水中硫无变化。S2-:渣包裹铝丝脱氧时，脱硫率小于20%， 而采用S1-1渣包裹铝丝脱氧情况下，脱硫率同时可达50%。 3讨论 3,1包渣铝丝脱氧过程分析 一般而言，当将脱氧合金添加入钢包以后，脱氧合金会产生两个方面的分配，其一是钢 25

钢 中酸溶 铝含且 图 是 不 同初 始氧含量水平的钢水经不 同包渣量铝 丝脱氧后 ， 终点钢 中酸溶铝 含量的浏 量结果 。 由图可见 ， 除较高初 始氧含量外 ， 包渣与未包渣铝丝脱氧后 钢中酸溶铝含量基本相 ’ 卜井 尸莽岁 尸 监尸尸户尸 目 尸 。 飞一 飞 褚犷 卜干一 、 一 侧 、 一 、 、 …一 护。 一 洲 一 勺勺 图 。 之多 多 多 「二毛 义 ， 一 和 一 渣系 脱 氧率与 包渣量 的关 系 五 么 马 马〔〕 与 口口 「 目 ， 户。 图 不 同钢水初始氧含量水平对应 的酸 溶铝与包渣量 之间的 关系－ 一 一 。 一 一一 一 〔 〕 同 。 仅在 规定包渣量条件下 ， 钢 中酸溶铝量略有升高 ， 随后下降 。 ’ 在 高初始钢水氧含量 情况下 ， 终点钢中酸溶铝量的降低相对 较为 明显 。 实验所得的一般规律是随钢 、 中 初 始 氧 含 量 的 提 高 ， 终点钢中酸溶铝 含量相应降低 ， 随包渣量增加 ， 终点 钢 中酸溶铝 含量略有下 降 。 。 钢 中夹杂物考察 用裸铝丝和 一 ，渣系包渣铝丝脱氧实验 的 。 时所取钢样做夹杂 物定量 分析 。 分析 是在 一 定量金相显微镜上进行的 ， 放大 倍数 ，调查视场数 个 ， 相当分析表 面积 。 产。 “ 。 分析结果裸铝丝脱氧钢样视场内夹杂 总个数为 ， 平均直径 。 声 ， 包渣铝丝脱 氧相应值分别为 和 。 那 。 由此可见 ， 采 用合成渣包裹铝丝脱氧在 夹杂物总 量 和大颗粒 夹杂 水平上均大大优于裸铝丝脱氧工艺 。 。 渣 剂 脱 硫效果 将 用裸 铝丝脱氧和 一 ， 卜 渣系包渣铝丝脱氧后分别测 定终 点 钢水内含硫 量 ， 并计 算脱硫 率 ， 裸铝丝脱氧过程 中钢水中硫无变化 。 ‘ 卜 渣包裹铝丝脱氧时 ， 脱 硫 率小于 ， 而采 用 、 一 渣包裹铝丝脱氧情况下 ， 脱硫率 同时可 达 。 讨 论 。 包渣 铝丝脱氛过 程分析 一般而 言 ， 当将脱氧合金 添加人钢包 以后 ， 脱氧合金 会产生两个方 面的分配 ， 其一是钢