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泡沫渣对120t转炉钢液脱氮的影响

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第38卷第2期 ・40・2017年4月 特殊钢 SPECIAL STEEL Vol_38.No.2 April 2017 泡沫渣对120 t转炉钢液脱氮的影响 迟云广 邓志银朱苗勇 (东北大学冶金学院,沈阳110819) 摘要120 t转炉40炉工业试验的冶炼过程全程底吹氩,吹炼15%时钢中C含量为4.0%,炉渣成分为 (/%):21.2FeO,2.6A12O3,5.3MnO,31.2CaO,11.2MgO,23.7SiO2,3.2P2O5,碱度1.3,吹炼终点钢中C含量0.1%, 炉渣成分为(/%):14.5FeO,2.0A12O3,3.9MnO,49.5CaO,8.0MgO,13.5SiO2,2.2P2O5,碱度3.4。采用气体、成分分 析和光学显微镜等方法研究了炉渣泡沫化程度对转炉钢液脱氮的影响,讨论了炉渣二次脱氮机理。分析得出,吹 炼初期转炉钢液脱氮很微弱,脱氮主要集中在吹炼15%到80%的过程中,转炉吹炼末期钢液有所增氮。炉渣中存 在金属液滴,炉渣泡沫化程度好,CO在炉渣中的停留时间长,CO与金属液滴的碰撞机会多,二次脱氮作用明显。 入炉铁水N含量为53 x 10I¨,炉渣泡沫化程度较好的炉次,转炉终点平均N含量13.7 x 10一,平均脱氮率为 74.2%;泡沫渣程度较差的炉次,转炉终点平均N含量为25.2 x 10I¨,平均脱氮率为52.5%。 关键词120 t转炉泡沫渣钢液脱氮二次脱氮 Effect of Foaming Slag on Removal of Nitrogen in Liquid during 120 t BOF Steelmaking Process Chi Yunguang,Deng Zhiyin and Zhu Miaoyong (School of Metallurgy,Northeastern University,Shenyang 110819) Abstract The bottom blowing argon is carried out in commercial production of 40 heats 120 t BOF steelmaking process,at blowing 15%the C content in metal is 4.0%with slag ingredient(/%):21.2FeO,2.6A1。O .5.3MnO, 31.2CaO,11.2MgO,23.7SiO,,3.2P,O and basicity 1.3,and at end blowing the C content in liquid is 0.1%with slag ingredient(/%):14.5FeO。2.0A1。O ,3.9MnO,49.5CaO,8.OMgO,13.5SiO,,2.2P,O and basicity 3.4.The effeet of slag foaming level on removal of nitrogen in B0F liquid is studied by gas and composition analysis and optical micro。 scope.and the mechanism of secondary removal of nitrogen in slag is discussed.The anal ̄rsis results show that in earlier blowing period the removal of nitrogen in BOF metal is weaker.the removal of nitrogen is concentrated in 15%~80%blo— wing process,in last period of B0F blowing the liquid has some nitrogen increment.As the metal droplets exist in slag.the slag foaming level is better and the retained time of CO in slag is longer to increase the change of collision between CO bub— bles and metal droplets.the effet of secondary removal of nitrogen is obvious.With N content in charging metal being 53 x 10~.with regard to heats with better slag foaming level the BOF end N content average in liquid is 13.7 x 10-6 and the average removal rate of nitrogen reaches 74.2%.while to heats with lower foaming level the BOF end N content average in liquid is 25.2×10 and the average removal rate of nitrogen in 1iquid is only 52.5%. Material Index 120 t BOF,Foaming Slag.Removal Nitrogen in Liquid.Secondary Removal of Nitrogen in Liquid 国内外许多学者已开展了氮的过程控制 和 去除的研究… 。转炉冶炼脱氮方面的研究主要集 中在氧气纯度 J、底吹气体_2 j、转炉终点控制[3-4]、 装料制度 等。转炉主要是依靠气泡携带法脱氮, 气泡在上升过程中要穿过钢液和炉渣层。本文作者 表1入炉铁水成分/% Table 1 Chemical composition of charging hot metal/% 在转炉冶炼中发现,转炉炉渣情况对终点氮含量具有 重要影响。基于工业实验结果,通过分析转炉炉渣对 脱氮的影响,提出了转炉炉渣中二次脱氮的机理。 1 实验 1.1实验过程 第一批料,石灰2~3 t、轻烧白云石1~1.5 t和石灰 石1 t。吹炼到15%~25%的过程中加入第二批料, 石灰2~3 t。实验炉次冶炼过程中采用全程底吹氩 气,所有炉次底吹模式完全相同。转炉冶炼后期根 的泡沫化;出钢氧含量均控制在300×10~~500× 据炉渣情况添加调渣剂或者冷却剂使炉渣保持一定 本实验在钢厂120 t顶底复吹转炉进行,入炉铁 水平均成分如表1所示,入炉铁水100—110 t,平均 103 t。废钢10~18 t,平均15 t。下的同时加入 10I¨。实验过程中记录泡沫渣情况。在冶炼过程中 出现喷溅、返干和炉渣过稀的情况均属于较差泡沫 化炉渣;当供氧量达N3o%~40%时,炉口有轻微 第2期 迟云广等:泡沫渣对120 t转炉钢液脱氮的影响 ・4l・ 的溢渣或者少量的甩渣,溢出的炉渣瞬间由亮变黑, 变黑之后可明显看出黑渣成发泡状,甩出的炉渣成 小块状、片状或者发泡状且瞬间由亮变黑,无燃烧过 程,此时炉渣属于较好的泡沫渣。 1.2取样方式和分析方法 试验5个浇次共40炉,实验过程中对40炉铁 水预脱硫后和转炉终点进行取样分析N含量,对4O 炉中第1O~25炉钢液取过程样,分别在吹炼到 15%、30%、60%、80%和终点取样,渣样共取2炉, 分别在吹炼到15%、30%、80%和终点取样。采用 氮氧分析仪分析钢液试样中N含量,利用碳硫分析 仪分析钢液试样中碳的含量,采用XRF分析钢液试 样中si和Mn的成分,渣样利用XRF和光学显微镜 进行检测分析。 2实验结果 图1转炉冶炼过程中钢液平均成分 Fig.1 proeess Average composition of liquid in BOF steelmaking 2.1钢液成分变化 图1是转炉冶炼过程中不同 阶段钢液主要成分平均值变化曲 线。从图1可以看出,C和Si含 量不断下降,Mn含量先减小后期 有小幅度的增加。吹炼开始到 15%的过程中,Si和Mn含量迅 转炉冶炼阶臣,% 转炉冶炼阶段,% 速下降,c含量下降趋势比较平 氧化反应占主导。吹炼由15% 图2转炉吹炼过程的N含量:(a)炉渣泡沫化较好炉次;(b)炉渣泡沫化较差炉次 Fig.2 Nitrogen content in liquid in BOF blowing process:(a)heats with better slag foaming 缓,说明在此过程中si和Mn的 level;(b)heats with lower slag foaming level 到30%的过程中,si和Mn下降曲线非常平缓,30% 以后趋于直线,说明si和Mn的氧化已经结束,吹炼 15%以后,c的曲线下降趋势越来越明显,因此吹炼 15%后,c的氧化反应占主导。 在40炉实验中,泡沫渣程度较好的炉次共28 炉,过程样13炉,泡沫化程度较差炉次共12炉,过 泡沫化程度较好的炉次(图2a),终点氮含量明显降 低,终点N含量平均值l3.7 X 10~,平均脱氮率 74.2%。 2.2转炉渣变化 表2为转炉冶炼过程泡沫化程度好的炉渣平均 成分。由表2可知,炉渣的氧化性先减小后增大, CaO含量逐渐增大,MgO和SiO 含量逐渐减小,炉 程样3炉。图2为转炉冶炼过程不同阶段N含量, 泡沫化较好和较差的炉次分别由图2(a,b)列出,图 中数据为N含量平均值。从图2中可以看出,入炉 铁水中的N含量均在53×10 左右。转炉冶炼过 渣碱度逐渐增大,MnO含量先增大后减小,A1 O 和 P:O 含量非常少,变化不是很明显。图3为转炉冶 炼过程泡沫渣程度较好炉渣光学显微镜照片。从 程中,钢液N含量整体上都是先减小后增大。吹炼 到15%的开始阶段,脱氮量非常小,平均为2× 10一~3 X 10I”。转炉脱氮主要集中在吹炼15%到 图3可以看出,炉渣中存金属液滴和孔洞,并且金属 表2转炉冶炼过程中炉渣平均成分和碱度 Table 2 Average ingredient of slag during BOF steelmak- ing process and basicity 80%的过程中,炉渣泡沫化较好炉次脱氮量平均降 低4O.4×10~,泡沫化较差炉次脱氮量平均降低 27.9×10~。吹炼由80%到终点,钢液有所增氮, 平均增氮量为3×10~。由图2(b)可知,泡沫渣程 度较差的炉次,转炉终点N含量普遍偏高,平均N 含量为25.2×10~,平均脱氮率仅为52.5%;炉渣 特殊钢 38卷 使;『 j,fL J之I Ij J’ I・U『『,J{受珩 象 3结果分析与讨论 3.1 池洙 0 . J (1)J三 。 ,}久脱/i/以 .的 叮能 j=fJ & llf’J 火 lJ 求埘脱瓤n,J影 旧i } 『 r2( )()‘1:,iI J‘以忽llI}} I1 兑氨II,J.发 』 池lJ、J 训 分 乃o.川 1 J‘・1、小的fc ,ri{1q f砭 j 池{萎 虫It J,JJ兑 J乏J 'qlj-t;;(1)IJ!Ij ¨发进i 2 N=N、( ) (1) ( ) l I 3 々 、・ tt"fLil ̄iJ( )f【l j 液;向(I I) I ’i#.3 、1lIl phoh’ l1f h.h,s({ k)dll(}Ill+、 (IrIIll1t I (、、 t 1 【l J冬I 3 J ,J ,由 t t-f 1,, { 孑L化n,J金J 液淌,由、t 1,, ・ …肜的孔州 i,J‘以}fi i,这JJ+L..人li ,J o f 金 属 孔州乃 CfL “1发 这 ('I'Lf'JJ址 (2) 』 (3)J悦似腹 ,卜J戊 人 n,J(:() f小, f小 fff :淤 I】f,jj会J髟J戊泡 术 ^ 的 il J ㈤o 一 / \ /一+●●一  \ 一液 滴 }I_+()i:(:()( ) ( ())+(:=i h-J+( ()(g) (2) (3) 刈j 』 存池,J乏J 』 (2) I J戊fr,j( () tL池l J、J N n,J分 JL、r・乃 冬. ̄t;ii、J‘ (1)公I l发进f j(:() 泡 lj 11q液 ii'i il,j’,c() 泡一…ez.t,Z/J\‘j荆液梭m01. . ㈣o J l 4 ‘n’, tilI J 液 商‘j【 () 池接自』 J :t 一 、 拉 锄:(i ) L池 0Ip1、 陂 尚m 蔓itJ, ̄:(t。1 L泡 0彩 ¨ .4 r ’pes【】f-('OIHat t lietv,PP『】iiiPla  JIIroph ts ̄111(I CO I)uhbh ^ o iit Ifllt li』l I;分 j由’ j毖jr1】虫 ’ :_f』’, A rf『的 J 液fI研 j( () j 液淌的拨 1俐液熔 llJ…』 (3) 池{受mIJ『.依“・ 』I=(】),这ii,jg]j ̄氮/f 仪仪.r't-:lf4液接f0虫mI 发 ,… 【『_发 池一l-(:(J 池 池 j (1), hi shl+:(a)1)oh,l{-lnllH(I:(I】) l】 ll。t・( …1【 l(‘t l JI・1wt t・l】1.th1)Ir alllI 、Il,oph+t;(t )b,tlI1}l(IJ l。tgihl(I huhhh’HillI Illtlhil,h’tI rulih。Is 世人向、一 f 或 n『1分离,时 j【川i.没仃址够的 ,JlL;-小 九i+J- 』戊人Ii::(:() 池f ,…J lfJ’・ rfff J‘ 』 液淌(I 3), 次脱 1T Jl Jl刈‘J 利t炎, f孜 lJ J乏J 、种 种炎JI J 』 足笫 illI,N从 液滴【}I扩 If 继续 液淌之n『I发 人 f】i"jm 接触 依 I”叫友『0』 I.1 过n l 泡 l 0 J 液}ii;j之nIJ J I ,由 t , I J 熔池址 池平¨ 液淌从接m虫划分f≈ 经过・ 定l,i9 nfi,l1】.仃 定的 逊f 【!n it J【 发,I lJ}3关c JZ Jl lfI ,』l=(1)Jj53 c J乏『1 会九 』乏f、 个 |』J念J三 , I'19. 』 液f1 ,一 it 乳化n,J 液滴 ii功怠 -li , 【llf发,l ■7欠j】;2瓤,,f J戊的N 进入 IJ J 液}尚进 IIf玖进入 J 熔池,m 钎4液 池II一 (:() 泡r『1,随L:() 池{『} {1.m川兑/嶷_cf 的制液 公诃£Ill:i欠乳化进入lI,I 熔池 入{7<lff ̄CO 泡 —f1 n,Jf II,fI1ij K. j J属液淌 J 提I 、 fj}2氰 更 f『 lf1I1眦j 接 I I J }i 池 I 』 液fI阿n,J{受 慨串够多、Il1f J够K,傲JJ;i曩c n,Jt,,i/!t 饥会多一 次脱氯f1 JtJ『fJJ , 的液 li'ijLl入熔池川‘ 逊・步降低铡液瓴 f ,就 次HI3 fj i, J 液 坷 j 池j萎由虫卜 ,f】。3币ll类JI :(1) 池ij J 液 新 - j m』I,J冬I 3(a)flJ I冬l 4(a);(2) 池 陔使,f 成的CO 俐 K的Ji ̄l ̄iJ,Ji fIJ 能多的发 触,他 什址够的ljlJ 川lf『I眨 3.2泡沫浦埘脱氮的l!jiil;j …干jl进f 次脱氮 j一’ 1\ J 液 新I『I 十友巾 , 『『l冬I 3(a)干lll冬I 4(h);(3) 池 j彩 液 I 拨】i}4 , 3(1,) 4(t’) iIj I冬I 1干i1 J冬I 2 lIJ‘ l,¨久J=;j 1J l5 f 过f 【斗j,Si I Mii rl9 b.c.;-It述』;芾低,c n,J 化fl ,J、,【!jJ  Ic l一『0】 J fl ,(1() 泡较少,转 烁J1:& 价段JJ;2氮i}{ 刈j -f1II拔 炎Jti , 泡 金 液淌岍川i十 ̄ffi_,lt、崎 第2期 迟云广等:泡沫渣对120 t转炉钢液脱氮的影响 ・43・ 微弱,同时炉渣处在化渣阶段,还没有形成有效的泡 沫渣层,因此炉渣对吹炼开始阶段脱氮并没有影响。 由表2可知,吹炼到15%时,炉渣氧化性较高,表面 活性物质SiO 和P:O 含量相对较高,因炉渣中含 有金属液滴(图3),炉渣中的FeO与金属液滴发生 式(3)氧化反应生成CO气泡,同时钢液中的[C]- [O]反应逐渐增强,CO气泡越来越多,此时炉渣最 易起泡。当碱度达到1.5~1.7时,泡沫渣达到最 佳¨ ,由表2可知,吹炼到30%时泡沫渣即可达到 最佳状态。 吹炼由15%到60%的过程中,如果泡沫渣处于 较好状态,如图2(a),CO气泡在炉渣中停留时间 长,与含N的金属液滴碰撞的机会多,金属液滴中 的N可以进入CO气泡随气泡溢出,脱氮后的金属 液滴再次进入钢液使钢液N含量进一步降低,同时 泡沫渣可以很好的覆盖整个钢液面,起到防止钢液 增氮的作用。由图2(a)可知,吹炼由15%到60%的 过程中,氮含量降幅最大。如果炉渣泡沫化程度较 差,如图2(b),在冶炼过程中CO溢出过快,气泡与金 属液滴接触时间短,并带有喷溅。喷溅过程中,渣中 的许多液滴被带出转炉而不能返回钢液。此外,钢液 还有裸露吸气的风险。尽管钢液溶池碳氧反应剧烈, 但泡沫渣的二次脱氮作用被大大削弱,由图2(b)可 知,最终的脱氮效果不如泡沫化程度较好的炉次。 吹炼由60%到80%的过程中,由于C含量的降 低(图1),C的氧化逐渐减弱,CO气泡逐渐减少,同 参考文献  I1 Yakushev E V,Zyryanov V V,Korovin B M,et a1.Efiect ofthe Purity of Oxygen Used for Blowing on the Nitrogen Content of Steel Made in High—Power ARC Steelmaking Furnaces at Ural Steel J I.Metallur— gist.2010.54(1 2):77.82. 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