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氧化圆刀片期的作业方法

①氧化圆刀片期吹氧方法。氧化期吹氧时,吹氧管插入钢液深度约为200mm。如果吹氧管插入过深时,氧气流直冲炉底、炉坡,将导致炉衬的毁坏,另外钢液飞溅严重,吸气和冷却机会增多,钢液升温也慢,渣钢黏结在炉盖上容易使水冷圈被击穿。黏结在炉盖上的渣钢如还原期掉落时会使化渣困难。吹氧管插入深,其消耗量也增多。若插得过浅时,仅在渣面上吹氧,对钢液脱碳作用小,氧的利用率低,起不到良好的氧化作用,但钢液升温较快,在钢液温度较低时采用浅吹氧对升温有利。

吹氧时还要注意吹氧角度,一般吹氧角以30。左右为宜。若插入角度过大,也相当于深吹氧,易造成深吹氧的害处;若吹氧角度过小,则仅等于在渣面上吹氧,氧化作用小。控制合理的吹氧角度和吹氧深度才能得到最佳效果。

②氧化期使用矿石的方法。氧化期是前期去磷后期去碳,为了保证去磷效果,钢渣应具有一定的碱度及氧化性和流动性。氧化开始应先加一批小块矿石,因为小块矿石体积小,加入炉内易浮在渣面上,增加了渣中氧化铁,渣中氧化铁含量增高有利于去磷。但小块矿石去碳速度慢,反应时间长、沸腾弱,而大块矿石体积大,加入炉内可通过炉渣层浮在渣钢界面处直接与钢液接触,使碳氧反应顺利进行,能引起均匀有利的沸腾。

为了保证氧化期既去磷又去碳,充分运用大小块矿石作用,在第一批小块矿石加完后应大小块矿石混合加入,目的是让熔池有均匀激烈的沸腾,自动流渣,在去磷的同时又可以去碳,并达到去除气体和夹杂的目的。小块矿石直径为30~50mm左右,大块矿石直径应小于120mm。

③氧化期要做到高温氧化均匀沸腾,保证一定的脱碳量。氧化期作业的目的是纯洁钢液,为此,首先要调整好渣量、碱度及流动性,并不断加入矿石。由于碳的大量氧化,生成CO气泡,穿过渣层逸人炉气,造成熔池激烈均匀沸腾,熔池沸腾在氧化期起到了积极作用,是冶炼过程中排除夹杂物、均匀升温和除气体的重要手段。

熔化末期的钢液是极不纯洁的,含有许多从废钢料带来的非金属夹杂物,如Si02、Al:O。、Mg0等,它们以细小的颗粒分散在钢液中,如果这些夹杂物保留到成品钢中,会破坏钢的力学性能。但是通过氧化期的加矿或吹氧,碳氧反应生成CO气泡的搅动,增加了夹杂物彼此接触会,就很容易联合在一起,甚至相互融合,体积增加,浮力增加大而从钢液上浮进入渣中以得到清除。另外,夹杂物吸附上升气泡的概率很大,随气泡上升进入渣中而被排除。

电弧炉炼钢是依靠电弧加热钢液,升温较快。但是,热量多集中在3个电极下的电弧区域内,因此很容易造成温度不均匀,电弧下的钢液可能过热(过热伴随着吸收大量气体),而远离电弧的钢液升温就比较慢。实验表明:在平静的熔池中,炉渣温度高于钢液温度40~80℃,渣下钢液温度高于炉底钢液50~70℃,中部钢液温度高于炉壁钢液30~40℃。但是经过氧化沸腾的钢液,情况就变了,强烈的沸腾彻底搅动了钢液和炉渣,使传热速度加快,熔池温度均匀。经均匀沸腾过的熔池,钢液各部位的温度差可小于5℃。这实际意味着沸腾提高了加热速度,减少了电弧下钢液的过热,同时减少了气体的吸收。均匀的钢液温度,为还原创造了一个良好的温度条件。

熔化末期,钢液中不仅含有夹杂物而且熔进了大量的氢气、氮气。氧化期要靠氧化沸腾来去气。碳氧化生成CO气泡。对于溶于钢中的气泡来说,好像是一个真空区域(气泡中没有H、N),当CO气泡从钢液中穿过的时候,在气泡表面的H和N就会迅速结合成H:、N。分子进入CO气泡,随着CO气泡排出钢液。所以碳氧化越激烈,产生气泡越大,沸腾去气也越多。沸腾时间长,去气作用也越大。另外,当熔池沸腾时,通过炉渣还吸入一部分气体,沸腾越强烈,时间越长,通过炉渣吸入的气体量也增加。尤其是激烈大沸腾,把钢渣翻开,露出钢液面时,吸气反而更多。生产实践证明,沸腾不是越猛烈越好,时间也不是越长越好,而是要做到均匀沸腾,有一个合适的脱碳速度和保证一定的脱碳量。

采用加矿和氧气联合氧化的冶炼,表示沸腾强度的脱碳速度,平均在0. 01%~0.02%/min,就是一般所指的强烈均匀沸腾。表示强烈时间的脱碳量合适值一般在0. 20%~0. 40%。如果氧化期操作能掌握氧化期的脱碳速度,保证上述的脱碳量,钢液中的夹杂物、气体基本上可达到控制指标。

对于熔氧合一、矿氧联合氧化作业,由于吹氧促进了熔池的搅拌和去气,因此对脱碳量要求大于0. 1%,氧化时间可以不限,实践证明,氧化期缩短之后对钢的质量并无明显影响。

除渣前应首先控制好碳、磷两个元素。因为去磷是一个氧化反应,在还原期中不但无法去磷,还会发生回磷。一旦回磷,只能进行重氧化,所以在除渣前必须把磷控制得低些,一般规程要求比成品钢含量的上限要低0. 010%~0.020%,才能除渣。碳如控制不好,还原期只会增碳不会去碳,一旦发现碳高,也只能重氧化,造成冶炼时间延长,炉体损坏,合金料浪费等损失。如果碳过低,除渣后必须增碳,又会使钢液吸气,夹杂增加,温度降低,冶炼时间延长,同样不利。

为什么扒渣要有一定的除渣温度要求呢?这是由于还原期钢液平静,熔池没有沸腾,不易升温,给大电流只能使用电弧下的钢液过热,吸气剧增。同时电弧热量大量反射给炉顶、炉墙,使它们过早损坏。所以还原期一般只是保温。升温到出钢要求,应在氧化期完成。由于扒出氧化渣,重造还原渣以及加铁合金使钢液在合金化的时间降温,所以要求氧化末期除渣时的钢液温度要高于出钢温度10~20℃。

⑤氧化期造泡沫渣的技术。泡沫渣具有较高的反应能力,有利于加速炉内的化学反应,尤其是氧化期泡沫渣对去磷、脱碳、均匀钢液温度很有利。另外,炉渣起泡沫,电弧容易稳定,在泡沫渣中埋弧燃烧,电弧的热量大部分用于加热钢液和炉渣.不会反射到炉体上去,对保护炉体、炉盖有利。氧化期造好泡沫渣,操作时应注意以下几点。

a.炉渣应保持一定的碱度。炉渣稀不可能造好泡沫渣,渣稀说明渣中SiO含量高,渣的碱度低。这种情况下,可以流部分渣或扒渣,然后补加适量的石灰,提高炉渣的碱度,控制好炉渣的流动性及温度。如果钢液含碳量较高,钢液温度也高的情况下,可以短时间降电流,补充一批渣料,降低渣温,然后分批加小块矿石氧化,可以调整钢液温度,使钢液温度正常、炉渣起泡。

b.为了造好泡沫渣应注意吹氧方法。在氧化前期吹氧采用小压力(氧压控制在4atm)并使吹氧管插入钢液界面,左右摆动吹气,同时适当地加入小块矿石,炉渣易起泡沫。

c.在氧化后期,不需要继续脱碳而是需要迅速提高钢液温度,在吹氧时可以向渣面上加入适量的炭粉,以利于保碳和钢液升温。

⑥快速去磷技术措施。为在冶炼过程中实现快速去磷,应该把去磷任务部分地移到熔化期。为此采取如下措施。

a.装料时就加入相当于炉料重2%~3%的石灰和一部分碎矿石,全熔前扒渣60%以上,重新造渣,这样处理,全熔时就有60%以上的磷被提前去除,从而减轻氧化期去磷任务。

b.适当提前吹氧助熔,可以加速钢液中磷的去除,吹氧太晚,熔池靠电弧加热,钢液易过热,熔清磷就易偏高。

c..全熔后低温快速去磷:全熔后立即调整好炉渣,使炉渣具有一定的碱度和流动性。在温度偏低的情况下,加入铁矿石,此时熔池开始沸腾,炉渣发泡,渣面上升。此刻不能立即流渣,待矿石和炉渣得到充分反应后,才能使炉体前倾,大量流渣。补渣操作,加完矿石要不断地搅拌熔池,加速脱磷反应,这样就能达到快速去磷目的。

必须使加入的石灰和铁矿石充分熔化并起反应之后再流渣,这样方能有效去磷。加入石灰或铁矿石后过早倾炉强行流渣,渣中夹着未熔的石灰块或铁矿石块,会降低去磷效果。另外,如果只单纯加矿石不补加石灰,由于碱度低,去磷效果也差。

⑦合理控制脱磷与脱碳操作。氧化期的脱磷和脱碳,都要求炉渣和钢液具有强氧化性,但磷的氧化要求温度低,渣量大,而碳的氧化要求温度偏高,薄渣层。因此为使磷和碳顺利氧化,必须合理安排操作制度,处理好相互关系。

a.正常情况下的脱磷和脱碳。由于磷的氧化需要较低的温度,碳氧化需要较高的温度,因而氧化初期应注意控制磷的氧化。熔化结束后应根据熔清样分析结果,继续抓紧脱磷作业。此时可补加部分石灰、碎矿石或氧化铁皮,以增加氧化渣渣量,用中级电压供电,保证化渣升温,也可以吹氧化渣升温。当温度升高到加矿温度后,随即加入第一批矿石,等到熔池开始沸腾,先不要流渣,继续加第二批矿石,这时熔池沸腾激烈,让其自动流渣。第一批渣要化好,经过沸腾再流渣,否则不能充分发挥其去磷的作用。第一批渣量大,氧化性强,碱度高,而且温度又较低,是去磷的好条件。

如果熔清后磷偏高([P]>o.06%),可以先加矿石处理,然后全部或大部分扒渣,再造新渣。如果熔化期提前脱磷,使[P]进入规格要求范围内,则可利用碳氧沸腾大量流渣的方法继续去磷,不一定要将第一批渣扒净。流渣操作与扒渣操作相比,能避免扒渣引起的降温。所以应根据磷含量来决定渣量的大小,以及采取扒渣还是流渣。

氧化初期的作业必须注意升温,为碳的氧化创造条件。在生产中往往是磷、碳同时氧化,只是控制与各自氧化速度相关的条件,以达到控制两者进行的程度。随着冶炼进行,炉前分批加矿和吹氧进行脱碳,使熔池沸腾,清除钢中气体及夹杂物。一般氧化期的作业是先脱磷后脱碳,先加矿石后吹氧,先大渣量后薄渣。

b.特殊情况下的作业技巧。

1.碳高、磷一般。例如冶炼45钢,熔清[Cl>l. 20%,[P]≈0.04%左右,作业的重点是脱碳,去磷附属于脱碳过程中进行,可缩短冶炼时间。具体操作是:熔清后,补足石灰及碎矿石或氧化铁皮,控制较大的渣量,利用吹氧化渣升温,当温度升高到1530℃时即可加矿氧化,此时渣况良好,去磷能力强,即可趁着碳氧沸腾作用,控制流渣并补加新渣料。在随后的碳氧沸腾时,再适当地流些渣,这样磷就可以很快降到0. 0154%以下。然后在高温和薄渣下继续脱碳,使碳量达到要求含量。

2.碳高、磷高。例如冶炼45钢,熔清时[C]>1.O%,[P]≥o.08%,应在氧化期前,利用熔池温度较低的机会,集中力量去磷,并在去磷过程中,逐渐升温,为后期脱碳创造条件。即熔清后应注意造渣,补足石灰及碎矿石或氧化铁皮,控制大渣量,可以吹氧化渣升温,但要防止升温太快,炉温过高。当渣料全熔,渣况良好时,应及时扒掉全部熔化渣,并造好新渣,渣量要稍大些。新渣料以石灰为主,适当加入萤石调整钢渣流动性,吹氧化渣,渣料全熔即可由矿石氧化去磷。根据脱磷情况,中期可以再扒除部分炉渣或采用流渣方法,调换新渣。一般经过两次换渣后就能够使磷降下去了。有时只需扒一次渣,然后采用大渣量流渣操作,磷也能降下去。当磷小于0. 020%后,继续进行磷的氧化,直至达到合适的终点碳量。速种情况的操作关键是氧化磷时升温不能太快,脱碳速度要慢,待磷下去后,再加快脱碳速度。

3.碳低、磷高。这种情况大多发生在炉料配碳过低,吹氧助熔操作不当以及大塌料跑碳较多的时候,操作的原则是先以去磷为主,脱碳为辅,一般有两种情况:一是熔清碳偏低不多的情况,例如,冶炼45钢,熔清后碳在o.60%左右,磷含量大于0. 06%。熔清后补足石灰和碎矿石或者氧化铁皮,吹氧化渣,温度升高后加矿沸腾,并配合流渣,根据流渣量及时补充新渣料,始终保持泡沫氧化渣,更换2次渣料,钢液中磷将迅速降低,处理磷的过程亦是脱碳的过程,当钢液磷符合要求、脱碳量已达到0. 30%以上时,停止氧化,扒渣增碳,进行还原。二是熔清碳偏低太多的情况,冶炼45钢,熔清后碳在0. 40%左右,钢中含磷量大于0.06%。应采取先增碳、后去磷脱碳。由于钢液含磷高,增碳量较大,最好的方法是扒渣增碳,同时为快速处理磷创造有利条件。在配料及熔化过程中应注意控制炉中含碳量,防止以上情况的发生。

⑧影响炉渣流动性的因素。炉渣的流动性直接关系到渣钢的化学反应速度,影响钢的质量,因此冶炼时应控制好炉渣的流动性。如果炉渣过黏,易使钢液裸露,吸气多,电弧也不稳定,渣钢反应减慢,对去除磷、硫等杂质不利。炉渣过稀,电炉反射很强,钢液加热条件差,侵蚀炉衬严重。影响炉渣流动性的因素主要是以下两点:

a·高温时炉渣流动性良好。

b.炉渣成分  在碱性炉渣中,提高Ca0、Mg0、Cr2 03含量,会使渣的流动性变坏;当CaFz、Al2 03、Si02、Fe0、Mn0等含量增加时,炉渣流动性变好。碱性炉渣碱度越高,其流动性越差。

萤石是稀释碱性炉渣的主要材料之一,避免使用过多。过量的萤石造渣会严重侵蚀炉衬,进入渣中的炉衬材料使渣中氧化镁含量增加,流动性会重新变坏。作为稀释矿渣用的另一种材料——火砖块,它的作用同萤石基本相同。氧化铁、氧化锰也可以起稀释炉渣的作用,当其含量高时较为明显。

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