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电炉炼钢即炼渣,炉渣相关知识你必须懂!

更新时间:2022-03-08 关注:532


电炉炼钢即炼渣,炉渣相关知识你必须懂!


炉渣是参与各种冶金反应的重要的相,且有清除钢中的杂质和保护钢液的作用。在电炉炼钢各阶段都保持炉渣的状态良好,是生产优质钢的重要条件之一。

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一、炉渣的来源

电弧炉炼钢的各阶段,钢液表面都有炉渣覆盖,其主要来源有以下四个方面:
1)为达到冶炼目的而故意加入造渣材料,如石灰、石灰石、硅砂、氟石、铁矿石、炭粉、硅铁粉、耐火砖碎块等。
2)冶炼过程中的产物,主要是钢中所含各种元素的氧化物或硫化物,如FeO、MnO、SiO2、Cr2O3等。
3)炉衬被侵蚀而进入炉渣中的耐火材料,如碱性炉渣中的MgO和酸性炉渣中的SiO2。
4)各种原材料带入的杂质。

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二、炉渣的分类及组成

炼钢时,炉渣是参与各种冶金反应的重要的相,所以,用不同的炼钢工艺、在不同的冶炼阶段,所用的炉渣是不同的。
1)电弧炉的炉衬有碱性与酸性之分,所用的炉渣也就有碱性与酸性之分。炉渣中碱性氧化物占优势,称为碱性炉渣;炉渣中酸性氧化物占优势,就称为酸性炉渣。炉渣中常见的氧化物,按酸、碱属性的分类见表1。
表1 炉渣中常见的氧化物的分类

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碱度是表征炉渣酸、碱属性的参数,理论上应该是各种碱性氧化物质量分数之和与各种酸性氧化物质量分数之和的比值。实际生产中,常用CaO的质量分数与SiO2的质量分数之比表示碱度,碱度大于1者为碱性炉渣,碱度小于1者为酸性炉渣。
2)按冶炼阶段,炉渣可分为熔化渣、氧化渣和还原渣。碱性电弧炉还原期的炉渣又可分为白渣和电石渣。
3)炉渣的物理性质和化学性质是由其组成所决定的。对于炼钢的炉渣,物理性质中,最关心的是粘度;化学性质中则是碱度和氧化性(或还原性)的强弱。炉渣主要是由各种氧化物组成的,如SiO2、CaO、Al2O3、MgO、FeO、MnO和P2O5等。此外,还有少量硫化物,如CaS、FeS和MnS等,电弧炉炼钢时各种炉渣的大致组成见表2。
表2 各种炉渣的大致组成(质量分数)

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三、炉渣的作用

炼钢过程中,炉渣有以下几方面的作用。
1)由炉渣控制钢液的氧化和还原。炼钢过程的主要环节是氧化和还原,在氧化期,要使钢液中的某些元素氧化;在还原期,要脱除钢液中残留的氧。控制钢液中的氧含量,必须控制炉渣中的FeO含量。
2)磷、硫都是钢中的有害杂质,脱除P、S,都要靠成分适当、与氧化磷或硫化物结合能力强的炉渣,使之从钢液转移到炉渣中。
3)电弧柱的温度很高,可以使气体离解成离子态而被钢液吸收,覆盖在钢液表面的炉渣对钢液有很好的保护作用,可以减少气体的侵入。炉渣的温度高,而且热导率低,可使钢液的热量散失少、温度稳定。
4)保护炉衬。炉渣层可包围电弧,减少其对炉衬的辐射侵蚀,造泡沫渣时效果更好。
5)清除非金属夹杂物。炼钢的炉料中往往混有砂土等杂质,各种元素氧化生成的氧化物,损坏、剥落的炉衬耐火材料等,如混入钢中都成为非金属夹杂物。这类非金属夹杂物熔点都很高,如SiO2为1710℃、A12O3为2050℃,在炼钢温度下都不能熔化,但与炉渣结合形成的复合化合物,熔点就下降很多,呈液体状态,易于聚集而与钢液分离。

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四、炉渣的粘度

粘度是反映液体流动粘性阻力的指标。液体在层流运动的情况下,各液层之间有摩擦阻力,妨碍液体流动,这种内摩擦阻力是液体的特性之一。液体的粘度是与流动性相反的概念,粘度越高,则流动性越差。粘度大体上有三种,即动力粘度、运动粘度和条件粘度,通常提到“粘度",如无特别说明都是指动力粘度。
各液层作相对运动时所产生的摩擦阻力与各层间的接触面积和各层间相对运动的速度成正比,它们之间的比例常数就是该液体的动力粘度,常用的符号为η,单位是帕【斯卡】秒(Pa.s)。液体的运动粘度是将其动力粘度除以其密度而求得的。条件粘度是用各种标定粘度计测得的粘度,如恩氏粘度、流杯粘度等。
粘度是炉渣的重要物理性质之一,对钢液与炉渣间的各种反应、钢中气体的逸出、热量的传递乃至炉衬的使用寿命都有很大的影响。脱磷、脱硫的效率,氧化、还原反应的速度,都取决于反应物在炉渣内的扩散速度。
炉渣粘度太高,对钢液-炉渣间的许多冶金反应不利。例如,氧化期脱碳时,CO气泡通过炉渣排出的阻力很大,就会减缓碳-氧反应的进行;还原期间,扩散脱氧的反应也会大受影响。脱磷、脱硫的情况也是如此。
炉淹粘度太低也是有害的。如炉渣很稀,就不易吸收电弧柱的热量,反射到炉盖和炉墙的部分增多,既不利于钢液温度的控制,又会使炉衬的寿命缩短。同时,粘度低、流动性好的炉渣对炉衬的直接侵蚀和冲涮作用也很强烈。
实际生产中,保持炉渣的粘度稳定是非常重要的。
碱性炉揸中,加入酸性氧化物可使粘度降低,加入碱性氧化物则会使粘度提高。酸性炉渣的情况则与此相反。但也有例外,FeO虽属碱性氧化物,却可使碱性炉渣的粘度降低,这是因为FeO本身的熔点低。

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五、炉渣的导电能力

炉渣具有导电能力,是因为其中带电荷的离子和自由电子在一定的电压下能够流动,这对电弧炉炼钢有很重要的作用。影响炉渣导电能力主要有以下两方面因素。
1)炉渣中碱性氧化物的含量越高,则导电能力越强;酸性氧化物的含萤越高,则导电能力越弱。因此,酸性渣的导电能力不如碱性渣。
此外,炉渣中的低价氧化物(如FeO)会使其导电能力增强,所以氧化渣的导电性能比还原渣好。CaO也能提高炉渣的导电能力,在酸性炉渣中,因CaO能使炉渣的粘度降低,影响导电性的作用更为明显。
2)炉渣的温度提髙,其中带电荷的离子和自由电子的活化能增大,导电能力也就随温度的提高而增强。

来源:电炉炼钢


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