LF精煉技術(shù)

前言

鋼包精煉爐（LF）設(shè)置在電爐煉鋼廠，縮短或省略了電弧爐的還原期，保證了電弧爐煉鋼+LF精煉+連鑄工藝的順行，使電弧爐不再僅僅是生產(chǎn)高質(zhì)量鋼種的設(shè)備，而發(fā)展成為可以用一般廢鋼和生鐵生產(chǎn)普通鋼種的高效率的短流程煉鋼設(shè)備。由于轉(zhuǎn)爐擋渣出鋼技術(shù)的日趨成熟，LF在轉(zhuǎn)爐煉鋼廠的應(yīng)用得到發(fā)展。在轉(zhuǎn)爐煉鋼廠利用LF可以生產(chǎn)特殊鋼，淘汰了過去用煉鋼法來區(qū)別鋼質(zhì)量的方式，確立了“轉(zhuǎn)爐初煉（粗煉）+LF精煉+連鑄”工藝生產(chǎn)多品種、高質(zhì)量鋼的方式。LF的出現(xiàn)基本取消了電爐鋼與轉(zhuǎn)爐鋼在質(zhì)量方面的差別，改變了煉鋼流程，成為鋼鐵生產(chǎn)流程中必不可少的設(shè)備。LF精煉技術(shù)在我國發(fā)展迅速，幾乎所有的大中型鋼廠都配有鋼包精煉爐，也有不少專家、學(xué)者對LF精煉技術(shù)進行研究。但到目前為止，尚缺少關(guān)于LF精煉技術(shù)的書籍。鑒于此，本人將十多年在LF精煉方面所做的科研結(jié)果及對LF精煉技術(shù)方面的認識，歸納總結(jié)成書。本書以LF精煉功能為主線，從鋼液潔凈度控制、溫度控制及成分控制三方面對LF精煉技術(shù)進行了全面的論述。在鋼液潔凈度控制方面，重點介紹了鋼中極低氧、硫含量工藝控制技術(shù)及初煉爐控制鋼中磷含量、精煉防止回磷的工藝技術(shù)研究。在氣體控制方面，著重介紹了影響鋼中的氮含量工藝因素及生產(chǎn)低氮鋼的工藝技術(shù)，對氫含量的控制也做了簡單描述。在鋼液溫度控制方面，分析了影響鋼液溫度的因素，建立LF精煉過程鋼液溫度控制模型，以指導(dǎo)實際生產(chǎn)。在成分控制方面，建立了最低成本下的鋼液成分控制模型，對電爐流程有害金屬雜質(zhì)元素的控制進行了研究。此外，還提出了標準化操作制度下，以工藝模型為基礎(chǔ)，實現(xiàn)LF精煉過程完全自動化的思想。本書全面、系統(tǒng)地介紹了LF精煉技術(shù)，可作為大專院校本科生、研究生及冶金專業(yè)教師的參考書，也可作為從事煉鋼生產(chǎn)的工程技術(shù)人員及管理人員的技術(shù)指導(dǎo)書，還可供希望了解LF精煉技術(shù)及有關(guān)潔凈鋼生產(chǎn)的人員閱讀。在本書完成之際，感謝傅杰教授對作者的培養(yǎng)及我所指導(dǎo)的研究生在科研方面的支持！

內(nèi)容概要

LF的出現(xiàn)基本取消了電爐鋼與轉(zhuǎn)爐鋼在質(zhì)量方面的差別，改變了煉鋼流程，成為鋼鐵生產(chǎn)流程中必不可少的設(shè)備，我國幾乎所有的大中型鋼廠都配有鋼包精煉爐(LF)。    本書以LF精煉功能為主線，從LF精煉過程鋼液潔凈度控制、溫度控制及成分控制三方面對LF精煉技術(shù)進行了全面、系統(tǒng)的論述。重點介紹了LF精煉過程鋼中氧、硫、磷、氮、氫含量的控制技術(shù)及夾雜物變性處理技術(shù)，分析了影響鋼液成分及溫度精確控制的影響因素，建立了LF精煉過程的工藝模型，提出了LF精煉操作完全自動化的思想。    本書可作為從事煉鋼生產(chǎn)的工程技術(shù)人員及管理人員的技術(shù)指導(dǎo)書，也可作為冶金專業(yè)本科生、研究生及教師的教學(xué)參考書，還可供希望了解LF精煉技術(shù)及有關(guān)潔凈鋼生產(chǎn)的人員閱讀。

作者簡介

李晶，1967年11月生。分別于1990年、1993年在原鞍山鋼鐵學(xué)院（現(xiàn)遼寧科技大學(xué)）獲得鋼鐵冶金學(xué)士及碩士學(xué)位，1999年獲北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院博士學(xué)位。2006年在澳大利
亞1a Trobe大學(xué)進修學(xué)習(xí)?，F(xiàn)任北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師，中國金屬
學(xué)會煉鋼分會電爐煉鋼學(xué)術(shù)委員會副主任兼秘書。
    長期深入生產(chǎn)企業(yè)，進行電爐及轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝技術(shù)、爐外精煉技術(shù)及產(chǎn)品開發(fā)方面的科學(xué)研究工作。作為項目負責(zé)人或主要完成人完成了國家及企業(yè)科研項目20余項，部分項目的研究成果達到了國際先進水平或具有創(chuàng)新性，其中獲省部級特等獎1項、一等獎1項、二等獎4項，市級一
等獎1項、三等獎1項，中國高等學(xué)校十大進展1項；專利2項。2004年獲得由中國金屬學(xué)會頒發(fā)
的“中國冶金青年科技獎”。發(fā)表學(xué)術(shù)論文50多篇；參與編寫出版著作5部，翻譯著作1部。

書籍目錄

1 LF精煉技術(shù)概況  1.1 LF精煉技術(shù)的發(fā)展  1.2 LF的形式    1.2.1 交流鋼包爐    1.2.2 直流鋼包爐    1.2.3 等離子槍加熱鋼包爐  1.3 LF設(shè)備    1.3.1 電極加熱系統(tǒng)    1.3.2 水冷爐蓋系統(tǒng)    1.3.3 合金渣料加入系統(tǒng)    1.3.4 喂線系統(tǒng)    1.3.5 除塵系統(tǒng)    1.3.6 測溫取樣系統(tǒng)    1.3.7 吹氬攪拌系統(tǒng)    1.3.8 鋼包及鋼包車系統(tǒng)  1.4 LF耐火材料    1.4.1 爐蓋用澆注料    1.4.2 渣線部位用耐火材料    1.4.3 包壁用耐火材料    1.4.4 包底用耐火材料    1.4.5 包底透氣磚  1.5 LF精煉工藝技術(shù)    1.5.1 LF精煉的目的    1.5.2 LF精煉的主要操作    1.5.3 LF精煉工藝    1.5.4 LF渣的回收利用    參考文獻2 LF 精煉過程氧含量及夾雜物控制技術(shù)  2.1 脫氧的理論基礎(chǔ)    2.1.1 脫氧熱力學(xué)    2.1.2 脫氧動力學(xué)    2.1.3 鋼中不同鋁含量對夾雜物的形成影響  2.2 LF脫氧實踐    2.2.1 轉(zhuǎn)爐及電爐終點碳含量的控制    2.2.2 出鋼過程的脫氧    2.2.3 LF精煉過程脫氧  2.3 精煉過程鋼液二次氧化的控制    2.3.1 模擬研究的吹氣量與實際吹氣量的關(guān)系    2.3.2 LF精煉過程鋼液裸露面大小模擬研究    2.3.3 鋼液二次氧化的模擬研究  2.4 LF精煉過程鋼液卷渣控制技術(shù)    2.4.1 LF精煉過程鋼液卷渣機理研究    2.4.2 鋼液卷渣臨界攪拌強度模擬研究  2.5 氧化物夾雜控制及變性處理技術(shù)    2.5.1 氧化物夾雜的成分控制    2.5.2 氧化物夾雜對水口結(jié)瘤的影響    2.5.3 鎂對夾雜物含量及板材性能的影響    2.5.4 氧化物夾雜的鈣處理技術(shù)    參考文獻3 LF精煉過程硫含量控制技術(shù)  3.1 脫硫的理論基礎(chǔ)    3.1.1 脫硫熱力學(xué)    3.1.2 脫硫動力學(xué)  3.2 LF脫硫?qū)嵺`    3.2.1 出鋼過程脫硫    3.2.2 LF精煉過程脫硫  3.3 硫化物夾雜變性處理技術(shù)    3.3.1 硫化物夾雜的有害性    3.3.2 硫化物夾雜形態(tài)的控制    3.3.3 硫化物夾雜需要的鈣量  3.4 低硫鋼生產(chǎn)工藝    3.4.1 轉(zhuǎn)爐+LF／VD生產(chǎn)超低硫鋼    3.4.2 電爐+LF／VD生產(chǎn)超低硫鋼    3.4.3 VD脫硫機理    3.4.4 低硫鋼生產(chǎn)精煉工藝    參考文獻4 LF精煉過程氦含量控制技術(shù)  4.1 氮對鋼性能的影響    4.1.1 氮對鋼性能的有害影響    4.1.2 氮對鋼的有益作用  4.2 吸氮的理論基礎(chǔ)    4.2.1 吸氮熱力學(xué)    4.2.2 吸氮的動力學(xué)  4.3 LF精煉過程氮含量控制    4.3.1 初煉爐鋼液氮含量的控制    4.3.2 LF精煉過程鋼液氮含量的控制    4.3.3 連鑄過程氮含量控制    參考文獻5 LF精煉過程中磷、氫含量控制  5.1 鋼液脫磷的條件分析    5.1.1 鋼液脫磷的熱力學(xué)    5.1.2 鋼液脫磷反應(yīng)的動力學(xué)    5.1.3 鋼液脫磷的工藝條件分析  5.2 轉(zhuǎn)爐冶煉過程鋼液磷含量控制研究    5.2.1 冶煉過程槍位變化對脫磷的影響    5.2.2 底吹流量對鋼液脫磷的影響    5.2.3 爐渣控制對脫磷的影響    5.2.4 鋼液溫度對脫磷的影響  5.3 轉(zhuǎn)爐冶煉終點控制對鋼中磷含量的影響    5.3.1 轉(zhuǎn)爐冶煉終點溫度對脫磷的影響    5.3.2 轉(zhuǎn)爐終點爐渣控制對脫磷的影響    5.3.3 轉(zhuǎn)爐終點鋼中殘Mn對鋼液脫磷的影響    5.3.4 出鋼過程磷含量的控制技術(shù)    5.3.5 LF精煉過程鋼液的回磷控制  5.4 氫含量的控制    5.4.1 氫對鋼的有害影響    5.4.2 脫氫的理論基礎(chǔ)    5.4.3 LF精煉過程防止吸氫的措施    參考文獻6 LF精煉過程中的鋼液成分控制  6.1 鋼中金屬雜質(zhì)元素的控制    6.1.1 爐料資源情況調(diào)查    6.1.2 爐料結(jié)構(gòu)模型的建立    6.1.3 爐料結(jié)構(gòu)模型的應(yīng)用    6.2 LF過程鋼液混勻模擬研究    6.2.1 鋼液混勻模擬研究方案    6.2.2 模擬研究結(jié)果及討論  6.3 鋼液成分控制的條件與鋁含量的控制    6.3.1 實現(xiàn)鋼液窄成分控制的條件    6.3.2 精煉過程中鋁含量的控制  參考文獻7 LF精煉過程中的鋼液溫度控制  7.1 鋼包熱狀態(tài)對鋼液溫度的影響    7.1.1 鋼包熱狀態(tài)現(xiàn)場試驗研究    7.1.2 出鋼過程鋼液溫降模型的研究開發(fā)    7.1.3 包襯蓄熱及鋼殼散熱  7.2 渣對鋼液溫度的影響    7.2.1 渣散熱數(shù)學(xué)模型    7.2.2 渣表面散熱對鋼液溫度的影響  7.3 合金加入對鋼液溫度的影響    7.3.1 合金加入鋼液產(chǎn)生的物理熱    7.3.2 合金加入鋼液產(chǎn)生的化學(xué)熱    7.3.3 合金加入鋼液引起鋼液溫度的變化  7.4 吹氬攪拌對鋼液溫度的影響    7.4.1 氬氣帶走物理熱    7.4.2 鋼包包襯蓄熱    7.4.3 鋼液裸露面造成鋼液溫降    7.4.4 鋼包內(nèi)鋼液的溫度分層  7.5 喂鋁線對鋼液溫度的影響    7.5.1 鋁線喂入鋼液產(chǎn)生的物理熱    7.5.2 鋁線喂入鋼液產(chǎn)生的化學(xué)熱  7.6 LF過程成渣熱及渣鋼反應(yīng)熱對鋼液溫度的影響    7.6.1 現(xiàn)場實驗及渣中氧化物、鋼中元素的變化    7.6.2 成渣熱及渣鋼反應(yīng)熱對鋼液溫度影響程度的分析  7.7 電極供熱  7.8 電弧功率確定  參考文獻8 LF精煉的全自動化控制  8.1 LF精煉全自動控制的基礎(chǔ)及目的  8.2 LF工藝模型的研究    8.2.1 氧含量預(yù)報模型    8.2.2 喂線工藝模型    8.2.3 鋼液成分控制模型    8.2.4 吹氬攪拌模型    8.2.5 脫硫模型    8.2.6 鋼液的溫度預(yù)報(控制)模型  8.3 LF精煉的完全自動化  參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：以上三種工藝的共同點是電弧爐或轉(zhuǎn)爐出鋼后，要進行鋼包去渣處理，例如采用鋼包扒渣法、倒包法、壓力罐法、閘板法、真空吸渣法等。鋼包去渣處理一方面會增加設(shè)備或工人的勞動強度，另一方面還會降低鋼液的溫度、影響鋼液質(zhì)量并降低鋼液收得率。為了省略去渣工序，防止氧化渣進入鋼包爐，發(fā)展了無渣或少渣技術(shù)。對電弧爐主要是無渣出鋼技術(shù)，如1979年蒂森特鋼公司維頓廠正式投產(chǎn)的中心底出鋼電弧爐，1983年在丹麥特殊鋼廠投產(chǎn)的偏心底出鋼EBT（Eccentric Bottom Tapping）電弧爐，之后相繼出現(xiàn)了側(cè)面爐底出鋼法SBT（Side Btom Fapping）、水平無渣出鋼法：HOT（HolzontTapping）、偏位爐底出鋼法OBT（Offcentre Bottom Tapping）及滑動閥門SG（Slide Gate）法等。這些出鋼方法使電弧爐少渣或無渣出鋼成為可能。對轉(zhuǎn)爐主要是少渣出鋼技術(shù)，繼1970年擋渣球法在日本新日鐵公司發(fā)明后，相繼出現(xiàn)了擋渣塞、避渣罩法、氣動擋渣及電磁擋渣等12種擋渣方法舊。使轉(zhuǎn)爐擋渣技術(shù)不斷完善并日趨成熟，轉(zhuǎn)爐下渣量得到了合理的控制。電爐無渣出鋼及轉(zhuǎn)爐少渣出鋼技術(shù)的發(fā)展，為LF精煉技術(shù)的發(fā)展與完善起到了巨大的推動作用。但是在實際生產(chǎn)中要實現(xiàn)電弧爐的無渣出鋼及轉(zhuǎn)爐的少渣出鋼相當(dāng)困難，因此出現(xiàn)了目前電爐流程及轉(zhuǎn)爐流程普遍采用的出鋼后變渣處理工藝，即：電弧爐或轉(zhuǎn)爐出鋼一LF精煉（加鋁、加渣料、加ca-si或加改渣劑）LF設(shè)置在電弧爐煉鋼廠，減少了電弧爐還原時間，最終取消了電弧爐的還原期，縮短了電弧爐的冶煉周期，提高了電弧爐的生產(chǎn)率，同時在一定時間內(nèi)為連鑄提供符合溫度、成分及潔凈度要求的鋼液，保證了電弧爐+LF精煉+連鑄工藝的順行，使電弧爐發(fā)展成為可以用普通廢鋼和生鐵生產(chǎn)普通鋼種的高效率的短流程煉鋼方式，而不再僅僅是生產(chǎn)高質(zhì)量鋼種的設(shè)備。LF精煉技術(shù)的出現(xiàn)對電弧爐煉鋼技術(shù)發(fā)展的影響如圖1-1所示。電弧爐發(fā)展的第一階段是包括熔化、氧化、還原的傳統(tǒng)型電弧爐。

編輯推薦

《LF精煉技術(shù)》由冶金工業(yè)出版社出版。

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