冶炼不锈钢无氟电炉渣发泡剂的开发与应用研究

摘要

在炼钢电弧炉中的泡沫渣可以遮蔽电弧，减少对炉衬耐火材料的热辐射，降低耐火材料和电极的消耗，从而达到提高加热效率、缩短冶炼时间和提高生产率的目标，目前已成为电弧炉炼钢的主要节能技术之一。不锈钢冶炼中，由于Cr的氧化优先于Fe的氧化，渣中FeO含量较少，生成CO的量减少，这是不锈钢冶炼中难以形成泡沫渣的主要原因。近年来，能够通过热分解产生气体的发泡剂成为国内外学者研究不锈钢冶炼造泡沫渣的热点。 本课题源于宝钢股份公司不锈钢分公司，针对所生产的主要钢种，首先对现场的炉渣采样，进行化学成分分析和熔化特性、粘度、表面张力等物性测定，并得到了物性与成分的回归方程。然后在实验室对碳酸盐和硝酸盐类发泡剂进行模拟试验研究，以确定发泡剂的优化配方，最后通过工业性试验，以验证新型发泡剂在不绣钢分公司现场应用的可行性和应用效果。考虑到环保方面的要求，渣系中应限制CaF<,2>的含量，因此“无氟”是本课题所研究发泡剂的一大特点。 碳酸盐型发泡剂的主要原料为白云石、石灰石和碳粉。本研究把熔渣发泡看成是一个多因素影响的过程，在实验室中频感应炉上，采用L<,16>(4<'5>)正交表安排实验，研究熔渣中MgO、Al<,2>O<,3>和Cr<,2>O<,3>含量以及碱度(CaO/SiO<,2>)等因素对发泡高度的影响。实验结果表明：本研究的渣系中，各主要因素对炉渣发泡高度影响的显著性次序为：碱度>Cr<,2>O<,3>％>MgO％>Al<,2>O<,3>％；模式识别分析中，各实验样本聚类现象明显；通过在优化区域内设计新样本对发泡剂的成分进行了调整和优化。硝酸盐型发泡剂理论上可以提供更充足的气源。与碳酸盐发泡剂的研究相似，在实验室条件下，采用“基渣+发泡剂”的模式对其发泡性能进行了探索性研究，实验结果表明：各因素对发泡高度的影响显著性次序为：发泡剂加入量>Cr<,2>O<,3>％>碱度>发泡剂与碳粉的比例；模式识别聚类情况良好。 针对不锈钢分公司100t电炉生产工艺的具体情况，本研究选用碳酸盐发泡剂，在实验室配方优化研究的基础上进行了工业性试验。试验结果表明：碳酸盐型发泡剂在不锈钢冶炼中具有明显的发泡性能，现场实测的炉渣发泡高度可达到320～600mm。其发泡效果除了与加入量和炉渣成分的影响外，也与加料方式、发泡剂粒度等条件有关；在采用料仓加入的条件下，宜在料篮中加入一部分发泡剂，其余部分在兑铁水前分2～3批加入，加入量递减，以防止起泡滞后和熔化时间延长；在不致被除尘系统抽走的前提下，发泡剂的粒度应尽量减小，小粒度的发泡剂有利于迅速熔化和快速起泡。从长远考虑，应采用喷吹方式加入发泡剂，这样不仅有利于发泡剂快速起泡和泡沫的持久，也能减少发泡剂的用量。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号表

声明

第一章绪论

1.1熔渣泡沫化的机理

1.2影响熔渣发泡的因素

1.2.1熔渣物理性质

1.2.2熔渣化学成分

1.2.3熔渣温度

1.3熔渣发泡性能表征

1.4熔渣发泡剂研究进展

1.5本研究的目标与主要内容

第二章炉渣成分及物性测定

2.1炉渣现场取样及成分分析

2.2炉渣的熔点测定

2.2.1熔点的测定原理

2.2.2熔点测定结果与分析

2.3炉渣的粘度测定

2.3.1粘度的测定原理

2.3.2粘度测定设备及结果

2.3.3粘度与熔渣组成的关系

2.3.4粘度与熔渣组成及温度的关系

2.4炉渣表面张力的测定

2.4.1表面张力测定原理

2.4.2表面张力测定结果与分析

2.5本章小结

第三章无氟碳酸盐发泡剂的实验研究

3.1发泡原理简介

3.2实验方案设计

3.3实验装置简介

3.4实验方法及步骤

3.5实验结果与讨论

3.5.1正交试验结果分析

3.5.2各主要因素对发泡性能的影响

3.5.3模式识别分析

3.5.4发泡高度与主要因素的关系

3.6本章小结

第四章无氟硝酸盐发泡剂的实验研究

4.1发泡原理

4.2实验室发泡性能实验

4.3实验结果与讨论

4.3.1正交实验结果与分析

4.3.2模式识别分析

4.3.3应用前景

4.4本章小结

第五章工业性试验及应用

5.1生产现场概况

5.2试验方案简介

5.3试验结果与分析

5.3.1发泡剂发泡效果

5.3.2影响熔渣泡沫化的因素

5.3.3存在问题讨论及改进建议

5.4本章小结

第六章结论与展望

6.1结论

6.1.1现场炉渣成分、物性研究

6.1.2无氟碳酸盐发泡剂的实验研究

6.1.3无氟硝酸盐发泡剂的实验研究

6.1.4工业性试验研究

6.2创新之处

6.3展望

参考文献

附录

作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文

作者在攻读硕士学位期间所参与的科研项目

致谢