第36卷增刊1 北京科技大学学报 Vol.36 Suppl.1 2014年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2014 LF炉底吹C0,气体对钢液质量影响及透气砖侵蚀的 研究 董凯区，朱荣”，刘润藻”，王欢2，周春芳引 1)北京科技大学机械工程学院，北京1000832)北京科技大学治金与生态工程学院，北京100083 3)北京中治设备研究设计总院有限公司，北京100029 ☒通信作者，E-mail:dongkaismanker(@l63.com 摘要为探索LF炉底吹C02气体的治金行为，将C0,气体用于LF炉精炼过程中，对LF炉底吹C02气体工艺进行热力学 分析，并利用75tLF炉进行底吹不同比例C02与Ar混合气体的实验.研究发现：底吹C02气体精炼过程中不会造成钢液大 量脱碳，平均每炉碳氧化量在0.3~0.8kg,钢液中夹杂物的种类、形貌和组成变化较小，夹杂物当量密度减小，提高了钢液洁 净度，底吹CO2气体不会加重钢包透气砖的侵蚀，实验表明LF炉可使用CO2气体进行精炼. 关键词LF:二氧化碳：洁净度：侵蚀 分类号TF769.2 Influence of bottom blowing CO,in LF on molten steel quality and erosion of ventilated bricks DONG Kai,ZHU Rong?,LIU Run-zao2,WANG Huan2),ZHOU Chun-fang 1)School of Mechanical Engineering.University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)School of Metallurgical and Ecological Engineering.University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 3)Beijing Metallurgical Equipment Research Design Corporation Ltd.,China Metallurgical Group Corporation,Beijing 100029,China Corresponding author,E-mail:dongkaismanker@163.com ABSTRACT In order to explore the metallurgical behavior of bottom blowing CO2 in ladle furnace,CO2 was used during the LF refining process,some thermodynamics calculation of bottom blowing CO,was studied,and some exploratory experiments were conduc- ted with different proportions of CO to Ar during the LF refining process in industry.The results show that it can cause the little oxida- tion of C in molten steel with the process of bottom blowing CO,,the average oxidation of C is from 0.3 to 0.8 kg.Compared with bottom blowing Ar,the types and composition of inclusions have less change and the equal yield density of inclusions decreases and the cleanness of steel is improved,it will not aggravate the erosion of ventilated bricks of LF.So it is possible to use CO in LF for refining. KEY WORDS ladle furnace:CO,:cleanness;erosion 钢铁工业是C02排放的大户，如何降低二氧化 效的替代品B.但有关二氧化碳在精炼过程的应 碳排放及将二氧化碳进行资源化利用己越来越引起 用研究较少.基于此，利用75tLF精炼炉探索底吹 钢铁工作者的重视-习.二氧化碳用于炼钢过程的 C02气体对钢液质量及耐火材料侵蚀的影响. 研究，主要集中在搅拌气及保护气方面，研究发现少 1热力学分析 部分C02气体能参与熔池反应，其底吹搅拌能力强 于Ar和N2,同时CO,不像底吹N2/Ar易使钢中 二氧化碳属于弱氧化性气体，与熔池中[C]、 N]增加，也不像底吹O2/C,H,易使钢中H]增加， Al]、Mn]和Fe等元素反应的标准吉布斯自由 CO2是费用较高的Ar和有潜在危害的N2的一种有 能m为： 收稿日期：2013-11一18 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2014.s1.042:http://jourals.ustb.edu.cn
第 36 卷 增刊 1 2014 年 4 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 36 Suppl． 1 Apr． 2014 LF 炉底吹 CO2 气体对钢液质量影响及透气砖侵蚀的 研究 董 凯1) ，朱 荣2) ，刘润藻2) ，王 欢2) ，周春芳3) 1) 北京科技大学机械工程学院，北京 100083 2) 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083 3) 北京中冶设备研究设计总院有限公司，北京 100029 通信作者，E-mail: dongkaismanker@ 163． com 摘 要 为探索 LF 炉底吹 CO2 气体的冶金行为，将 CO2 气体用于 LF 炉精炼过程中，对 LF 炉底吹 CO2 气体工艺进行热力学 分析，并利用 75 t LF 炉进行底吹不同比例 CO2 与 Ar 混合气体的实验． 研究发现: 底吹 CO2 气体精炼过程中不会造成钢液大 量脱碳，平均每炉碳氧化量在 0. 3 ～ 0. 8 kg，钢液中夹杂物的种类、形貌和组成变化较小，夹杂物当量密度减小，提高了钢液洁 净度，底吹 CO2 气体不会加重钢包透气砖的侵蚀，实验表明 LF 炉可使用 CO2 气体进行精炼． 关键词 LF; 二氧化碳; 洁净度; 侵蚀 分类号 TF769. 2 Influence of bottom blowing CO2 in LF on molten steel quality and erosion of ventilated bricks DONG Kai 1) ，ZHU Ｒong2) ，LIU Ｒun-zao 2) ，WANG Huan2) ，ZHOU Chun-fang3) 1) School of Mechanical Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) School of Metallurgical and Ecological Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 3) Beijing Metallurgical Equipment Ｒesearch ＆ Design Corporation Ltd． ，China Metallurgical Group Corporation，Beijing 100029，China Corresponding author，E-mail: dongkaismanker@ 163． com ABSTＲACT In order to explore the metallurgical behavior of bottom blowing CO2 in ladle furnace，CO2 was used during the LF refining process，some thermodynamics calculation of bottom blowing CO2 was studied，and some exploratory experiments were conducted with different proportions of CO2 to Ar during the LF refining process in industry． The results show that it can cause the little oxidation of C in molten steel with the process of bottom blowing CO2，the average oxidation of C is from 0. 3 to 0. 8 kg． Compared with bottom blowing Ar，the types and composition of inclusions have less change and the equal yield density of inclusions decreases and the cleanness of steel is improved，it will not aggravate the erosion of ventilated bricks of LF． So it is possible to use CO2 in LF for refining． KEY WOＲDS ladle furnace; CO2 ; cleanness; erosion 收稿日期: 2013--11--18 DOI: 10． 13374 /j． issn1001--053x． 2014． s1． 042; http: / /journals． ustb． edu． cn 钢铁工业是 CO2 排放的大户，如何降低二氧化 碳排放及将二氧化碳进行资源化利用已越来越引起 钢铁工作者的重视［1--2］． 二氧化碳用于炼钢过程的 研究，主要集中在搅拌气及保护气方面，研究发现少 部分 CO2 气体能参与熔池反应，其底吹搅拌能力强 于 Ar 和 N2，同时 CO2 不 像 底 吹 N2 /Ar 易 使 钢 中 ［N］增加，也不像底吹 O2 /CxHy易使钢中［H］增加， CO2 是费用较高的 Ar 和有潜在危害的 N2 的一种有 效的替代品［3--6］． 但有关二氧化碳在精炼过程的应 用研究较少． 基于此，利用 75 t LF 精炼炉探索底吹 CO2 气体对钢液质量及耐火材料侵蚀的影响． 1 热力学分析 二氧化碳属于弱氧化性气体，与熔池中［C］、 ［Al］、［Mn］和 Fe 等元素反应的标准吉布斯自由 能［7］为:
增刊1 董凯等：LF炉底吹C0,气体对钢液质量影响及透气砖侵蚀的研究 ·227· C02+[C]=2C0月，△G°=34580-30.95T. 样分析夹杂物的形貌和数量.其中混合喷吹炉次使 (1) 用同一钢包进行，实验结束后测量透气砖的侵蚀长 C02g+Feo=(FeO）+C0o, 度，以便研究喷吹C02对钢包侵蚀的影响.进而研 △G=11880-9.92T. (2) 究CO2气体用于LF炉代替Ar气完成底吹的治金 CO2+[Mn](MnO)+CO, 效果 △G=-261507.82+72.905T (3) 表3供气方案 C020+2/3[A]=1/3(Al,03)+C0g, Table 3 Gas supply scheme (L.min-1) △G=-239650+41.29T. (4) 前期 中期 后期 供气 炼钢温度下反应(1)~(4)的标准自由能变化 气体 方案 目的： 目的： 目的： 均为负值，说明[C]、[Al]、Mn]和Fe元素的氧化 加热化渣 脱氧、脱硫 软吹、去夹杂 反应均可进行，且反应在平衡状态下进行较完全. 方案1 天 150~210180-300 60-90 将C02气体用于钢包搅拌不会影响钢液质量网，说 2/3Ar 100~140 120-200 40-60 方案2 明钢包炉底吹C0,气体反应是一个复杂的非稳态 1/3C02 50~70 60-100 20-30 多相反应，反应并未达到平衡状态.由于气体在LF 1/3Ar 5070 60-100 20-30 方案3 炉熔池中的停留时间较短，传质和界面反应均有可 2/3C0, 100~140 120-200 40-60 能影响反应进行 方案4 C02 150-210 180-300 60-90 2实验方法及结果分析 2.2结果分析 2.1实验方法 实验采用不同比例C0,气体共进行20炉次， 2.1.1实验装置 其中1/3比例C02气体实验炉次为8炉，2/3比例 实验在75tLF炉上进行，所用C02气体由瓶装 C02气体实验炉次为6炉，全吹C02气体炉次为6 气体经过汇流排获得并通入分气包，实验所用Ar气 炉，并与8炉次全吹Ar气精炼结果进行对比. 经原有管道进入分气包和C02气体混合，利用C02 2.2.1碳元素分析 气体流量计和Ar气流量计控制气体流量. LF炉精炼过程中要对钢液进行增碳，出钢碳含 2.1.2实验材料 量与钢种要求相匹配，因此可通过分析增碳剂的收 实验钢种选45钢，钢中元素含量如表1所示 得率来研究底吹CO,气体与钢液内碳元素的反应 情况. 表1钢中成分含量（质量分数） Table 1 Contents of typical elements in 45 carbon steel 从图1中可看出实验炉次碳元素平均收得率略 Mn 有将降低，降低幅度达到0.6%~1.6%，平均每炉 0.42-0.480.15-0.300.55~0.70≤0.02≤0.01≤0.03 增碳量约为50kg,平均每炉碳氧化量在0.3~ 0.8kg,与增碳量相比较少，实验结果表明钢包底吹 实验所用气体纯度如表2所示 CO2气体不会大量脱碳而影响钢液质量 表2气体纯度 88 Table 2 Purity of gases 气体种类 纯度/% 861 Ar 99.9 8437 军84 83.53 83.77 C02 99.9 82.77 2.1.3实验方案 蓬82 为研究精炼炉底吹C0,气体的治金效果，实验 过程中在原有造渣制度及供电制度不变的条件下改 80 全吹Ar 1/3比例C0,23比例C0,全吹C0, 变供气制度，探究底吹C02气体对LF炉精炼工艺 二氧化碳比例 的影响，因此，制定供气制度如表3所示. 图1不同C02比例下碳元素平均收得率 在LF炉进站及出站过程中分别取样测温，分 Fig.1 Average yield of C at different bottom blowing proportions of 析熔池碳含量及气体含量，并在轧制后的钢材上取 C02
增刊 1 董 凯等: LF 炉底吹 CO2 气体对钢液质量影响及透气砖侵蚀的研究 CO2( g) +［C］= 2CO( g) ， ΔGθ = 34580 － 30. 95T． ( 1) CO2( g) + Fe( l) = ( FeO) + CO( g) ， ΔGθ = 11880 － 9. 92T． ( 2) CO2( g) +［Mn］= ( MnO) + CO( g) ， ΔGθ = － 261507. 82 + 72. 905T． ( 3) CO2( g) + 2 /3［Al］= 1 /3( Al2O3 ) + CO( g) ， ΔGθ = － 239650 + 41. 29T． ( 4) 炼钢温度下反应( 1) ～ ( 4) 的标准自由能变化 均为负值，说明［C］、［Al］、［Mn］和 Fe 元素的氧化 反应均可进行，且反应在平衡状态下进行较完全． 将 CO2 气体用于钢包搅拌不会影响钢液质量［8］，说 明钢包炉底吹 CO2 气体反应是一个复杂的非稳态 多相反应，反应并未达到平衡状态． 由于气体在 LF 炉熔池中的停留时间较短，传质和界面反应均有可 能影响反应进行． 2 实验方法及结果分析 2. 1 实验方法 2. 1. 1 实验装置 实验在 75 t LF 炉上进行，所用 CO2 气体由瓶装 气体经过汇流排获得并通入分气包，实验所用 Ar 气 经原有管道进入分气包和 CO2 气体混合，利用 CO2 气体流量计和 Ar 气流量计控制气体流量． 2. 1. 2 实验材料 实验钢种选 45 钢，钢中元素含量如表 1 所示． 表 1 钢中成分含量( 质量分数) Table 1 Contents of typical elements in 45 carbon steel % C Si Mn P S Al 0. 42 ～ 0. 48 0. 15 ～ 0. 30 0. 55 ～ 0. 70 ≤0. 02 ≤0. 01 ≤0. 03 实验所用气体纯度如表 2 所示． 表 2 气体纯度 Table 2 Purity of gases 气体种类 纯度/% Ar 99. 9 CO2 99. 9 2. 1. 3 实验方案 为研究精炼炉底吹 CO2 气体的冶金效果，实验 过程中在原有造渣制度及供电制度不变的条件下改 变供气制度，探究底吹 CO2 气体对 LF 炉精炼工艺 的影响，因此，制定供气制度如表 3 所示． 在 LF 炉进站及出站过程中分别取样测温，分 析熔池碳含量及气体含量，并在轧制后的钢材上取 样分析夹杂物的形貌和数量． 其中混合喷吹炉次使 用同一钢包进行，实验结束后测量透气砖的侵蚀长 度，以便研究喷吹 CO2 对钢包侵蚀的影响． 进而研 究 CO2 气体用于 LF 炉代替 Ar 气完成底吹的冶金 效果． 表 3 供气方案 Table 3 Gas supply scheme ( L·min － 1 ) 供气 方案 气体 前期 中期 后期 目的: 加热化渣 目的: 脱氧、脱硫 目的: 软吹、去夹杂 方案 1 Ar 150 ～ 210 180 ～ 300 60 ～ 90 方案 2 2 /3Ar 100 ～ 140 120 ～ 200 40 ～ 60 1 /3CO2 50 ～ 70 60 ～ 100 20 ～ 30 方案 3 1 /3Ar 50 ～ 70 60 ～ 100 20 ～ 30 2 /3CO2 100 ～ 140 120 ～ 200 40 ～ 60 方案 4 CO2 150 ～ 210 180 ～ 300 60 ～ 90 2. 2 结果分析 实验采用不同比例 CO2 气体共进行 20 炉次， 其中 1 /3 比例 CO2 气体实验炉次为 8 炉，2 /3 比例 CO2 气体实验炉次为 6 炉，全吹 CO2 气体炉次为 6 炉，并与 8 炉次全吹 Ar 气精炼结果进行对比． 2. 2. 1 碳元素分析 LF 炉精炼过程中要对钢液进行增碳，出钢碳含 量与钢种要求相匹配，因此可通过分析增碳剂的收 得率来研究底吹 CO2 气体与钢液内碳元素的反应 情况． 图 1 不同 CO2 比例下碳元素平均收得率 Fig． 1 Average yield of C at different bottom blowing proportions of CO2 从图 1 中可看出实验炉次碳元素平均收得率略 有将降低，降低幅度达到 0. 6% ～ 1. 6% ，平均每炉 增 碳 量 约 为 50 kg，平均每炉碳氧化量在 0. 3 ～ 0. 8 kg，与增碳量相比较少，实验结果表明钢包底吹 CO2 气体不会大量脱碳而影响钢液质量． ·227·
·228· 北京科技大学学报 第36卷 2.2.2钢液气体分析 12 图2所示不同喷吹条件下钢液增氧增氮情况， 反映出在相同喷吹条件下，CO,气体的搅拌能力略 强于Ar气，导致精炼过程中将渣层吹开钢液吸N] 10.92 10.68 和吸[O]略有增加，从上图中可看出实验炉次钢液 10.53 的N]含量略高于全吹Ar炉次约(0.5~3.3)× 10 104%,总体氧含量仍很低，也进一步说明了在炼钢 温度下C02分解量较小，LF炉精炼过程吹C02不 会使钢液大量增氧增氮而影响钢液质量 全吹Ar 1/3比例C0,2/3比例C0. 全吹CO 80 二氧化碳比例 70 ·一钢中氮元素质量分数 图3不同C02比例下夹杂物的平均当量密度 ·一钢中氧元素质量分数 60 Fig.3 Equal yield density of inclusions in steel at different bottom 50 blowing proportions of CO2 40 10.53mm2,其中全吹C02气体夹杂物当量密度降 30 低了3.75%，说明精炼炉底吹C02气体不但不会影 20 响钢液质量，反而有利于夹杂物去除. 对典型夹杂物进行能谱分析，研究夹杂物的成 全吹Ar 1/3比例C0,2/3比例C0, 全吹(C0 分及种类.实验炉次与对比炉次所取样品的夹杂物 二氧化碳比例 主要为硫化物类、镁铝尖晶石类以及铝酸钙类夹杂 图2钢液T[O和T门含量 物，同时部分炉次还发现了少量的氧化铝类夹杂物. Fig.2 Element content of T[O]and T [N]in the liquid steel 采用底吹部分或全吹CO2气体工艺和底吹Ar气工 2.2.3夹杂物分析 艺治炼得到的产品中的夹杂物种类、形貌和组成变 利用光学显微镜观察和统计夹杂物的数量和尺 化较小，底吹C02气体工艺不会改变钢液洁净度 寸分布，并计算夹杂物的当量密度，如图3所示. 对所取大样进行电解，并运用电子显微镜对电 从图3中实验炉次与对比炉次可以看出，常规 解所得夹杂物进行观测及能谱分析.如图4所示大 吹Ar工艺、底吹1/3比例C02、底吹2/3比例C02 型夹杂物形态及能谱图，从能谱图中可知大型夹杂 和全吹C0,气体进行精炼时，LF炉出站钢液中的夹 物主要由Ca0、Mg0、Al,03、SiO2及少量Na,0和 杂物的当量密度分别为10.94、10.92、10.68和 K,0组成，对电解所得夹杂物进行称重可知，全吹 (a 1000 800 600 400 e 200 Na 0 MnFe 0 1 3 45678 能量keY 500um 2500 2000 1500 1000 500 0 Mo KCa Fe Fe 0 2 4 810 能量/keN 100 jm 图4典型大型夹杂物的形貌及能谱图.(a)混合喷吹炉次：(b)纯Ar炉次 Fig.4 Representative pictures of large inclusions and EDS under different gas conditions:(a)mixed gas injection:(b)pure Ar injection
北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 2. 2. 2 钢液气体分析 图 2 所示不同喷吹条件下钢液增氧增氮情况， 反映出在相同喷吹条件下，CO2 气体的搅拌能力略 强于 Ar 气，导致精炼过程中将渣层吹开钢液吸［N］ 和吸［O］略有增加，从上图中可看出实验炉次钢液 的［N］含量略高于全吹 Ar 炉次约( 0. 5 ～ 3. 3) × 10 － 4 % ，总体氧含量仍很低，也进一步说明了在炼钢 温度下 CO2 分解量较小，LF 炉精炼过程吹 CO2 不 会使钢液大量增氧增氮而影响钢液质量． 图 2 钢液 T［O］和 T［N］含量 Fig． 2 Element content of T［O］and T［N］in the liquid steel 2. 2. 3 夹杂物分析 利用光学显微镜观察和统计夹杂物的数量和尺 寸分布，并计算夹杂物的当量密度，如图 3 所示． 从图 3 中实验炉次与对比炉次可以看出，常规 吹 Ar 工艺、底吹 1 /3 比例 CO2、底吹 2 /3 比例 CO2 和全吹 CO2 气体进行精炼时，LF 炉出站钢液中的夹 杂物 的 当 量 密 度 分 别 为 10. 94、10. 92、10. 68 和 图 3 不同 CO2 比例下夹杂物的平均当量密度 Fig． 3 Equal yield density of inclusions in steel at different bottom blowing proportions of CO2 10. 53 mm － 2 ，其中全吹 CO2 气体夹杂物当量密度降 低了 3. 75% ，说明精炼炉底吹 CO2 气体不但不会影 响钢液质量，反而有利于夹杂物去除． 对典型夹杂物进行能谱分析，研究夹杂物的成 分及种类． 实验炉次与对比炉次所取样品的夹杂物 主要为硫化物类、镁铝尖晶石类以及铝酸钙类夹杂 物，同时部分炉次还发现了少量的氧化铝类夹杂物． 采用底吹部分或全吹 CO2 气体工艺和底吹 Ar 气工 艺冶炼得到的产品中的夹杂物种类、形貌和组成变 化较小，底吹 CO2 气体工艺不会改变钢液洁净度． 对所取大样进行电解，并运用电子显微镜对电 解所得夹杂物进行观测及能谱分析． 如图 4 所示大 型夹杂物形态及能谱图，从能谱图中可知大型夹杂 物主 要 由 CaO、MgO、Al2O3、SiO2 及 少 量 Na2O 和 K2O 组成，对电解所得夹杂物进行称重可知，全吹 图 4 典型大型夹杂物的形貌及能谱图． ( a) 混合喷吹炉次; ( b) 纯 Ar 炉次 Fig． 4 Ｒepresentative pictures of large inclusions and EDS under different gas conditions: ( a) mixed gas injection; ( b) pure Ar injection ·228·
增刊1 董凯等：LF炉底吹C0,气体对钢液质量影响及透气砖侵蚀的研究 ·229· Ar炉次平均每10kg钢中含有夹杂物为128.21mg, 温差造成的热震脱落、氧气清理吹扫等造成的，与 而Ar和C02气体混合喷吹炉次平均每10kg钢中 CO2气体和Ar气的种类无关. 含有夹杂物为50.83mg,夹杂物重量减少60.3%， 3结论 实验结果表明混合喷吹更有利于夹杂物的去除 2.2.4透气砖使用情况 (1)初步实验表明LF炉底吹C02气体精炼过 采用2/3比例的C02气体和Ar气混吹实验采 程中不会造成钢液大量脱碳，平均每炉碳氧化量在 用同一钢包共治炼6炉次，混合气体通过两条管路 0.3-0.8kg 分别与两块底吹透气砖连接，加上该钢包实验前治 (2)实验炉次产品中的夹杂物种类、形貌和组 炼的4炉，共计10炉次，观察并测量透气砖的使用 成变化较小，夹杂物当量密度减小，其中全吹C02 情况如图5所示. 气体夹杂物当量密度降低了3.75%，钢中增氧及增 氮较少. (3)底吹C02气体不会加重钢包透气砖的侵 蚀，实验过程平均每炉透气砖侵蚀量约为9.5~ 10.6mm,与现场日常使用纯Ar气进行底吹时侵蚀 量相同，C02气体可用于精炼炉进行精炼 参考文献 [1]Liu K X.Some ideas on iron and steel enterprises to develop low carbon economy.Recycl Res,2010,3 (4):11 (柳克勋.关于钢铁企业发展低碳经济的思考.再生资源与循 环经济，2010,3(4)：11) Zhang J.Analysis on Influencing Factors of CO,and Mitigative Measures in Iron and Steel Industry [Dissertation].Dalian:Dalian 图5透气砖侵蚀情况.(a)上透气砖侵蚀高度(95mm):(b) University of Technology,2008:1 上透气砖侵蚀表面：(c)下透气砖侵蚀高度(106mm)：(d)下透 (张敵.中国钢铁行业C0,排放影响因素及减排途径研究[学 气砖侵蚀表面 位论文].大连：大连理工大学，2008：1) Fig.5 Erosion condition of the porous plug brick:(a)erosion B] Song S C.Metallurgical effect of combined blowing oxygen con- amount of upper brick (95 mm):(b)erosive surface of upper brick: verter.Steelmaking,1986(1):54 (c)erosion amount of under brick (106 mm):(d)erosive surface of (宋士超.转炉顶底复合吹炼效果分析.炼钢，1986(1)：54) under brick 4]Guo M X,Chen X W.Action mechanism of bottom-lown CO,in the bath of combined-blown converter.J fron Steel Res,1993,5 观察使用后的透气砖表面侵蚀情况差异较大， (1):9 分析其原因是西钢采用1座转炉配备4个工位的 (郭木星，陈襄武.底吹C02气体在复吹转炉熔池中的作用机 LF炉，对钢水的洁净度要求高，所以精炼周期较长 理.钢铁研究学报，1993,5(1)：9) 约为60min,且底吹流量分布不均匀和吹扫强度不 5]OHara R D,Spence A G R,Eisenwasser J D.Carbon dioxide 同导致表面侵蚀不平整.从侵蚀量分析，钢包使用 shrouding and purging at Ipsco'melt shop.fron Steelmak,1986, 10炉（非实验4炉+实验6炉），上透气砖侵蚀量为 13(3):24 6]Paules JR.Ladle stirring stream shrouding with CO2 at Armco's 95mm下透气砖侵蚀量为106mm,平均每炉透气砖 midwestern steel division /70th Steelmaking Conference Proceed- 侵蚀量约为10mm,与现场日常使用纯Ar气进行底 ings.Pittsburgh,1987:129 吹时侵蚀量相当.发现底吹部分C0,气体不会加快 Noel J S,Lee H G,Peter C H.Decarburization of liquid Fe-CS 透气砖的侵蚀，分析原因主要是因为钢包透气砖材 drops using multiple oxidants of O CO and H20.ISI/Int, 1999,39(12):12 质为铬刚玉质，主要成分为A山，03，还有少量C,03, [8]Bruce T,Weisang F,Allibert M,et al.Effects of CO2 stirring in 这两种氧化物均不与C02气体发生反应，因此，钢 a ladle /Proceedings of Electric Furnace Conference.Chicago, 包透气砖的侵蚀主要是通过钢水侵蚀、气体与钢液 1987:293
增刊 1 董 凯等: LF 炉底吹 CO2 气体对钢液质量影响及透气砖侵蚀的研究 Ar 炉次平均每 10 kg 钢中含有夹杂物为 128. 21 mg， 而 Ar 和 CO2 气体混合喷吹炉次平均每 10 kg 钢中 含有夹杂物为 50. 83 mg，夹杂物重量减少 60. 3% ， 实验结果表明混合喷吹更有利于夹杂物的去除． 2. 2. 4 透气砖使用情况 采用 2 /3 比例的 CO2 气体和 Ar 气混吹实验采 用同一钢包共冶炼 6 炉次，混合气体通过两条管路 分别与两块底吹透气砖连接，加上该钢包实验前冶 炼的 4 炉，共计 10 炉次，观察并测量透气砖的使用 情况如图 5 所示． 图 5 透气砖侵蚀情况． ( a) 上透气砖侵蚀高度( 95 mm) ; ( b) 上透气砖侵蚀表面; ( c) 下透气砖侵蚀高度( 106 mm) ; ( d) 下透 气砖侵蚀表面 Fig． 5 Erosion condition of the porous plug brick: ( a ) erosion amount of upper brick ( 95 mm) ; ( b) erosive surface of upper brick; ( c) erosion amount of under brick ( 106 mm) ; ( d) erosive surface of under brick 观察使用后的透气砖表面侵蚀情况差异较大， 分析其原因是西钢采用 1 座转炉配备 4 个工位的 LF 炉，对钢水的洁净度要求高，所以精炼周期较长 约为 60 min，且底吹流量分布不均匀和吹扫强度不 同导致表面侵蚀不平整． 从侵蚀量分析，钢包使用 10 炉( 非实验 4 炉 + 实验 6 炉) ，上透气砖侵蚀量为 95 mm 下透气砖侵蚀量为 106 mm，平均每炉透气砖 侵蚀量约为 10 mm，与现场日常使用纯 Ar 气进行底 吹时侵蚀量相当． 发现底吹部分 CO2 气体不会加快 透气砖的侵蚀，分析原因主要是因为钢包透气砖材 质为铬刚玉质，主要成分为 Al2O3，还有少量 Cr2O3， 这两种氧化物均不与 CO2 气体发生反应，因此，钢 包透气砖的侵蚀主要是通过钢水侵蚀、气体与钢液 温差造成的热震脱落、氧气清理吹扫等造成的，与 CO2 气体和 Ar 气的种类无关． 3 结论 ( 1) 初步实验表明 LF 炉底吹 CO2 气体精炼过 程中不会造成钢液大量脱碳，平均每炉碳氧化量在 0. 3 ～ 0. 8 kg． ( 2) 实验炉次产品中的夹杂物种类、形貌和组 成变化较小，夹杂物当量密度减小，其中全吹 CO2 气体夹杂物当量密度降低了 3. 75% ，钢中增氧及增 氮较少． ( 3) 底吹 CO2 气体不会加重钢包透气砖的侵 蚀，实验过程平均每炉透气砖侵蚀量约为 9. 5 ～ 10. 6 mm，与现场日常使用纯 Ar 气进行底吹时侵蚀 量相同，CO2 气体可用于精炼炉进行精炼． 参 考 文 献 ［1］ Liu K X． Some ideas on iron and steel enterprises to develop low carbon economy． Ｒecycl Ｒes，2010，3 ( 4) : 11 ( 柳克勋． 关于钢铁企业发展低碳经济的思考． 再生资源与循 环经济，2010，3( 4) : 11) ［2］ Zhang J． Analysis on Influencing Factors of CO2 and Mitigative Measures in Iron and Steel Industry［Dissertation］． Dalian: Dalian University of Technology，2008: 1 ( 张敬． 中国钢铁行业 CO2 排放影响因素及减排途径研究［学 位论文］． 大连: 大连理工大学，2008: 1) ［3］ Song S C． Metallurgical effect of combined blowing oxygen converter． Steelmaking，1986( 1) : 54 ( 宋士超． 转炉顶底复合吹炼效果分析． 炼钢，1986( 1) : 54) ［4］ Guo M X，Chen X W． Action mechanism of bottom-blown CO2 in the bath of combined-blown converter． J Iron Steel Ｒes，1993，5 ( 1) : 9 ( 郭木星，陈襄武． 底吹 CO2 气体在复吹转炉熔池中的作用机 理． 钢铁研究学报，1993，5( 1) : 9) ［5］ O'Hara Ｒ D，Spence A G Ｒ，Eisenwasser J D． Carbon dioxide shrouding and purging at Ipsco' melt shop． Iron Steelmak，1986， 13( 3) : 24 ［6］ Paules J Ｒ． Ladle stirring ＆ stream shrouding with CO2 at Armco's midwestern steel division / / 70th Steelmaking Conference Proceedings． Pittsburgh，1987: 129 ［7］ Noel J S，Lee H G，Peter C H． Decarburization of liquid Fe-C-S drops using multiple oxidants of O2，CO2 and H2O． ISIJ Int， 1999，39( 12) : 12 ［8］ Bruce T，Weisang F，Allibert M，et al． Effects of CO2 stirring in a ladle / / Proceedings of Electric Furnace Conference． Chicago， 1987: 293 ·229·