VOD精炼工艺的研究

D0I:10.13374/j.issn1001053x.1986.01.017 北京钢铁学院学报 1986年3月 Journal of Beijing University No.1 第1期 of Iron and steel Technology March 1986 VOD精炼工艺的研究 马廷温李士琦韩华 (电治企教研室) 摘要 本文以工业试验和大藏生产数据为基础，对VOD法治旅不锈银的工艺进行了分析，着重讨论了VOD 过程钢水温度变化规律及工艺因紫对它的影响，并指出，供氧制度（包括枪高，氧气流量和氧气压力），真空 制度的合理配合是控制氧化期钢水温度的关键。还原期的温降受吹后的温度、还原处理时间及铁合金冷却 剂、造渣剂的加人量等因素的综合影响。通过建立随机模型进行了定量的描述。针对氧化期喷藏问题，给出 了合理的供氧强度范围。对VOD过程元素变化及去碳保铬反应做了热力学分析讨论。 关键词：不锈钢、VOD精栋、钢被温度、喷溺、脱碳。 A Study of the VOD Refining Process Ma Tingwen Li Shiqi Han Hua Abstract Based upon the industrial test and production data,the VOD process formaking stainless steel is discussed in this paper.Temperature varition during VOD treatment was analysed.The result shows that the technical parameters influence the temperature greatly.It is important to control the temperature of oxidation period,which it depend on adjusting oxygen supply system (including lance height,oxygen supply rate and oxygen pressure) and vacuum system reasonably.The temperature dropping during reducing treatment was influe nced by the temperature after oxygen blowing,amount of additions,such as ferroalloy coolants and reduction mix,and redu- cing treatment time.A suitable range of oxygen supply rate was given to avoid splashing of steel.And also,analysing the element variation and dec- arburization reaction on the basis of thermodynamics. Key words:stainless steel,VOD refining,temperature of steel,splashing, decarburization. 1985一10-11收到 ·13

年 月 第 期 北 京 钢 铁 学 院 学 报 。 精炼工艺的研究 马廷温 李士 琦 韩 华 电冶金教 研 室 摘 要 木 文 以 工业 试验 和人量 生 产数据 为基础 ， 对 法冶炼 不锈钡的 工 艺进行 了 分析 ， 着重 讨论了 过程钢水温度变化规律及 工艺 因素对它的 影响 ， 并指 出 ， 供氧制度 包括 枪 高 ， 氧气流量 和氧气压 力 ， 真空 制度的 合理配合是控制 氧化期钢水温度的 关键 。 还原期的 温降受吹 后的 温度 、 还 原 处理时间及 铁 合 金 冷 却 剂 、 造 渣 剂的 加人 量 等因素的 综合影响 。 通 过 建立 随机模 型进 行 了定量的 描述 。 针对氧化期喷 溅问 题 ， 给 出 了 合理的 供氧强 度范围 。 对 过 程元 素变化 及 去碳保铬反 应做 了 热力学 分析讨论 。 关键 词 不锈 钢 、 精炼 、 钢液温度 、 喷 溅 、 脱 碳 。 ” 夕切 “ ， 了 、 ， ， 了 了 一 ， ， ， 一 ， 。 一 ， ， ， ， 一 一 收到 “ DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1986．01．017

引 言 近些年，国内各特殊钢厂相继安装了VOD精炼设备，并且大分已投入工业生产。这 样，保证工艺的稳定，设备的顺行成了当前重要的课题。 国内外许多冶金学者已对高铬钢水脱碳反应进行了研究1~5)，但是，研究工作一般在真 空感应炉上进行，其结果较难直接用来指导实际生产。因此，有必要探索在大型VOD设备 中的冶炼工艺，以便合理地控制VOD治炼过程。 钢水温度控制是VOD精炼操作的重要环节，这方面的研究工作报道不多。吹氧过程喷 溅也是VOD生产中经常发生的问题。为此本研究对VOD过程钢水温度变化，喷溅的原因及 影响因素和熔池化学成分变化等做了工业试验，并进行理论分析。 1实验设备及研究方法 工业试验及现场数据的采集在抚顺钢厂由西德引进的30吨VOD设备上进行。该设备具 有六级蒸汽喷射泵，专用十二吨三通道快速锅炉，在蒸汽喷射泵的末端废气放散管上装有微 分分析仪，根据电势值的变化，可决定吹氧终点，真空加料采用微处理机控制，冶炼钢种为 18一8型不锈钢。 数据处理采用本院M一150型计算机。实验包括工业实验的单因素分析及现场数据的多 因素综合分析。 2 实验结果及讨论 2.1吹炼中熔池温度的变化 对现场采集的数据做多元回归分析，得到氧化期温度模型如下式： t2=13866-1935.7〔%P)-4.22A1+0.59(t,-1500)·P,×102+0.214P2 -0.478×10-2。H·V。+678.2W。+1.372A+14.22ΨAr/G〔℃) (1) 吹氧过程钢水温度升高是钢中各元素氧化放热的结果。假设元素氧化放出的热量全部 为钢水所吸收，可得到表1的数据。根据实际生产中各元素的烧损情况，可大致求出吹氧过 程的理论温升应为300℃以上。但是，从统计分析生产数据来看，实际钢水温升均值在70℃ 左右，仅为理论值的1/4。因此，钢水的温升主要取决于热量的传递和分配，而不在于热量 的产生。换言之，在VOD过程吹氧阶段所放出的化学热远远超过钢水所吸收的热，故不需 从热力学角度来讨论钢水升温的影响因素。从氧化期温度模型也可看出，吹氧后温度与开吹成 份无明显关系，而与影响元素氧化速度及氧化顺序的因素一开吹温度，氧气压力，氧枪高度， 供氧强度，吹氧时压力，供氩强度等因素有显著关系。图1是对t,模型进行生产验证得到的 结果。 ·14·

趁 吉‘ 二翻 近 些 年 ， 国 内各特殊 钢厂 相 继安装 了 精炼设 备 ， 并且大部分 已投入工 业 生产 。 这 样 ， 保证工 艺的稳定 ， 设备的顺行成 了当前重要 的课题 。 国内外许多冶金 学者 已对高铬钢水脱碳反 应进 行 了研究〔 一 〕 ， 但是 ， 研究工作一般在真 空 感 应炉上进 行 ， 其结果较难直 接用来指导实际生产 。 因此 ， 有 必要探索在 大 型 设备 中的冶炼工艺 ， 以便合理地控制 冶炼过程 。 钢水温度 控制是 精炼操 作 的重要环节 ， 这 方面 的研究工作 报道不多 。 吹氧过 程 喷 溅也是 生产 中经常发 生 的 间题 。 为此本研究对 过程 钢水温度变化 ， 喷溅的原 因 及 影 响因素和 熔池化 学成 分变化等做 了工 业试验 ， 并进 行理论分析 。 实验设备及研究方法 工业试验及 现场数据 的采集在抚顺 钢厂 由西德引进 的 吨 设备上进 行 。 该 设 备具 有六 级蒸汽 喷射泵 ， 专用 十二 吨 三通 道快速锅炉 ， 在蒸汽喷射泵 的末 端废气放散管上装有微 分分析仪 ， 根据 电势值的变化 ， 可 决定吹氧终点 ， 真空加料采用 微处理机 控制 ， 冶炼钢种为 一 型不锈钢 。 数据处理采用 本院 一 型计算机 。 实验包括工业实验 的单因素分析及现场数据 的 多 因素综合分析 。 实验结果及讨论 吹炼中熔池 温度的变化 对 现场采 集的数据做多元 回归 分析 ， 得到氧化期温度模型如下式 二 一 〔 〕 、 一 三 ‘ 一 · ， 一 苦 一 一 “ · · 。 班 。 月 犷， 〔 ℃ 〕 吹氧过程钢水温度升高是钢 中各元素氧化 放热的结果 。 假设元 素 氧化放 出的热 量 全 部 为钢水所 吸收 ， 可得到表 的数据 。 根据 实际生产 中各元素 的烧 损情况 ， 可大致求出吹氧过 程 的理论温升应为 ℃ 以上 。 但是 ， 从 统计分析 生产 数据来看 ， 实 际钢水 温升均值 在 ℃ 左右 ， 仅 为 理论值 的 。 因此 ， 钢水 的温升主 要取决 于热量 的传递和分配 ， 而不在于 热 量 的产生 。 换言之 ， 在 过程吹氧阶段所 放 出 的化 学热 远远超过钢水所 吸 收 的热 ， 故不 需 从热 力学角度来讨论 钢水升温 的影 响因素 。 从氧化期温度模型 也可 看 出 ， 吹氧后 温度与开吹成 份 无明显关系 ， 而 与影 响元素氧化速度及氧化顺序的因素一开吹温度 ， 氧气压 力 ， 氧 枪高度 ， 供氧强 度 ， 吹氧时压 力 ， 供氢强 度等 因素有显著关系 。 图 是 对 模型进 行生产验证得到 的 结果

表1各元素烧损的热力学计算结果 Table 1 Thermodynamical results of oxidizing of elements Temperature risi- Elements Coeffcients of temperature(C/%]) Amounts of oxidizing(%)ng in terms of theory(C) C 120 0.53 63.6 Si 347 0.15 52.1 Mn 82 0.50 41.0 Fe 50 1.00 50.0 Al 368 Cr 115 1.00 115.0 Total 321.7 1750m Test heats:30 、1730 1013 1710 ±15℃ 1670t 1650外 16306301601670169017101730170 tz:Value of test,℃ 图1氧化期温度模型验证钻果 Fig.1 Results of the temperature model of oxidizing period 对氧化期进行热平衡分析可得下式： G·C。=9e+9x-9Ar-91-9R (2) 一般来说，耐火材料及氩气的吸热速度可以看为定值。因此，不难理解氧化期钢水的温升主 要受元素的氧化速度及顺序的影响。 在式(1)中，供氧制度对吹后温度的影响较为显著。当〔%P〕i=0.030%、A,=4min、 t,=1560℃、p,50mb、A=50min、VA,=80N1/min时，氧气压力Po2,氧枪高度H,供氧 强度W。对tz的影响如图2所示。其中，供氧强度的影响最为明显。当W。由0.3提高到0.5 〔Nm3/min-t)(相应于26t钢水供氧速度为8Nm3/min~13Nm3/min)时，吹后温度提 高近100℃，枪高不变提高氧气压力，或氧压不变降低枪位都会使吹后温度提高。 ·15·

表， 各完索烧担的热力学计算结果 。 〔 〕 一 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 尸， 多 乃 。 了 少 尹 几 上 多 “ 一‘ 山 曰‘ ， 可 二 飞 ， 户 不义 衬响相。日。田。” ， ， 图 氧 化期温度模型验证结 果 对氧化期进行热平衡分析可得下式 与 。 ， ，万二 。 二 一 ， 一 考 一 尺 ‘ 一般来说 ， 耐火材料及氢 气的吸热 速度可 以看为 定值 。 因此 ， 不难理解氧化期钢水 的温升主 要受元 素 的氧化 速度及顺序的影 响 。 在式 中 ， 供氧制度对吹后 温度的影 响较为显著 。 当 〔 〕 、 ， 二 、 二 ℃ 、 刀 ， 二 、 且 、 犷， ， 二 时 ， 氧气压 力 ， 氧枪高度 ， 供氧 强度研 。 对 的影响如 图 所 示 。 其中 ， 供氧强 度的影 响 最 为 明显 。 当不 。 由 提高到 〔 “ 一 〕 相应 干 钢水供氧速度为 “ 一 “ 时 ， 吹后 温度提 高近 ℃ ， 枪高不变提高氧气压 力 ， 或氧压 不 变降低枪 位都会使吹后 温度提高

1710 B=13bar 1700 1720 1690 O t1610℃ 1700 H=1100mm B=9 1680 t1=1580C 1680 t1=1550C H=1200mm 1700 1660 1660 1640 650 1620 164 1600 30 4050607080 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 W。,Nm°/min.t B8,mb 图2供氧制度对氧化期温度的影响 图3开欧温度真空度对t,的影响 Fig.2 Relation between t:and oxygen supply system Fig.3 Influence of t and vacuum on ta) 在P=0.030%、A1=4min、Po2=11.0bar、H=1200mm、V=10.0Nm/min、 G=26.t0、VA,=80N1/min、A=50min条件下，绘出t1,p1对吹氧温升影响的关系曲 线，如图3所示。在相同的真空度下吹氧，开吹温度越高，吹氧后的温度就越高，而在相同 的开吹温度条件下，炉内残压越高，吹氧后的温度也越高。这可以从温度，压力等因素对元 素选择氧化及对反应速度的影响加以解释。 (3)式是吹氧过程温升随机模型的另一种形式： t2=1768.8+72.61〔%Si):-3590.0 〔%P〕i+4.896A2-4.11A,+0.435×10-2(t1-1500)P,〔℃) (3) A2称为“过吹时间”。从式(3)可知，过吹2min与不过吹比较，t2增加近10℃。氧浓差电 势下降意味着脱碳已到临界值，继续吹氧会引起Cr、Fε等金属元素的过量氧化，因此，应 尽量避免过吹。 VOD还原期主要任务是，造渣脱硫，还原渣中铬，微合金化和除气去夹杂。因此，还 原期操作的关键在于保证有一定时间完成上述任务的条件下，决定合适的操作终点以达到出 钢成份和温度的规格。通过分析得到VOD还原期热平衡关系为： GC,2=-9w-9s-9a-94-90 (4) 因此，影响还原期温降的主要因素是，造渣剂、铁合金、冷却剂的加入量，钢液向环境的散热 速度和氩气流量。 以下两式是经多元逐步回归分析得到的还元期温度数学模型： ta=595.0+0.662t2-2.960·Gcao/G-1.466GFer:/G-0.341G1/G-1.187A' [℃〕 (5) ·16·

， 二 ’ 、 。公 八 泌 〔产 义例梦 卜 】 会 二 ， 沪 聆 交火 了 卜 ’ “ ’ 护 夕刀了 夕 一 、 、 二尹尸 。 ， 多 ’ ， 红 乡 。 乃 、 、 ， 罗 内以门︺气八气」﹄广门 的“刀 ‘改几 钾 。 ， 如 。 一 图 供 氧 制度 对 氧化期 温 度 的 影响 图 开吹 温 度真空 度对 的影响 一 在 、 ， 、 、 、 犷 “ 、 二 、 厂 ， ， 、 左 条件下 ， 绘 出 ，， 王对 吹氧 温升影 响 的 关 系 曲 线 ， 如 图 所 示 。 在 相同的真空度 下吹氧 ， 开 吹温度越高 ， 吹氧后 的温度就越高 ， 而在相同 的 开 吹温度条件下 ， 炉 内残压 越高 ， 吹 氧后 的温度 也越高 。 这 可 以从 温 度 ， 压 力等因素对元 素选 择氧 化及 对反 应速度 的影 响加 以解释 。 式是 吹氧过程温升随机模型 的另一种形式 〔 〕 一 〔 〕 月 一 一 ， 一 卫 〔 〕 称 为 “ 过吹时 间” 。 从式 可 知 ， 过吹 与不 过吹 比较 ， 考 增加近 ℃ 。 氧浓 差 电 势 下 降意味着脱 碳 已到 临界值 ， 继续吹 氧会 引起 、 等金 属元 素的过量氧化 ， 因此 ， 应 尽 量避 免过吹 。 还 原 期主要任务是 ， 造渣脱硫 ， 还 原渣 中铬 ， 微 合金 化和 除气去 夹 杂 。 因 此 ， 还 原 期操 作 的关键在 于保证有一定 时 间完成 上述任务 的条件下 ， 决定合适 的操 作终点 以达到 出 钢 成 份和 温度 的规格 。 通 过分析得到 还 原 期热 平衡关系 为 场 饰 、 石万 一 一 伽 一 一 咖 一 礼 一 咖 因此 ， 影 响还 原 期温 降的主 要因素是 ， 造渣 剂 、 铁合金 、 冷却剂的加入量 ， 钢 液 向环 境的散热 速度 和氢 气流量 。 以下两式是经 多元逐步 回归分析得到 的还元期温度 数学模型 一 · 。 一 。 ‘ 一 ， 一 ， 〔 ℃ 〕

t降=t2-t3=-595.0+0.338t2+2.960Gcao/G +1.466Grer:/G+0.341G,/G+1.187A[℃] (6) 图4是利用现场数据进行验证得到的结果。由图可见，温度模型与热平衡关系式吻合较 好。t,受t2,造渣剂，铁合金冷却剂加入量及还原期时间的影响。抚顺钢厂VOD钢液量为25 吨，供氩量不大，一般在60~100N1/min范围内变化，因此，对t3影响不明显。 1680% Test heat6:31 1660 P 1640 /936/ 1620 ±10°C 1600 1580叶 156029 15601580160016201640166016801 钅，：Value of estimation,℃ 图4还原期温度摸型验证结果 Fig.4 Results of the temperature model of reducing period 对式(6)求导，可得V0D炉散热率为1.187℃/min。从式(5)还可得，在一定的出 钢温度要求下，吹后温度越高，还原期治炼时间越长，相反，吹后温度过低会造成还原期过 短，影响脱硫，除气，去夹杂等的操作。图5示出了吹后温度对还原期操作时间的影响。吹 后温度在1650~1700℃时还原期时间 约为20~60min。如果f2过高，可以 t3=1570℃ One ingot of 加冷锭降温。这样，既减轻了耐火材 G=26.37t coolant:680kg 料的热负荷，又缩短了还原精炼时 80 CAO=500kg 间。 FETI=418kg 60 2.2氧化期钢液喷澱问题 VOD生产过程中，在吹氧脱碳 40 No coolant 期间有时发生了不同程度的钢水喷 8 One ingot 溅，危害着生产的顺利进行。 20 Two ingot VOD过程中，钢水的溅出可分 思 成两种类型：一种是氧气流股对钢水 1600162516501675170017251750 的机械冲击所造成的，这种现象称之 Temp.after oxygen blowing,C 为飞溅，另一种是脱碳速度过大，产 生大量的CO气体从钢水中上浮逸出， 图5t2对还原期时间影响 造成钢水的溅出，称之为喷溅。实际 Fig.5 Influence of t:on reducing time ·17·

降 “ 一 。 二 一 。 ， ， 〔 〕 图 是 利用 现场数据进 行验证得到 的结果 。 由图可见 ， 温度 模型 与热平衡关系式吻 合较 好 。 受 ， 造渣 剂 ， 铁合金冷却剂加入量及 还 原 期时间的影 响 。 抚顺钢 厂 钢 液量 为 吨 ， 供氢量不大 ， 一般在 范围内变化 ， 因此 ， 对 影 响不 明显 。 飞 一 ’ 一 ’ ’ 『 ’ ‘ ’ 气 ‘ 乡 弓 色不 碑 尸 曰 卜 卢 厂丫 士 红 护户 抽材衬。 ‘ 户 尹 今呼 洲， 匕尸 及 。”的 艺石月 多 习石 、 飞 。 。 。 。 、 、 ， ℃ 图 还原期 温度模型验证结果 魂 ， 对式 求导 ， 可得 炉散热 率为 ℃ 。 从 式 还 可 得 ， 在 一 定 的 出 钢 温度要 求下 ， 吹后 温度越高 ， 还 原期冶炼时 间越 长， 相反 ， 吹后 温度 过低会 造成 还 原期过 短 ， 影 响脱硫 ， 除 气 ， 去夹杂等的操作 。 图 示 出了吹后温度对 还 原 期操 作时 间 的 影 响 。 吹 后温度在 ℃ 时还 原 期时间 约为 。 如果 过高 ， 可 以 加冷锭降温 。 这 样 ， 既 减轻 了耐 火材 料 的热 负荷 ， 又 缩短 了还 原 精 炼 时 间 。 妞化期 钢液喷溅 问题 生产 过程 中 ， 在 吹氧脱 碳 期间有时 发生 了不 同程度 的 钢 水 喷 溅 ， 危 害着生产 的顺利进行 。 过 程 中 ， 钢水 的 溅出可 分 成两 种类型 一种是 氧气流 股对钢水 的机械 冲击所造成 的 ， 这 种现 象称之 为 飞溅， 另一 种是脱碳速度 过大 ， 产 生 大量 的 气体从钢水 中上浮 逸 出 ， 造成钢水的溅出， 称之 为喷溅 。 实际 乃产 衬口日‘ 闰切口。 如 气访燕万摘万亩了前有洒 ￡ 吕 ， 图 对 还 原 期 时 间 影响 土

生产中，飞溅与喷溅并存，但喷溅对生产影响最为严重。 根据真空吹氧脱碳的基本原理和实践可知，对脱碳速度影响较大的因素主要是氧气流量， 真空度，氲流量，渣量及流动性等工艺参数。经过权衡，选定下列六个参数作为试验考核的 影响因素列入表2。每个因素取两个水平，其中一个水平取现行生产工艺值，另一水平是设 想的合理值。 表2 喷溅实验因子和水平表 Table 2 The table of factors and levels of splashing experiment No. Code mane Factors Level 1 Level 2 Oxygen supply rate (m'/min) A,=10 A215 B Argon supply rate for stirring(1/min) B,=30 B2=20 C Amount of slag C1:Less Ci:More D vacuumizing in advice before oxygen blowing Di:Yes D::No Ft Grade E:t Grade5 vacuum(the grade of vacuum pump) Additon Al in electricfurnace Fi:Yes F::No 对于上述六因素二水平全因子实验，需作2=64炉，现选用La(27)正交表，不考虑交互 作用，安排在8炉做完。八炉实际工艺安排见表3。 表3 实验安排 Table 3 The procedure of the splashing experiment factors C E P rank number. 8 7 of test 10 30 less not grade 4 with Al 2 10 30 more yes grade 5 without Al 10 20 less not grade 5 without Al 10 20 more yes grade 4 with Al 15 30 1e55 yes grade 4 without Al 15 30 more not grade 5 with Al 15 20 less yes grade 5 with Al 15 20 more not grade 4 without Al 在八炉实验中共考核了五项指标，其中以喷溅评分为主。 〔注)·氧流量取A:时，从开吹一直到停氧，始终为10m/mn。取A:时，开吹为6一8m'/min几分钟后才转入主吹 5m/min. ·18·

生产 中 ， 飞 溅与喷溅并存 ， 但喷溅对生 产 影 响 最 为严重 。 根据真 空 吹氧脱碳的基本原 理和实践可 知 ， 对脱碳速度影响较大 的 因素 主要是氧气流 量 ， 真 空 度 ， 氢 流量 ， 渣量及流 动性等工艺参数 。 经 过权衡 ， 选 定下 列六个参数作为试验考核 的 影响因素 列入表 。 每个 因素取 两个水平 ， 其中一个水平取现行生产工艺值 ， 另一 水 平 是 设 想 的合理 值 。 表 喷戮 实验 因 子 和水 平表 击一几 二泞卜… 一竺鹦牢罕竺份 一 ， 一、 一三卜冬 一 全丝介哭二竺兰 竺世翌竺理 ’ 西 七 飞 刁 ， 刀 对于 上述 六 因素二水平 全因子 实验 ， 需作 ” 作用 ， 安排在 炉做完 。 八炉实际工 艺安排见 表 炉 ， 现选 用 。 正 交表 ， 不 考虑 交互 表 实验 安 排 阵…二…一…二 … ‘ “ 一 一 卫 一 一 一 竺一 一一些竺一 …兰一 一 竺一 一二 一 卜卫 一卜望 任兰一 …些 一… 一 一一 一生 竺 一一 一 竺竺一卜竺竺 一 … 一 一 一土 目 了 一 一 一 理一 一 资一 …一牲一 一 竺一 一 尘生 一 卜 一兰盗一 … 一 一些 一 …一竺一 一竺兰卜些一 … 一 里 一 一竺 卜二生一 一竺二一 卜卫竺一 一 … 一竺 一一 一 一 邑 “ ” “ ” 。 ， 人 士 人 在八炉实验中共考核了五项指标 ， 其 中以喷溅评分为 主 。 〔 注 〕 ’ 氧流 量取 时 ， 从 开吹 一 直到停氧 ， 始终 为 ， 场 。 取 时 ， 开吹 为 一 ” 八 几 分钟后 才转人 主吹 。

(1)喷裁评分(y):VOD过程中喷溅程度难以定量考查，为了便于分析，采取了评分 的办法来给以定量评价。评分的项目和给分标淮是根据以往生产经验拟定的，由生产班长， 炉长，工程师等共同评定，得分高者为优。 表4 评分标准 Table 4 The criterion of giving a mark No iron heap Not stained on the cover with iron at Not stopping No Item Total the end of up the pipe spilling oxygen lance Mark 2 2 5 10 (2)吹氧时间(y2),〔min],少者治炼过程较快，为优。 (3)有效脱碳时间(y3),Cmin〕，少者为优。 (4)氧气利用率(y4),〔%)，高者为优。 (5)铬收得率(y6),〔%)，高者为优。 每项因素的优劣取舍，以五项指标的综合考核来决定。八炉试验的评分结果列于表5。 表5 喷溅实验评分结果 Table 5 The results of giving a mark of the splashing experiment Number of the Number of Mark test tests cover pipe lance spilling total 1 111527 2 5 1,5 1 9.5 2 111528 2 2 10.0 3 111533 2 2 1 9.0 4 111534 2 0 7.0 5 111537 2 4.5 0 7.5 111536 0 1 0 6.0 111541 2 1 1 6.0 8 120933 0 1 0.5 5.5 实验结果及五项指标的方差分析计算这里省略。现将有显著性影响的因素的显著性及最 佳水平汇总列于表6和表7。 鉴于总结实验炉数仅八炉，要考核6个因素的影响，误差项自由度太少（只有一个自由 度)，因此，其比较是相对的，在工业试验中又是合理的。因为这可以大大减少实验炉数， 却突出了最主要的影响因素。 喷溅是本实验的中心问题，评分方法能够定量地加以描述。但是，这种定量化又是不严 格的，因此方差分析所给出的结果仅供参考。 (1)氧气流量对喷溅有重要影响，由表5可看出流量在10m3/min的各炉次不发生或只 有轻微的喷溅。堵加料管等对炉况顺行有较大危害的事故均出现在大流量的情况下。计算表 ·19·

喷溅评分 王 的办 法来 给 以 定量评 价 。 过程中喷溅程度难 以定量考查 ， 为 了便于分析 ， 采 取 了评 分 评分 的项 目和 给分标 准是 根据 以往 生产经 验拟 定 的 ， 由生产 班 长 ， 炉 长 ， 工 程师等共 同评 定 ， 得分 高者为 优 。 表 评分 标 准 士 于 全 吹氧 时间 ， 〔 〕 ， 少者 冶炼过 程较快 ， 为 优 。 有效脱碳时间 夕 ， 〔 〕 ， 少者为 优 。 氧气 利用率 。 ， 〔 〕 ， 高者为优 。 铬 收 得率 夕。 ， 〔 〕 ， 高者为 优 。 每项 因素 的优劣取 舍 ， 以五 项指标的综合考核来决定 。 八 炉试 验 的评 分 结果 列于 表 。 表 喷溅 实验 评分 结 果 也 … 。 。 。 。 一一丁百 一 几 任 一 一一万叮 丁一 。 实验结果及 五项指标 的方差 分析计算这 里 省略 。 现 将有显著性影响的因素的显著性及 最 佳水平汇总 列于 表 和表 。 鉴 于总 结实验 炉数 仅八炉 ， 要考核 个 因素 的影 响 ， 误 差项 自由度 太 少 只有一个 自由 度 ， 因此 ， 其 比较是 相对的 ， 在工业试 验中又是 合理 的 。 因为 这可 以大大减少实验炉数 ， 却突出了最 主要的影 响因素 。 喷溅是 本实验的中心 间题 ， 评分方法能够定量地加 以 描述 。 但是 ， 这 种定量化 又是 不严 格的 ， 因此方差分析所 给出的结果 仅供参考 。 氧 气流量对喷溅有重要 影响 ， 由表 可 看 出流量在 “ 的各炉 次 不发 生或 只 有轻微的喷溅 。 堵加料管等对炉 况顺行有较 大危害的事故均出现 在大流量 的情 况 下 。 计算表 一 东

表6 各影响因素的显著性 Table 6 The remarkability of factors factors A B C D E target Y (0) (0) Y: Y (0) (0) (O) (0) 表7 各影响因素的有利水平 Table 7 Favourable levels of factors -、.factors B C 0 ⊙ F target Y 以 (C) (F) Vi Y y (C) (F) Y。 (C) (E) 明当氧气流量由15m3/min降到10m3/min后，平均评分由6.25分增加到8.875分，这个结果 符合理论上的预计，即吹氧期间脱C速度直接取决于供氧速度，减少主吹时的供氧流量，避 免短时间内出现过大的脱C速度，并使整个吹氧过程脱C均匀。另一方面，供氧流景的降低， 也减弱了氧气流股对钢水的冲击，这也是喷溅减轻的原因之一。 (2)适当提高搅拌氩气流量，对改善喷溅有一定的好处。从表面上看，此结论似乎是不 合理的。实际上，因为氩气流量很小，对喷溅本身并无直接的影响，另一方面它的搅拌作用 加强使脱C反应均匀，从而使喷溅减轻。 (3)从平均效果来看，少渣量和不插A1脱氧对减少喷溅是有利的，但从方差分析结果来 看这两个影响因素不显著。 各因素对吹氧时间(y2)和有效脱碳时间(y3)均无显著性影响，不必加以考虑。 2.3V0D过程的元案变化 VOD氧化期硅含量一般可降到0.07~0.08%，锰的氧化是可以预计的。图6是吹前锰 与吹后锰的关系，这与C.J.Bingel等人的研究结果相吻合4)。 图7示出了停氧后〔C]、〔Cr之间的关系。由图中可看到，〔C们、〔Cr〕间常常未达到热力学 的平衡。在一定的氧流量和真空度下，表观P。随停氧时碳含量降低而减少。换言之，当以 ·20·

表 各影 晌因紊 的显著性 盆 、 、 、 二 … ’ 一 也 。 表 各影 响 因素的有利水平 、 二毖少 … … · …一匕一 一一…奢…州…二 明当氧 气 流 量 由 “ 降到 “ 后 ， 平均 评分 由 分增加 到 分 ， 这个 结果 符 合理论 上的预计 ， 即吹氧 期 间脱 速度 直 接取决于供氧速度 ， 减 少 主吹时的供 氧 流量 ， 避 免短时 间 内 出现 过大的脱 速度 ， 并使整个吹氧 过程脱 均 匀 。 另 一方面 ， 供氧流量的 降低 ， 也减 弱 了氧气流 股 对钢水 的 冲击 ， 这也是喷溅减轻的原 因之 一 。 适当提 高搅拌氢气流量 ， 对改善喷溅有一定的好处 。 从表面 上看 ， 此结 论似 乎是不 合理 的 。 实 际 上 ， 因为氢气流 量很小 ， 对 喷溅本身并无直 接的影响 ， 另一方 面 它的搅拌作用 加强 使脱 反 应 均 匀 ， 从而 使喷溅减 轻 。 从平均效果来看 ， 少渣量 和不插 脱氧对减少 喷溅是 有利的 ， 但从方 差分析结果来 看这 两个影 响 因素不显 著 。 各因素 对吹氧 时 间 和 有 效脱碳 时间 均无显 著性 影 响 ， 不 必加 以考虑 。 过 程 的元素变化 氧 化期硅 含量一 般 可 降到 ， 锰 的氧化是 可 以预计的 。 图 是 吹 前锰 与 吹后 锰的 关 系 ， 这与 等人的研究 结果相吻合〔 〕 。 图 示 出了停氧 后 〔 〕 、 〔 〕之 间的关 系 。 由图 中可看 到 ， 〔 〕 、 〔 〕间常常 未达到热力 学 的平衡 。 在一 定的氧 流量和真空度下 ， 表观尸 。 。 随停氧时碳含量降低而减 少 。 换言 之 ， 当以 · 习

Mn 0.4 [n]p=0,58[Mn]1-0.0074 0,3引 UTMOT o. 0.2 0 /。 2·370 0.1 00 0.10.20,30.40.50.60.70,8 Before blowing [Mn1i.% 图6吹前锰与欧后锰含量的关系 Fig.6 Relation CMnJ;hefee blowing With (Mn after blowing 氧浓差电势下降作为吹氧终点时，影响终点〔C].〔Cr〕间表观平衡关系的因素除真空度，温度 以外，还有碳含量，并且，终点碳量不直接受钢中铬含量影响。 Qo,14~17N知3/min Vacuum 30-40mb Pco 100mb 识0.04 C Peo 60ab 0,02 B。30mb 16 17 18 Cr% 图7吹竖点〔C),〔C:】问关系 Fig.7 Relation of endpuint with [Cr]of endpoint 3 结 论 (1)VOD过程温度变化与工艺参数有着密切的关系，通过合理的因素分析，可以得到 VOD过程温度变化的随机模型，该模型可以用于指导VOD生产。 (2)VOD氧化期的喷溅问题可以通过适当调整工艺参数来解决，对于抚顺钢厂实际情 况，建议将氧流量从15m/min降至10m/min,并适当提高搅拌氩流量。 ·21·

〔 ， 〕广 · ， 〔拓 习 一 · 斗 了子尸 夕多 一件 … 次‘ ‘ 忿切︺口日牟︹ 向 ‘ 卜 叭 叫 一一 一 ， 。 。 多 斗 乡 百 〔 土 ， 。 。 多 图 吹 前锰 与吹 后锰 含量的 关 系 、 、 〔入丁 〕 卜 〔 · 只 〔 〕 。， ， 氧浓差 电势下 降作为 吹氧 终点时 温得际度情到 ， 影响终点〔 〕 〔 〕间表观平衡关 系的因素 除真空度 ， 以外 ， 还有碳含量 ， 并且 ， 终点碳量不 直 接受钢 中铬 含量 影响 。 。 口 次 具 。 位 疏 多。 。 多 ‘ ，形 图 吹 氧终点 〔 〕 、 〕 问 关 系 红 士笙。 。 。 ， 士 〕 〔 、 结 论 过程温 度变化 与工艺参数有着密 切的关系 ， 通 过 合理 的 因素 分 析 ， 可 以 过程温 度变 化的随 机模 型 ， 该模型可 以用 于指导 生产 。 氧化期的 喷溅 问题可 以通 过适 当调 整 工艺参 数来解 决 ， 对 于抚 顺 钢 厂 实 况 ， 建议 将氧流量 从 降至 “ ， 并适 当提高搅拌氢流 量

符号说明 t2:氧化期结束后熔池温度，〔℃〕 〔%Si〕：C%P〕：开吹氧时钢液硅磷含量，〔%) A,:停氧后破坏真空至测t2的时间，〔min〕 t::开吹温度，〔℃〕 P:吹氧时炉内压力，Cmb) P。2:氧气压力，Cbar H:氧枪距钢液面高度，〔mm〕 V,:氧气流量，〔Nm/min) Wo:供氧强度，〔Nm3/min,t) A:氧化期处理时间，〔min〕 VAr:A:时间内的氩流量，CNI/min) G:钢液量，Ct〕 Cp:金属热客，〔J/kgk) qc·碳氧化热释放速度，〔J/min〕 qx硅及金属元素氧化的热释放速度，〔J/min〕 qAr:单位时间由氩气带走的热量，〔J/min〕 qL:CO2、CO、O2带走的热量，〔J/min) qR:耐火材料吸热速度，CJ/min〕 A2,电势下降至停吹氧时间，Cmin], qM:加入铁合金的吸热速度，〔J/min〕 qs:加入渣料的吸热速度，〔J/min〕 gw废气带走热量，CJ/min) t:还原期结束后温度，〔℃门 Gea。GF。T1G1:还原期石灰，钛铁：冷却剂加入量，〔kg] A':还原处理时间，〔min〕 参考文献 [1]Bauer,Hannsgeory.Review on VAD/VOD Treatment.Proc.7th.ICM, 1982.Tokyo.Japan.p1314. 〔2)谷沢清人等，铁上钢66(1980).837。 C3]Hilty,D.C.,Journal Iron and Steel Instiute,180(1955),118 [4)Bingel,C.J,Electric Furnace Proceedings.30(1972).51. [5]Ma Tingwen,et al,The Second Japan-China Symposium on Science and Technology of Iron and Steel,1983.Tokyo,Japan,294. ·22·

符号 说 明 氧 化期结束后 熔池温度 ， 〔 ℃ 〕 〔 〕 〔 〕 开 吹氧 时钢液硅磷含量 ， 〔 〕 ‘ 停氧 后 破坏真 空 至 测 的时间 ， 〔 〕 ， 开吹温度 ， 〔 ℃ 〕 ， 吹氧 时炉 内压 力 ， 〔 〕 。 氧气 压力 ， 〔 〕 氧 枪距钢液面高度 ， 〔 〕 。 氧 气流量 ， 〔 “ 〕 。 供氧强度 ， 〔 ” 〕 氧化期处理时间 ， 〔 〕 人 ， 时间内的氢流量 ， 〔 〕 钢液量 ， 〔 〕 金属热客 ， 〔 · 〕 。 碳氧化热释放速度 ， 〔 〕 二 硅及 金属元素氧 化的热释放速度 ， 〔 〕 单位时间由氢气带走的热量 ， 〔 〕 、 、 带走的热量 ， 〔 〕 耐火材料 吸热 速度 ， 〔 〕 电势下 降至停 吹氧时间 ， 〔 〕 ， 加入铁合 金的吸热速度 ， 〔 〕 加入渣料的吸热速度 ， 〔 〕 废气带走热量 ， 〔 〕 还原 期结束后 温度 ， 〔 ℃ 〕 。 。 。 。 ， 还原 期石 灰 ， 钦铁 冷 却剂加入 量 ， 〔 〕 ， 还原处理 时间 ， 〔 〕 参 考 文 献 〔 〕 ， ， 几 丫 。 了 。 〔 〕 谷沉清人等 铁 巴钢 了 。 〔 〕 ， ， ， 。 〔 〕 ， ， 〔 〕 ， 一 ， ， ，