张乐辰等：TP347H精炼渣二次氧化控制及夹杂物变性处理 3 0.030 0-第1炉 (b) 0-第1炉 0-第2炉 40 0-第2炉 0.025 a一第3炉 。-第3炉 0.020 0.015 20 0.006 0.004 10 0.002 0 0 破空后 脱氧后吹基10amin 吊包的 破空后 脱氧后 吹缸I0min 吊包前 取样工位 取样工位 图1不锈钢VOD精炼过程中全氧(a)及活度氧(b)含量变化 Fig.1 Variation of total oxygen (a)and dissolved oxygen content (b)in stainless steel VOD process 炉中Fe0质量分数为0.18%，Si02质量分数为 25 -T=1873K 24.16%,渣中F0含量在试验结果中最低而Si02含量 20 ---T=1823K 明显高于其他试验结果.所以在不考虑取样及合金污 。第1炉-吹航10mm 、第2护-吹10min 染等偶发原因时，炉渣组成可能会降低不锈钢洁净度 ·第3炉-吹航I0min 0.018 10 0.016 0一第1炉 -0-第2的 0.014 一第3炉 0 0 0.0020.0040.0060.0080.010 0.012 精炼渣中F0活度 图3不同温度下渣中F0对于钢液氧活度的影响 0.010 Fig.3 Effect of Fe0 in slag on oxygen activity in different tempera- 0.008 tures 破空后 脱氧后吹氯10mim 吊包前 取样工位 图2不锈钢VOD精炼过程中氮含量变化 时，根据渣中F0活度钢液中氧活度将控制在l.1× Fig.2 Variation of nitrogen content in stainless steel VOD process 105~6.8×106范围内，对比试验中各炉次结果，第1 炉中渣钢平衡时钢液氧活度略高于试验结果，而在 2.2精炼渣中Fe0含量对于钢液洁净度的影响 第2、3炉中平衡氧活度较钢液氧活度分别高6.5× 根据以上分析，试验中炉渣F0含量较低且在脱 106、8.4×106.因此，在第1炉中炉渣氧化性较 氧后及吹氩10min时，钢液中氧活度保持平稳，但吊包 低，由炉渣引起的钢液二次氧化不明显，而在第2、3 前由于钢液温度较低，氧活度难以检测，所以首先对渣 炉中炉渣不停向钢液中传氧，钢液全氧含量不随吹 钢间Fe0平衡进行计算，Fe0平衡反应及反应吉布 氩时间的延长而降低.为减少炉渣的二次氧化，渣中 斯自由能变化如下式所示， Fe0摩尔分数应该降低到0.0012(Fe0质量分数约 [O]+[Fe]=(Fe0), (1) 为0.14%)以下，可保证钢液氧活度控制在5×10-6 △G9=-117733.7+49.85 TJ-mol-1. (2) 以下 Taniguchi、Liu等no-u对炉渣中Fe0活度进行了 2.3精炼渣中Si0,含量及碱度对于钢液洁净度的影 研究，随着炉渣组成变化，渣中Fe0活度系数约为2.2 响 ~4.7.根据表2中精炼渣成分渣中Fe0摩尔分数分 VOD精炼过程中采用Ca0-AL,O,系精炼渣，渣中 别为0.0016、0.0024、0.0026，所以渣中Fe0活度约在 Mg0质量分数控制在5%，AL,03质量分数控制在20% 0.0040~0.0065范围内.钢渣平衡时钢液氧活度变化 左右，炉渣碱度(CaO/SiO,)大于3，尽量降低渣中SiO, 如图3所示 含量，精炼终渣成分如表2所示.对比试验中各炉次 图3中计算了钢液中氧活度的变化，不锈钢在精 精炼终渣成分可知，第1炉中S0,质量分数偏高，达到 炼后期至吊包前温度控制在1873~1823K,随着温度 24.16%,而其他炉次中炉渣Si02质量分数分别为 降低钢渣间Fe-O平衡将向右移动，所以温度的降低 16.41%、16.86%.如图4中所示，精炼过程中第1炉 将有利于钢液氧活度的保持.当钢液温度为1823K 次渣中SO,含量同样高于其他炉次.由于钢渣间存在张乐辰等: TP347H 精炼渣二次氧化控制及夹杂物变性处理 图 1 不锈钢 VOD 精炼过程中全氧( a) 及活度氧( b) 含量变化 Fig． 1 Variation of total oxygen ( a) and dissolved oxygen content ( b) in stainless steel VOD process 炉中 FeO 质 量 分 数 为 0. 18% ，SiO2 质 量 分 数 为 24. 16% ，渣中 FeO 含量在试验结果中最低而 SiO2含量 明显高于其他试验结果． 所以在不考虑取样及合金污 染等偶发原因时，炉渣组成可能会降低不锈钢洁净度． 图 2 不锈钢 VOD 精炼过程中氮含量变化 Fig． 2 Variation of nitrogen content in stainless steel VOD process 2. 2 精炼渣中 FeO 含量对于钢液洁净度的影响 根据以上分析，试验中炉渣 FeO 含量较低且在脱 氧后及吹氩 10 min 时，钢液中氧活度保持平稳，但吊包 前由于钢液温度较低，氧活度难以检测，所以首先对渣 钢间 Fe--O 平衡进行计算，Fe--O 平衡反应及反应吉布 斯自由能变化如下式所示， ［O］+［Fe］= ( FeO) ， ( 1) ΔG = － 117733. 7 + 49. 85T J·mol － 1 ． ( 2) Taniguchi、Liu 等［10--11］ 对炉渣中 FeO 活度进行了 研究，随着炉渣组成变化，渣中 FeO 活度系数约为 2. 2 ～ 4. 7． 根据表 2 中精炼渣成分渣中 FeO 摩尔分数分 别为 0. 0016、0. 0024、0. 0026，所以渣中 FeO 活度约在 0. 0040 ～ 0. 0065 范围内． 钢渣平衡时钢液氧活度变化 如图 3 所示． 图 3 中计算了钢液中氧活度的变化，不锈钢在精 炼后期至吊包前温度控制在 1873 ～ 1823 K，随着温度 降低钢渣间 Fe--O 平衡将向右移动，所以温度的降低 将有利于钢液氧活度的保持． 当钢液温度为 1823 K 图 3 不同温度下渣中 FeO 对于钢液氧活度的影响 Fig． 3 Effect of FeO in slag on oxygen activity in different tempera￾tures 时，根据渣中 FeO 活度钢液中氧活度将控制在 1. 1 × 10 － 5 ～ 6. 8 × 10 － 6范围内，对比试验中各炉次结果，第 1 炉中渣钢平衡时钢液氧活度略高于试验结果，而在 第 2、3 炉中平衡氧活度较钢液氧活度分别高 6. 5 × 10 － 6、8. 4 × 10 － 6 ． 因此，在 第 1 炉 中 炉 渣 氧 化 性 较 低，由炉渣引起的钢液二次氧化不明显，而在第 2、3 炉中炉渣不停向钢液中传氧，钢液全氧含量不随吹 氩时间的延长而降低． 为减少炉渣的二次氧化，渣中 FeO 摩尔分数应 该 降 低 到 0. 0012 ( FeO 质 量 分 数 约 为 0. 14% ) 以下，可保证钢液氧活度控制在 5 × 10 － 6 以下． 2. 3 精炼渣中 SiO2含量及碱度对于钢液洁净度的影 响 VOD 精炼过程中采用 CaO--Al2O3系精炼渣，渣中 MgO 质量分数控制在 5% ，Al2O3质量分数控制在 20% 左右，炉渣碱度( CaO / SiO2 ) 大于 3，尽量降低渣中 SiO2 含量，精炼终渣成分如表 2 所示． 对比试验中各炉次 精炼终渣成分可知，第 1 炉中 SiO2质量分数偏高，达到 24. 16% ，而 其 他 炉 次 中 炉 渣 SiO2 质 量 分 数 分 别 为 16. 41% 、16. 86% ． 如图 4 中所示，精炼过程中第 1 炉 次渣中 SiO2含量同样高于其他炉次． 由于钢渣间存在 ·3·