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·