电炉冶炼不锈钢工艺优化
deutsche edelstahlwerke gmbh公司每年利用电炉生产不锈钢的产量较大。为了Zui大限度提高喷氧时碳、硅的氧化效率,并Zui大限度地减少铁和铬氧化造成的经济损失和环境污染。dew公司(即deutsche edelstahlwerke gmbh)对硅、碳氧化与喷氧量的关系进行了研究。
虽然ellingham图(氧势图)中的内容关于电炉冶炼不锈钢时元素氧化及化学反应,但由于电炉内有很多反应同时进行,而使问题变得复杂化。而且,元素的氧化与温度、氧气分压以及钢液与炉渣的化学成分有关。基于上述原因,以下将对各元素的复杂氧化过程进行更详细讨论。元素氧化模拟:
以冶炼工艺为基础模拟电炉喷氧期间氧化反应,且仅考虑热力学平衡条件而不考虑其它任何因素,例如不考虑传热、传质或动力学因素对模拟的影响。此外,假设模拟时温度和元素分布均匀。
热力学模拟证实,氧喷射出现三个阶段,即早期、中期和末期。喷氧的第一个临界点在早期阶段结束。中间阶段保持在第一个临界点和第二个临界点之间。硅的剧烈氧化在喷氧早期出现。当喷氧强度达4.3kgo2/t钢时,硅氧化结束。随后,钢液中硅维持在较低水平。ellingham图表明,由于硅氧化的吉布斯能(gibbs energy)较低,所以硅的氧化较其它元素更容易。此外,硅的活度系数是一定值,所以随着钢液中硅活度的降低,钢液中的硅活性随之降低。实践证明,硅的低活度遵循亨利定律(henry law)。
在此情况下,喷氧中期c和cr开始强烈氧化。c活性随着钢液中硅浓度的降低而增加,该结果与其它研究结果一致。第一个临界点后,当c的氧化开始减弱时,铬将强烈氧化。到达第二临界点喷氧浓度达到18.1kgo2/t钢时,cr将按指数规律氧化。与此同时,当c的氧化进行到第二临界点后,渣中的氧化铁含量开始增加。
该研究对硅和碳在精炼期间的强烈氧化进行了研究,表明脱碳的开始与硅强烈氧化的结束有关。如果硅的强烈氧化能够较早完成,那么强烈的脱碳将会开始。因此,第一临界点将会左移,将导致第二临界点的左移以减少氧气消耗。这时脱碳反应将提早发生,喷氧从6.6kgo2/t钢降至5.4kgo2/t钢,碳硅输入比例将增加到75%。
电炉冶炼的废气分析:
为了获得炉内元素的氧化情况,dew公司采用废气分析法(分析废气除尘系统中废气的化学成分)以监控电炉冶炼不锈钢期间炉内元素的氧化,便于及时准确调整喷氧等工艺操作。选取了两个测量点即a点和b点进行测量和分析。a点直接固定在电炉弯头,b点固定在距弯头30m测量废气后燃烧完成的废气化学成分。