引言
随着现代科学技术的发展和工农业对钢材质量要求的提高,钢厂普遍采用了炉外精炼工艺流程,它已成为现代炼钢工艺中不可缺少的重要环节。由于这种技术可以提高炼钢设备的生产能力,改善钢材质量,降低能耗,减少耐材、能源和铁合金消耗,因此,炉外精炼技术已成为当今世界钢铁冶金发展的方向。对于炉外精炼技术存在的问题及发展方向有必要进行探讨。
1 国内外炉外精炼技术的发展历程和现状
随着炼钢技术的不断进步,炉外精炼在现代钢铁生产中已经占有重要地位,传统的生产流程(高炉→炼钢炉(电炉或转炉)→铸锭),已逐步被新的流程(高炉→铁水预处理→炼钢炉→炉外精炼→连铸)所代替。已成为国内外大型钢铁企业生产的主要工艺流程,尤其在特殊钢领域,精炼和连铸技术发展得日趋成熟。精炼工序在整个流程中起到至关重要的作用,一方面通过这道工序可以提高钢的纯净度、去除有害夹杂、进行微合金化和夹杂物变性处理;另一方面,精炼又是一个缓冲环节,有利于连铸生产均衡地进行。
日本在20世纪70年代为了降低炼钢成本,提高钢的纯净度和质量,率先将炉外精炼技术应用于特殊钢生产中,随后西欧的钢铁企业也加入到推广和使用这项技术的行列中。据资料报道,日本早在1985年精炼率达到65.9%,1989年上升到73.4%,特殊钢的精炼率达到94%,新建电炉短流程钢厂100%采用炉外精炼技术。80年代连铸技术发展迅速,原有的炼钢炉难以满足连铸的技术要求,更加促进了炉外精炼技术的发展,到1990年为止世界各主要工业国家拥有1000多台(套)炉外精炼设备。
我国早在20世纪50年代末,60年代中期就在炼钢生产中采用高碱度合成渣在出钢过程中脱硫冶炼轴承钢、钢包静态脱气等初步精炼技术,但没有精炼的装备。60年代中期至70年代有些特钢企业(大冶、武钢等)引进一批真空精炼设备。80年代我国自行研制开发的精炼设备逐渐投入使用(如LF炉、喷粉、搅拌设备),黑龙江省冶金研究所等单位联合研制开发了喂线机、包芯线机和合金芯线,完善了炉外精炼技术的辅助技术。现在这项技术已经非常成熟,以炉外精炼技术为核心的“三位一体”短流程工艺广泛应用于国内各钢铁企业,取得了很好的效果。初炼(电炉或转炉)→精炼→连铸,成了现代化典型的工艺短流程。
2 炉外精炼技术的特点与功能
炉外精炼是指在钢包中进行冶炼的过程,是将真空处理、吹氩搅拌、加热控温、喂线喷粉、微合金化等技术以不同形式组合起来,出钢前尽量除去氧化渣,在钢包内重新造还原渣,保持包内还原性气氛。炉外精炼的目的是降低钢中的C、P、S、O、H、N、等元素在钢中的含量,以免产生偏析、白点、大颗粒夹杂物,降低钢的抗拉强度、韧性、疲劳强度、抗裂性等性能。这些工作只有在精炼炉上进行,其特点与功能如下:
1)可以改变冶金反应条件。炼钢中脱氧、脱碳、脱气的反应产物为气体,精炼可以在真空条件下进行,有利于反应的正向进行,通常工作压力≥50Pa,适于对钢液脱气。
2)可以加快熔池的传质速度。液相传质速度决定冶金反应速度的快慢,精炼过程采用多种搅拌形式(气体搅拌、电磁搅拌、机械搅拌)使系统内的熔体产生流动,加速熔体内传热、传质的过程,达到混合均匀的目的。
3)可以增大渣钢反应的面积。各种精炼设备均有搅拌装置,搅拌过程中可以使钢渣乳化,合金、钢渣随气泡上浮过程中发生熔化、熔解、聚合反应,通常1吨钢液的渣钢反应面积为0.8～1.3mm2,当渣量为原来的6%时,钢渣乳化后形成半径为0.3mm的渣滴,反应界面会增大1000倍。微合金化、变性处理就是利用这个原理提高精炼效果。
4)可以在电炉(转炉)和连铸之间起到缓冲作用,精炼炉具有灵活性,使作业时间、温度控制较为协调,与连铸形成更加通畅的生产流程。
3 炉外精炼技术在生产中的应用目前得到公认并被广泛应用的炉外精炼方法有:LF法、RH法、VOD法。
3.1 LF法(钢包精炼炉法)
它是1971年由日本大同钢公司发明的,用电弧加热,包底吹氩搅拌。
3.1.1 工艺优点
1)电弧加热热效率高,升温幅度大,控温准确度可达±5℃;
2)具备搅拌和合金化的功能,吹氩搅拌易于实现窄范围合金成份控制,提高产品的稳定性;
3)设备投资少,精炼成本低,适合生产超低硫钢、超低氧钢。
3.1.2 LF法的生产工艺要点
1)加热与控温LF采用电弧加热,热效率高,钢水平均升温1℃耗电0.5～0.8kW·h,LF升温速度决定于供电比功率(kVA/t),而供电的比功率又决定于钢包耐火材料的熔损指数。因采用埋弧泡沫渣技术,可减少电弧的热辐射损失,提高热效率10%～15%,终点温度的精确度≤±5℃。
2)采用白渣精炼工艺。下渣量控制在≤5kg/t,一般采用Al2O3-CaO-SiO2系炉渣,包渣碱度R≥3,以避免炉渣再氧化。吹氩搅拌时避免钢液裸露。
3)合金微调与窄成份范围控制。据试验报道,使用合金芯线技术可提高金属回收率,齿轮钢中钛的回收率平均达到87.9%,硼的回收率达64.3%,钢包喂碳线回收率高达90%,ZG30CrMnMoRE喂稀土线稀土回收率达到68%,高的回收率可实现窄成份控制。
3.1.3 LF法在生产实践中的应用
2000年6月,鞍钢第一炼钢厂新建的连铸车间正式投产,精炼设备由两座LF钢包精炼炉,年处理钢水200万t;一座VD钢水真空处理装置,年处理钢水80万t组成。LF炉最大升温速度为4℃,LF炉平均处理周期≤28min;处理效果:平均[H]≤0.0002%;最低[H]≤0.0001%。
我国现有家重轨生产厂(攀钢、包钢、鞍钢和武钢)生产典型的工艺路线如下:LD→LF→VD→WF→CC,钢包吊到LF处理线的钢包车上后,由人工接通钢包底吹氩的快速接头,根据要求的钢水成分及温度确定物料的投入量(含喂丝)重轨钢含碳量较高,因而增碳显得很重要,转炉出钢时钢水含碳量控制为0.2%～0.3%(wt),炉后增碳至0.60%～0.65%(wt),在LF炉处理时再增0.10%～0.15%(wt)个碳至标准成份的中上限,经VD处理后即可达到钢种成分要求。
3.2 RH法(真空循环脱气法)这种方法是1958年西德发明的,其基本原理是利用气泡将钢水不断的提升到真空室内进行脱气、脱碳,然后回流到钢包中。
3.2.1 RH法的优点
1)反应速度快。真空脱气周期短,一般10分钟可以完成脱气操作,5分种能完成合金化及温度均匀化,可与转炉配合使用。
2)反应效率高。钢水直接在真空室内反应,钢中可达到[H]≤1.0×10-6,[N]≤25×10-6,[C]≤10×10-6,的超纯净钢。
3)可进行吹氧脱碳和二次燃烧热补偿,减少精炼过程的温降。
3.2.2 RH法工艺参数
1)RH循环量。循环量是指单位时间内通过上升管或下降管的钢水量,单位是t/min。有关资料给出的计算公式为: Q=0.002×Du1.5·G0.33,式中:Q———循环流量,t/min;Du———上升管直径,cm;G———上升管内氩气流量,L/min。
2)循环因数。他是指在RH处理过程中通过真空室的钢水与处理量之比,其公式为:μ=w·t/v式中:μ———循环因数,次;w———循环量,t/min;t———循环时间,min;v———钢包容量,t。
3)供氧强度与含碳量的关系。向RH内吹氧可以提高脱碳速度,即RH-OB法。当[C]/[O]>0.66时钢包内氧的传质速度决定脱碳速度,其计算公式为:
QO2=27.3×Q·[C]式中:QO2———氧气强度,Nm3/min;Q———钢水循环量,t/min;[C]———含碳量,Nm3/t。
3.2.3 RH法在生产实践中的应用
日本的山阳钢厂将LF与RH配合生产轴承钢形成EF-LF-RH-CC轴承钢生产线,钢中总氧量达到5.8×10-6。LF-RH法首先利用LF炉将钢水升温,利用LF搅拌和渣精炼功能进行还原精炼,是钢水脱硫和预脱氧,然后将钢水送入RH中进行脱氢和二次脱氧。经过这样处理大大的提高了钢水的清洁度,同时钢水的温度达到连铸需要的温度。
宝钢炉外精炼设备有RH-OB、钢包喷粉装置、CAS精炼装置,RH-OB的冶炼效果较理想,脱氢率为50%～70%,脱氮率为20%～40%,一般情况下,经RH-OB处理后[H]≤2.5×10-6,[C]≤30×10-6,去除钢中非金属夹杂物一般能达到70%,钢中总氧量≤25×10-6,而且在RH中合金处理可以提高合金的收得率和控制的精确度,[C]、[Si]、[Mn]的控制精度能达到±0.01%,铝的精确度可达到1.5×10-3,取得了较好的炉外精炼效果。
3.3 VOD法(真空罐内钢包吹氧除气法)
3.3.1 VOD的特点VOD法是1965年西德首先开发应用的,它是将钢包放入真空罐内从顶部的氧枪向钢包内吹氧脱碳,同时从钢包底部向上吹氩搅拌。此方法适合生产超低碳不锈钢,达到保铬去碳的目的,可与转炉配合使用。他的优点是实现了低碳不锈钢冶炼的必要的热力学和动力学的条件-高温、真空、搅拌。
3.3.2 VOD法在生产实践中的应用
20世纪90年代初,上海大隆铸锻厂从德国莱宝(leybold)公司进口1台15tVODC的关键设备和技术软件。采用电炉初炼钢水经VODC炉外精炼的工艺方法,精炼了超低碳不锈钢、中低合金钢和碳钢,取得了很好的冶金效果,钢中非金属夹杂物减少,氢含量小于3×10-6氧含量小于6.5×10-6,不锈钢中铬回收率达98%～99%,精炼后的钢具有十分优越的性能。VODC精炼工艺成熟,控制容易,适应中小型钢厂和铸钢厂的多钢种、小吨位精炼生产需要,对发展铸钢行业的精炼生产会起到很大积极作用,具有广阔的发展前景10。
抚顺特殊钢有限公司有30tVOD炉,采用EAF+VOD技术精炼不锈钢,可使[H]≤2.58×10-6,T[O]≤41.9×10-6,铬回收率达到99.5%,脱硫率64.2%,精炼高碳铬轴承钢T[O]≤12.13×10-6 。
4 发展炉外精炼技术需解决的问题及发展方向炉外精炼技术已经应用40年,对提高钢的纯净度、精确控制成分含量及细化组织结构等方面都起了重要作用,使冶炼成本大幅降低,同时提高了钢的品质和性能。但在发展的过程中也出现了一些问题,有待于解决,使这项技术更加完美。
1)实现炉外精炼工艺的智能化控制,根据来料钢水的各种技术参数,利用信息技术,制定最佳的精炼工艺方案,并通过计算机控制各精炼工序。精炼工位配备快速分析设备,实现数据网络化,减少热停等待时间。
2)炉外处理设备将实现“多功能化”。在水钢精炼设备中将渣洗精炼、真空冶金、搅拌工艺以及加热控温功能全部组合起来,实现精炼,以满足超纯净钢生产的社会需求。
3)开发高纯度、高密度、高强度的优质碱性耐火材料,以适应不同精炼炉的需要,注重产品质量的稳定性。耐火材料的使用条件应尽可能与炉渣相适应,最大限度地降低侵蚀速度。要根据精炼设备的实际情况形成不同层次的配套材料,研究开发保温和修补技术,提高炉衬的使用寿命。
4)减少精炼过程的污染排放,精炼过程会产生大量废气,其中含SO2、Pb、金属氧化物、悬浮颗粒等,在真空脱气冷却水中含有固态悬浮物、Pb、Zn等,这些污染物须经企业内部的相关处理,把污染程度降低到符合排放标准后再排放,加强环境保护意识。
5 结束语
炉外精炼技术是一项提高产品质量,降低生产成本的先进技术,是现代化炼钢工艺不可缺少的重要环节,具有化学成分及温度的精确控制、夹杂物排除、顶渣还原脱S、Ca处理、夹杂物形态控制、去除H、O、C、S等杂质、真空脱气等冶金功能。只有强化每项功能的作用,才能发挥炉外精炼的优势,生产出高品质纯净钢种。
读《钢铁是怎样炼成的》有感
今天，我读了《钢铁是怎样炼成的》这本书，书中的主人公——保尔使我油然而生敬意。
保尔被老师神甫赶出学校后，在一次偶然的相遇中，他与冬妮亚结为朋友。他在装配工朱赫来的引导下，懂得了布尔什维克是为穷人争取解放的革命政党。他依依不舍得告别了冬妮亚，逃离了家乡，加入了红军，成为了一名坚强的布尔什维克战士。但是他的身体状况每况俞下，右腿变成残废，脊椎骨的暗伤也越来越严重，最后终于瘫痪了。但他并没有不此而沮丧，而且开始了他的艰难的写作生涯，从此有新生活的良好开端。
我非常敬佩保尔不畏病魔侵扰和不怕命运挫折的百折不挠的革命精神。他时刻都在为革命事业而奋斗。他有一次不幸染上了伤寒，他凭他那坚强的毅力，奇迹般地从死亡线上走了回来了，重新义无反顾地走向火热的工作岗位。
最使我感动的是下面的故事。
索络面卡区的团组织几乎全部全上阵了。团省委去了三个人——杜巴瓦、潘克拉托夫和保尔。这三个人是朱赫来同志亲自选定的。铁路抢修工作开始了，谁也没想到条件会有那么艰苦，寒冷的秋雨浸透了人的衣衫，沉甸甸、冰凉凉的；四周荒凉一片，几百个人晚上只能睡在四间破房子里的水泥地板上，穿着淋湿了而又沾满泥浆的衣服，紧紧地挤在一起，尽量对方的体温取暖。早上，大家喝点茶就去干活，午饭天天是素扁汤和一只煤球一样的黑面包。但他们凭着对革命事业的无限忠诚和坚强的革命毅力，出色完成了任务。
我想，我国的创业者和建设者与他们的情况也有惊人的相似之处。今天我们的幸福生活是无数辛劳的劳动者和革命者用血汗换来的，来之不易，我们一定要好好珍惜今天的美好生活，好好学习，炼好本领，为将来把我们的祖国建设得更加美好而努力奋斗。
读《钢铁是怎样炼成的》有感 2
近期，读了《钢铁是怎样炼成的》一书，感触很深。读时的心情是随着保尔·柯察金的成长、命运而起伏。细细品味着这本书，品味着保尔的精神。越发觉得我们应从保尔精神中汲取营养，坚定理想信念，树立正确的世界观、人生观和价值观。记得书中有段名言脍炙人口：“人的生命是最宝贵的。当他回首往事的时候，不应该为碌碌无为而悔恨……
差不多没有一个人甘心平平庸庸的生活，因为即使是小草也在努力着为春天增添一丝绿色，希望在春回大地的彩卷上留下自己的身影。但是却未必人人都会炼就一块好钢。
那么钢铁是怎样炼成的？相信大家的脑海里一定会出现那烈焰熊熊的炼钢场面。其实，人生就如同炼钢！没有什么东西是与生俱来的，“铁”变成“钢”，只有一种途径——炼！有人说保尔是天生的英雄，其实，在这个世界上是没有天生的英雄的。保尔之所以能够成为英雄，完全是由于自身的努力——在战火纷飞的战场，面对生与死的考验，他没有后退；在疾风暴雪的建设工地，面对常人难以忍受的劳动强度和饥寒，他没有倒下；在双目失明、疾病缠身的情况下，面对书稿丢失、身体每况愈下的无情打击，他仍没有屈服，终于从一个出身贫苦的少年，成长为一名具有崇高理想、高尚品格和顽强作风的共产主义战士。
人生，可以说是一段曲折而坎坷不平的路。在人生的旅途中，你会遇到重重的困难，要去面对失败的打击和不被人理解的痛苦，等等。但是，这一切都是短暂的。在突破障碍、战胜困难后，回顾走过的道路，我们就会领悟到，那是磨炼人生的火焰。多少英雄、伟人，都是在熊熊燃烧的火焰中锻炼出来的，正如人们常说的：“宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来。”和保尔相比，我们在学习和生活中遇到的困难实在是微不足道的，我们有什么理由唉声叹气、裹足不前呢？
一个人只有树立崇高的理想，造就优良的素质，并有执着的追求，在正确的生活目标，他才不会被生活所拖累，不会被不幸所压倒，他才会在苦难的熊熊烈焰中坚强起来，成熟起来，去热爱生活，去充实自己，迎接美好的明天。
当今的社会是竞争激烈的信息社会，知识经济已初见端倪。从国际社会来看，和平与发展成为时代的主旋律，国际围绕经济和科技展开的竞争日趋激烈，各国都着眼于抢占21世纪发展的制高点，这就使我国面临着新的机遇和新的挑战。中国“赶上时代”的步伐正在加快，这就使我们中华民族面临着走向全面振兴的机遇和挑战。国家需要学识渊博、意志坚强、处事果断、敢于创新的人才。所以，我们别无选择，只能是跨越知识的坎坷，勇往直前！
21世纪的钟声已经敲响，我们站在新世纪的门槛上，寻找往日的英雄情结，重塑“保尔精神”，意义非同小可。为了我们伟大祖国的繁荣昌盛，让我们以保尔为榜样，去炼就人生，乐观地拥抱未来吧！
“人最宝贵的东西就是生命，生命属于我们只有一次而已。人的一是生应该这样来度过的：当他回首往事时，不因虚度年华而悔恨，也不因过去的碌碌无为而羞耻，这样，他在临死的时候就能够说：‘我的整个生命和全部精力，都献给了世界上最壮丽的事业——为人类的解放而斗争。’
钢铁是怎样炼成的》读后感 3
《钢铁是怎样炼成的》这部小说我在假期中已经看了好几遍了,它是我最喜欢的课外读物之一,其中有关人生意义的段落,我还能把它给背诵出来呢!
人应该怎样地活着才有意义呢?保尔·柯察金用行动回答了这一问题.保尔他残废后,毫不灰心,还要顽强的学习,努力工作,并且开始了文学创造.后来双目失明了,这对于已经瘫痪的人来说,要是一场多么沉重的打击呀!可是他却毅然拿起笔来,摸索着,坚持写作,每写一个字,他都需要付出极其艰苦的劳动.经过顽强的努力,他终于成功的写出了小说《在暴风雨里诞生》的前几章.读着,读着,我也禁不住热泪盈眶,心潮澎湃.保尔·柯察金那坚毅的脸庞,仿佛就在我的眼前.保尔这样一个普通的战士,竟有比钢铁还要坚强的意志,这是什么力量在鼓舞着他呢?我读完这本书,在书中我终于明白了,这是那最伟大,最壮丽的共产主义事业在召呼着他创造奇迹,这就是他顽强地与疾病作斗争的动力.
保尔·柯察金,可敬可佩的共产主义战士,您为我们树立身残志不残的伟大榜样,我原来也有一个同学也是残疾人,他的名字叫吴伟:从他生下那一天起就得了先天性心脏病.十几年来,病魔缠着他,使他不能像同学们那样活泼在操场上,球台前,参加集体活动也就更不用提啦.因为他稍微活动一下,就脸色苍白,嘴唇发紫,上学校读书全靠他爸爸用自行车来回接送.在学校里,他将吴伟从一楼背到四楼,放学后再由四楼背到一楼,中饭由同学们送到教室吃.自从,吴伟读了《钢铁是怎样炼成的》,他也就这样坚强的站了起来.
对于我来说,我是一个完完整整的人,我的智力不差,能够学好自己的社会主义文化课,我长大后,我一定比吴伟强.虽然,我不能背起钢枪保卫祖国,也不能战斗在烈火熊熊的战场上,但我可以把我所学的知识,贡献给人民,为了祖国的建设做出一份力量,有了奋斗的目标,有了学习的榜样,我的梦想一定会实现的.
《钢铁是怎样炼成的》这本书可真好啊!我还要不断的学习,从这本书中吸取更多更大的精神力量.
《钢铁是怎样炼成的》读后感 4
保尔，一个活生生的、有血有肉的热血青年。在战乱的时期，他没有选择逃避，而是选择了最有利的办法——抗战！ 在富人面前，他没有卑躬屈膝，他选择挺起胸膛，让别人知道——穷人不是好欺负的。贫贱不能移！ 在暴力面前，他没有低下他的头，他选择直面强暴，让别人知道——穷人也有尊严。威武不能屈！
有时，我好羡慕保尔他们两兄弟，无时无刻都是那么的团结，没有一点破绽。即使是与自己的利益相冲突或者是关系到自己的生命。但是，我就每那么幸福了，从小，我就和哥哥“战争”在中度过直到他到外面读书。可能那是增进感情的一种方法吧。 保尔，生在一个温馨的家庭，交到了真挚的友谊，拥有此致不渝的爱情，也算是不枉此生了吧，但，你有没有想过，保尔为什么有这样的“成就”呢？我想，那是因为他的人格魅力，他拥有“钢”一般的意志、精神。
在保尔被瓦西里神甫赶出学校之前，他和神甫的冲突就不断的发生，不是因为上次妈妈求情，保尔一早就被人赶出校门了，自从那次以后，神甫就一直想找个机会赶保尔出去学校，好让自己痛快一翻。而今次正好是机会，谁也不能怪，怪的就怪自己和神甫结怨了吧，大家一起干这件事，谁也没有事除了保尔，这次应该是“公报私仇”吧，不然哪能轮到保尔选中呢，他一向都很倒霉的。就算是他倒霉吧，妈妈也总算帮他找了一份工作，暂时安身吧。谢廖沙也算有点人性，在这时候，还能去安慰一下保尔，也不失为一个死党吧。有了谢廖沙的安慰，保尔也安了心，放心去闯出属于他的世界。
在保尔用心工作的时候，一起工作的阿姨和同年人跟保尔也相处得很好，不过，晴天的日子总是短暂的，就在这时候，一起工作的一些工人就眼红了，觉得保尔是来抢他们饭碗的，就四处刁难保尔，好让保尔知难而退。这时候，力量的象征--阿尔焦姆出现了，他为了维护弟弟的利益，他那沙煲般大的拳头就落在那帮人身上了。最后，保尔的利益被维护了，但，阿尔焦姆却被控告伤人送进了监狱。如果说阿尔焦姆这样做值得吗？为什么？那是简单得不得了事了，就因为保尔是他的弟弟，两兄弟有困难的时候就应该挺出胸膛，告诉他，我们不是好欺负的！
在保尔被送进监狱的时候，遇到了一个同年人，那是一个很漂亮的姑娘，她的每一处都深深地吸引着保尔。那个姑娘是被迫害送进监狱的，那些无耻的官兵迫害，他们想强暴她。但是，他们失败了，他们受到了姑娘的誓死反抗，最后她被送进来了。姑娘在和保尔交谈的时候，发现保尔是一个正人君子，她知道，如果过了今晚，她就会被那些可恶的官兵强暴，她宁愿把身体交给保尔也不愿被官兵玷污了她的身体。面对诱人的双唇、丰满的双乳保尔失去了力量，那是无法阻挡的诱惑，但是，当她靠近的时候，保尔没有失去理性，而是拒绝了她，保尔想到冬妮亚就无法接受别的一切，包括这诱惑。第二天，姑娘被送走了，她的眼里充满了水晶般的液体，既包含着失望又包含着绝望，那眼神使人难受，但是，保尔更不能背弃对冬妮亚的承诺，因为冬妮亚才是保尔的唯一。坐怀不乱，足以看出保尔对爱情的那种坚贞，这是值得让我们现代人借鉴的。
我看《钢铁是怎样炼成的》不是多，只是看了几章，但是我已经知道，保尔将影响我的一生，他给我印象总是那么伟大，就像是一座人生的灯塔，照亮了我的人生，帮我拨开了人生的迷雾，引导着我的前行。
炼钢系统的自动化可以改善操作、延长炉龄，是提高钢产量、保证钢水质量、缩短冶炼时间、降低能源消耗、提高一次拉碳命中率的重要手段。炼钢自动化包括转炉自动化和电炉自动化。 表3 重点企业与12大钢在炼钢系统转炉中各级自动化所占的...www.wsdxs.cn/html/Physics
镁法海绵钛爬壁钛生成量的初探
沈俊宇
（遵义钛业股份有限公司 贵州省 563004）
摘要：在海绵钛的还原生产过程中，反应器的上部器壁会生成大量环状的爬壁钛，一炉产品爬壁钛的生成量少则500 kg左右，多则达800至1000 kg，爬壁钛不仅产品取出困难，增加操作人员劳动强度，而且其质量较差，经济损失大。本文分析了海绵钛爬壁钛的形成机理及生产过程中爬壁钛增多的原因，提出了还原中后期最大加料速度限制，以缓解反应剧烈程度和控制反应液面高度在1#范围内小幅波动，防止形成新的活性中心，是生产过程中减少爬壁钛生成量的主要途径。
关键词：海绵钛 爬壁钛 生成量 加料速度 反应液面高度
A Study the Production of the Titanium on Walls Produced in the Process of Sponge Producing by Magnesium Process
Junyu，Shen
(Zunyi Titanium CO.LTD.Guizhou 563004)
Abstract：A quantity of annular titanium will be produced on upper walls of reactors during the reduction and distillation。The production per batch is from 500kg to 800 or 1,000kg. It is difficult for operators to take products out ,and also influences the quality .Therefore ,the titanium on walls not only strengthens the labor intensity ,but also causes a big loss The paper analyzes the formation mechanism of the titanium on wall and reasons why its production increases.Also,in order to ease the strong reaction,make the liquid level in reaction waves no more than 1’’and prevents the formation of new active centers ,the paper introduces a main method to reduce the production of the titanium on walls,that is to retrict the max.feed speed in mid or late period of reduction and distillation.
Keywords:titanium sponge the titanium on walls production feed speed liquid level in reaction
1 前言
在海绵钛的还原生产过程中，反应器的上部器壁会生成大量环状的爬壁钛，如图1所示。爬壁钛会导致以下不良后果： 第一，由于目前使用双法兰反应器，反应器上部热损失较大（上部有三圈水套，反应器约300 mm高度在加热炉外），上部爬壁钛中的氯化镁很难被蒸发出去，使爬壁钛中含有较高的杂质元素氯，剥取产品时会看到反应器口部（爬壁钛的最上部）粘有大量的镁和氯化镁。第二，海绵钛还原、蒸馏反应器为铁制反应器，由于爬壁钛在反应器器壁上粘附较强，加之双法兰反应器上部热损失大，为保证反应器上部温度，蒸馏期间加热炉1#、2#加热电阻丝送电频率高且时间长，致使爬壁钛普遍有发亮现象，分析结果显示杂质元素铁含量较高。第三，爬壁钛在反应器上部空间极易被泄漏进的空气污染，使产品中杂质元素氮、氧含量较高。由表1可看出，产品分析爬壁钛质量级别基本上在3—5级（极少部分在2级以上），同时，也有少部分因杂质元素过高成为等外品。一炉产品爬壁钛的生成量少则500kg左右，多则达800至1000 kg，经济损失较大。另外，爬壁钛过多也给产品取出带来困难，增加操作人员劳动强度。为了减少爬壁钛生成量，降低损失，我们进行了控制液面高度及调整料速试验。
表1 2007年下半年爬壁钛质量统计表
分析批数（批） 2级品批数（批） 3～5级品批数（批） 等外品批数（批） 2级品影响因素 3～5级品、等外品影响因素
75 12 51 12 HB、Fe、Cl、O、N HB、Fe、Cl
2 爬壁钛形成机理
镁还原TiCl4主要反应为：TiCl4+2Mg=Ti+2MgCl2，在还原反应刚开始时，加入的TiCl4大部分气化，发生气相TiCl4—气相Mg或气相TiCl4—液相Mg反应，同时也有一部分TiCl4液体未来得及气化，进入液镁中，发生液相TiCl4—液相Mg间的反应。还原刚开始在反应器铁壁和熔镁表面夹角处上，一旦有钛晶粒出现后，裸露在熔镁面上方的钛晶体尖峰或棱角便成为活性中心。[1] 镁还原TiCl4主要在此活性中心上进行。液镁靠表面张力沿铁壁和钛晶体毛细孔上爬，被吸附在活性中心上，与气相TiCl4反应生成最初的海绵钛颗粒。随着反应的进行，生成的海绵钛颗粒依赖其与反应器壁的粘附力和熔体浮力的支持沿反应器壁在熔体表面逐渐长大，并浮在熔体表面。随着生成的海绵钛块增厚、增大，加之排放氯化镁，失去熔体浮力支持的海绵钛块体大部份就会沉落在熔体底部，这样在反应器器壁上，将有环状海绵钛粘附在其上，其实，这部分也是最初的爬壁钛。另外，在还原反应初期，液镁有很大的蒸发表面，而空间压力较低，故镁具有很大的蒸发速度。还原反应中期，反应温度较高和对反应器底部加热时，也会有部分镁蒸发。镁蒸气挥发后，冷凝在反应器器壁和大盖底部，与气相TiCl4反应也会生成部份爬壁钛。海绵钛块沉落熔体底部后，熔体表面会重新暴露出液镁的自由面，还原反应将恢复到较大的速度。随着反应的进行，在熔体表面会重新生成海绵钛桥，通过排放氯化镁，钛桥被破坏，海绵钛块靠自重下沉，又为下一层海绵钛生长创造条件，爬壁钛也在这一过程中逐渐形成，还原反应如此周而复始进行，直至镁的利用达到65%—75%之后。
3 生产中爬壁钛增多原因分析
3.1中后期加料速度
随着还原反应的进行，特别是进入中期后，加料速度逐渐增加，反应进行的非常剧烈，熔体表面反应区中心部最高温度可达1200℃以上，而镁的沸点仅1105℃，此时镁处于沸腾状态。加之目前还原操作料速按玻璃转子流量计实际刻度与自动加料系统对照进行加料，因玻璃转子流量计出厂时是用水标定，当被测介质改为TiCl4时，其修正系数，经计算应为1.13。当玻璃转子刻度显示最大加料量为150 kg /0.5h，实际料速已达160～170 kg /0.5h。这样更加剧了反应的剧烈程度，沸腾的液镁将不断吸附在最初反应器壁上已形成的少量环状爬壁钛上，通过钛晶体毛细孔上爬，与气相TiCl4反应生成新爬壁钛，使原环状爬壁钛增多、增厚。另外，由于反应剧烈程度增加，也加剧了液镁的气化，液镁蒸气挥发后，冷凝附着在反应器器壁上部和大盖底部，与气相TiCl4反应生成爬壁钛，这些爬壁钛主要粘附在反应器器壁上部和大盖底部。因此，最大料速持续的时间越长，生成爬壁钛也就越多（表2）。
表2 部分大料速爬壁钛生成量统计表
最大料速
（kg /0.5h） 持续的时间
（h） 爬壁钛占毛产量
比例（%）
生产炉-1 155～165 35 12.75
生产炉-2 145～155 40 13.55
生产炉-3 155～165 36 15.67
生产炉-4 155～165 40 10.35
生产炉-5 155～165 35 10.75
3.2 反应液面高度
反应液面高度太低、波动范围过大会增加爬壁钛生成量，其原因如下：第一，当反应液面高度过低时，TiCl4距液镁表面间距面相对较远，发生液相TiCl4—液相Mg间的反应相对减少，气相TiCl4与镁蒸气反应相对增加，从而增加爬壁钛生成量。第二，因未定时、定量准确排放MgCl2，反应液面高度大幅上下波动，易在钛晶体活性中心之外，形成新的活性中心，液镁靠表面吸引力沿铁壁和钛晶体孔隙上爬，被吸附在活性中心上，这样在反应器壁上会粘附形成新的爬壁钛。因此，不控制好液面高度，及时准确排放MgCl2，也将增加爬壁钛的生成量（表3）。
表3 反应液面高度大幅波动量统计表
反应液面高度波动范围 爬壁钛占毛产量
比例（%）
生产炉-6 1#～2# 11.88
生产炉-7 1#～2# 12.82
生产炉-8 1#～2# 13.67
生产炉-9 1#～2# 15.02
生产炉-10 1#～2# 14.02
生产炉-11 1#～2# 12.81
4 措施
通过上述分析，可以知道爬壁钛是海绵钛生产过程中必然要形成的，但其生成量是可以控制的，因此，我们对加料速度以及反应液面高度进行了调整。结合生产实践，采取两项措施：第一，我们对部分处于通风不好而影响散热的炉子还原中期最大加料速度限制在135～140 kg /0.5h，以缓解反应剧烈程度，特殊炉次，因反应温度太低，可以适当提高至160～170 kg /0.5h，但持续时间不能太长，最多3～4 h;后期最大料速限制在105～110 kg /0.5h。第二，控制反应液面在1#范围内小幅波动，防止形成新的活性中心，以达到降低爬壁钛生成量的目的（表4）。
表4 调整料速及排放MgCl2制度试验对比表
料速及排放MgCl2制度 平均爬壁钛占毛产比例(kg) 平均钛坨重量(kg) 平均加料时间
(h) 中期平均最大料速(kg /0.5h) 后期平均最大料速(kg /0.5h)
调整前 11.56 5291 89 160 120
调整后 8.28 5483 87 138 107
从表4的统计数据可以看出，通过控制最大料速以及控制好液面高度及时准确的排放MgCl2，产品生成的爬壁钛占毛产比例大大下降，调整前平均爬壁钛为11.56％，调整后平均爬壁钛8.28％，平均下降3.28％。在进行调整料速试验期间，对生产炉-59一炉产品还原中期加料再次进行提高料速到155～165 kg /0.5h试验，结果爬壁钛增至占毛产量的14.93％，从这点也证明了加料速度对爬壁钛形成的影响。此外，调整前，钛坨平均重5291 kg，调整后，钛坨平均重5483 kg，平均毛产重量未受影响；调整前平均加料时间89小时，调整后平均加料时间87小时，加料时间也略有减少。试验在降低爬壁钛生成量的同时，缩短了还原生产周期，降低了还原电耗，取得了较好的效果。
5 结论
5.1对处于通风不好而影响散热的炉子还原中期最大加料速度限制在135～140kg /0.5h，后期最大料速限制在105～110 kg /0.5h
5.2控制反应液面高度在1#范围内小幅波动。
本试验在巩固海绵钛钛坨产量的情况下，降低了爬壁钛生成量，试验取得了效果，为进一步研究探索海绵钛爬壁钛生成量打下了基础。
参考资料
[1] 莫畏， 邓国珠 ，罗方承 . 钛冶金[M].版次（第二版）.北京:冶金工业出版社,1998:281-293
