LF炉精炼造白渣的理论与实践

sunny2008

摘要： 本文主要介绍了A：LF炉精炼作用和整体操作步骤； B：重点介绍下精炼造白渣的精炼原理（理论部分）、造渣步骤、工艺特点（碱度、理化性能等）；C：目前造白渣工艺遇到的主要问题和主要技巧解析（如何看渣的粘稀，如何处理；如何保持合适的渣厚等等。）
关键词：炉外精炼   造渣   白渣

1前言
        随着连铸技术的发展及对钢质量要求的不断提高，钢包精炼炉日益受到重视。利用钢包炉的加热精炼功能，可以解决炼钢－连铸间的许多问题，如降低出钢温度、提高转炉冶炼技术指标、为连铸提供温度成分准确均匀的钢水，协调炼钢与连铸节奏。
        对转炉炼钢厂，还可开发合金含量较高的钢种。LF功能的发挥，首先需要其快速升温功能的实现。采用泡沫埋弧加热工艺，可以减少电弧对炉盖和钢包渣线的热辐射，提高渣线部位包衬寿命，提高加热效率，减少因电弧造成的钢水增氮。
        LF钢包精炼炉具有保持炉内还原气氛、氩气搅拌、电极埋弧加热和合成渣精炼等独特的精炼功能，其中合成渣的精炼功能可以取代炼钢炉的还原操作，更好地完成脱硫、脱氧和去气去夹杂的任务，达到对初炼钢水进一步调质的作用，而合成精炼效果的好坏与合成渣的理化特性有直接的关系。

2精炼渣的作用  
        LF炉精炼过程中向钢包中加入特殊配比的合成渣料，在电弧加热下熔化成液态渣，达到进一步精炼钢液，绝热保温的目的，其冶金作用如下：
        (1) 采用高碱度、高还原性渣料可以进一步脱除钢中硫、氧。由于在LF炉精炼中采用底部吹氩搅拌，增加了渣－钢接触面积和机会，可获得满意的效果。
         (2) 保护包衬，提高热效率。
        (3) 捕捉钢中夹杂物，净化钢液。LF炉通过底部吹氩搅拌，促使钢中平杂物聚集上浮，与渣接触被吸收，可以精炼超纯净钢液。
         (4) 隔绝空气，防止钢液吸收气体。 (5) 对夹杂物进行变性处理。  整体操作步骤，流程为：  
        等待位(吹氩)→精炼位通电、加渣料、造白渣、调整成分和温度→喂线→软吹→关闭氩气、吊走；

3精炼造白渣的精炼原理（理论部分）、造渣步骤、工艺特点（碱度、理化性能等）
        精炼渣的基础渣一般多选CaO-SiO2-Al2O3系三元相图的低熔点位置的渣系。基础渣最重要的作用是控制渣的碱度，而渣的碱度对精炼过程的脱氧脱硫均有较大影响。碱度提高可使钢中平衡氧降低。精炼渣可以利用白渣(不加脱氧剂)精炼，达到降低钢中氧、硫和夹杂物含量的目的；也可以在钢中加入脱氧剂，如铝粒、Si-Fe、RE等，提高渣的精炼能力；熔渣碱度和氧化性是熔渣的重要指标。熔渣的碱度表示它去除钢液中硫、磷的能力，同时保证炉渣对钢包炉衬的化学侵蚀性最低。熔渣的氧化性高低取决于渣中最不稳定的氧化物---氧化铁活度（αFeO）的高低。熔渣的碱度对αFeO数值的影响起着重要的调整作用。当w（FeO+MnO）<1.0%时，还原很充分，很利于反应进行。由于钢渣之间的扩散关系，氧在钢渣间存在着平衡分配关系。但在初炼时期两者并没有立即平衡，需要搅拌和反应时间。在1600℃时，以下关系式是成立的。
        通过钢渣接触、氩气搅拌，钢中［Al］也直接同渣中的（FeO）起反应。更有效的办法是将颗粒状的Al粒直接加到渣中，直接降低（FeO）。硫的分配比与精炼渣中（FeO+MnO）成反比关系，即随着（FeO+MnO）含量的提高，硫的分配比降低，对炉渣脱硫不利。因此要求合成精炼渣中还原性要强，（FeO+MnO）的含量应控制在1.0%以下。渣的还原性与脱硫反应速度常数的关系与碱度不一样。 通常所说的白渣就是指渣中（FeO+MnO）含量低，渣的颜色呈白色。合成渣料中配加碳化硅可降低渣中FeO含量，因而有利于增大LS， LS就是硫分配比。LF重要的作用是脱硫。但是，反应生成物SiO2进入渣中，降低了熔渣碱度R，部分抵消了碳化硅增大LS的作用。如何使钢水符合要求，成分稳定，就必须要有良好的造渣工艺，即必须有良好的吸附介质--白渣。用白渣和惰性气氛保护、搅拌，氧、硫及杂质会很容易地被除去。渣中的（FeO+MnO≤1.0%）还原才较充分，这是脱硫、除杂的前提。
        LF炉的白渣和搅拌，是极为关键的因素。CaO-SiO2-MgO-Al2O3渣系脱硫实验表明，渣碱度R对渣钢硫分配比LS具有较大影响。可以说，精炼操作工最重要的工作就是精炼造渣。当R<3.0时，碱度增加，LS随之增加，而当R>3.0时,继续增加R, LS下降。国外LF精炼渣的特点是碱度高（有时渣中CaO含量高达65%）,并获得较好的精炼效果；而国内LF精炼渣的碱度处于中（B=2.2~3.0），低(B=1.6~2.2)碱度水平，在这种碱度范围内，同样显著提高了钢液的质量。一般碱度控制在2.5~3.0之间时，硫的分配比比较高，精炼结束时可达80以上。渣指数(CaO/SiO2：Al2O3)也是评价精炼渣碱度的一个指标，它反映了保证精炼渣一定的碱度下，使炉渣有适宜的流动性。 研究表明，渣指数越低，硫的分配比越高，当渣指数为0.2~0.4时，硫的分配比高。渣的碱度是一方面，渣的流动性主要与渣的熔点、基料成分含量有很大关系。国外如此高的碱度，65%的CaO，国外造渣，流动性没大问题，主要选择了合适的基渣料、助熔剂的含量高、强搅拌。

4目前造白渣工艺遇到的主要问题
        在实际生产应用中，由于熔渣试样分析速度较慢，通常用小铁管插入熔渣后，取出观察粘附在铁管上熔渣的表征来了解熔渣有关性能。就是靠观察渣的形状和颜色。渣子的颜色可能是黑色、褐色、灰色、绿色、黄色或白色，它们之间有许多细微差别，渣子颜色的变化随着渣子的还原程度从黑色到白色。黑色：表明w（FeO+MnO）>2%，渣的氧化性很强，不具备还原功能，需要进行强烈的还原脱氧。看颜色过渡看渣的还原程度。这时的调整方向：提高渣温，保持炉渣良好流动性，降低氩气，避免钢水裸露，在渣面分散加入C粉或SiC还原炉渣。灰色到褐色：表明w（FeO+MnO）＝1%~2%，渣的氧化性较弱，但还需要进一步地还原。这时的调整方向：与黑色相同。白色到黄色：这种渣子还原得较好，黄色表明发生了脱硫，这种渣冷却下来后会碎裂成粉状。这时可以适当增加渣量，能进一步提高脱硫量。如渣中有氧化铬，渣会呈现绿色。至于观察渣的形状主要有三种类型；玻璃状落片：表明SiO2、Al2O3太高，在这种情况下应加入石灰，每次加入量不超过2~4kg／t，熔解后再试验。渣面平滑、厚：这种渣子冷却后应会碎裂，渣况是理想的。如果不碎裂，那么铝酸盐可能偏高，可少量加石灰。渣面粗糙不平：石灰量过大。可以发现未熔化颗粒，可以加入SiO2或Al2O3系合成渣每次加入量在1~2kg／t，熔化后再试。看渣粘稀和厚度。厚度是没法在生产时准确估计的，渣粘稠情况可停下打开炉门看吹氩条件下渣的涌动情况，不能定量表述，只能凭经验 。

下面讲一下我归纳的形成白渣的三个方面
1）加料调整  
        对目前所冶炼的钢种进行简单分类，根据不同的类别制定一个基本的加料制度。根据出钢下渣情况，对加料顺序进行合理安排。如不管钢水的下渣情况，渣子的干稀状况，只是将已经准备好的造渣料一次性加入钢包进行通电精炼。往往造成精炼结束后造渣料不能化开，不能发挥精炼的脱硫、脱氧、去夹杂的功能。应该根据炉前下渣量多少、粘稀等情况，先加人适量的萤石再加入石灰，石灰分两批加，保证所有加入的石灰可以完全化开。分批加人石灰的步骤如下：在通电开始1—2min后加人石灰总量的2/3；待第一次加入的造渣料完全化开后，再加入其余的造渣料；脱氧剂(包括碳化硅、电石、硅钙粉等)在石灰化开后根据炉渣的脱氧程度依次适量加人，保证白渣的形成及维持。
2） 优化吹氩模式
        通过优化吹氩控制来达到快速造白渣、并加强白渣的精炼效果。炉外精炼过程中钢液的搅拌是重要的操作，在精炼过程中起着均匀钢液温度与成分、促进钢渣之间反应、加快夹杂物上浮的作用，而且直接关系着其它精炼手段的实现。精炼过程中搅拌是必不可少的手段，合理的搅拌可以提高钢液的质量，但是不合理的搅拌可能恶化钢液质量。当吹氩过大会造成炉内的气泡迅速逸出，达不到造白渣的要求。如从精炼开始到结束都保持一定的吹氩压力和流量，前期吹氩过小对化渣不利，后期吹氩过大易卷渣、吸气，既不能有效保证快速化渣，也不能避免夹杂物的卷人。很有必要制定一个较为合适的吹氩制度。简单说来，应达到如下要求：在精炼前期由于要加入大量的造渣料，必须有较大的吹氩压力才能保证所加入的料在钢包表面完全铺开，保证造渣料不在加料孔边堆积，为造出白渣提供有利条件。当造渣料化开后，要达到发泡的效果，必须减小吹氩压力，便于维持发泡埋弧，增强钢渣反应及脱硫的效果。通电结束后，再减小吹氩压力和流量，保证钢水一定的软吹时间，使得各类夹杂物充分上浮，从而提高钢水纯净度，达到钢水精炼的目的。根据各钢包容量的大小，通过计算吹氩的搅拌强度，确定各精炼阶段最佳的吹氩流量。
3）稳定精炼的通电参数
        通过稳定供电制度来保证白渣的造出和维持。
        通电开始采用小电流起弧，防止因突然大电流起弧电极晃动厉害造成断电极。起弧稳定一定时间后，进人加料阶段，此时为了保证造渣料完全化开需增大电流，用高电能转化的热量融化造渣料。当造渣料完全化开后考虑浇注温度要求进行调温处理，逐步降低通电电流，维持精炼功效。
        要造好白渣，其它还有需要注意的方面：  
        1)脱硫前钢水要先脱好氧，通常为w（［O］）<20×10-6  
        2)调整碱度，并保持还原气氛及渣良好的流动性；过程中 要注意渣状的变化，并及时调整成白渣；
        3) 要有较强的吹氩搅拌才能促进钢渣接触，从而促进脱氧、脱硫。  
        4) 硫含量高时，要适当增大渣量；若石灰纯度不够或活性度<300ml，也要适当增大渣量。