炼钢学习

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新型LF炉精炼渣的研制与应用

  发表日期：2006-12-29　阅读次数：574

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　 摘要:根据鞍钢连铸钢水的精炼要求，在LF炉精炼渣系及成分设计的基础上，开发了一种预熔型精炼渣，并投入了生产。新型LF炉精炼渣平均用量为0.47kg/t，在其它条件不变的情况下，平均脱硫率达到64.8％,钢中夹杂物总含量平均为0.00823％，包衬寿命大于95次，冶金效果显著。
　 关键词: LF 精炼渣 脱硫率
1 前言
　 钢包炉(LF)精炼法是日本特殊钢公司大森厂1971年开发研制的。起初以精炼处理特殊钢为主，是一种以电弧加热、氩气搅拌和渣精炼为核心的钢包精炼炉生产技术。由于LF法具有冶金功能多、设备简单、运行费用低和使用灵活等优点，在普钢生产厂也得到广泛的应用。20世纪80年代，钢包炉在日本得到快速发展。截止到2003年，在世界钢包精炼装置中，经LF处理的钢水约占70％以上，而且有增加的趋势。20世纪90年代后期，随着连铸比的大幅度提高，对钢水质量的要求也不断提高，LF钢包精炼日益受到重视，LF工艺技术的研究也得到迅速的发展。
　 鞍钢现有多台板坯连铸机，钢水精炼部分均配置了LF等精炼设备，能够对钢水成分和温度进行微调。能否充分发挥LF炉的精炼功能，适应板坯连铸生产快捷、高效的要求，研制并应用物化性能优良的精炼渣非常关键。
2 LF精炼渣的研制
　 生产中，转炉出钢虽然采用挡渣球挡渣，但还是有一些渣流入钢水罐，造成渣中MnO+FeO含量偏高；同时在脱氧过程中生成的Si02进一步降低了渣的碱度，容易造成钢水回硫，增加LF炉的脱硫负担。LF钢水精炼一般都采用铝酸钙渣系。这种渣具有成渣速度快、铺展性好、脱硫能力强等物化性能，在电弧下能很好地埋弧，从而达到理想的LF炉精炼效果。
　 钢包精炼炉内基本为还原性气氛，转炉出钢时所带的氧化性炉渣越少越好，并且钢水脱氧状况良好，一般要求精炼渣中的MnO+FeO含量<1％。大量资料表明，钢包精炼条件下，当加入的精炼渣碱度为1.0～2.5时，熔渣本身具有较好的发泡性能，即基础渣的粘度和表面张力都比较合适。1600℃时，熔渣粘度η一般为0.25～0.45Pa·s，表面张力为0.35～0.50N/m。
2.1 精炼渣的设计与配制
　 LF精炼渣的基本功能为：
　 (1)深脱硫；
　 (2)深脱氧；
　 (3)起泡埋弧；
　 (4)可去除钢中非金属夹杂物，净化钢液；
　 (5)改变夹杂物的形态；
　 (6)防止钢液二次氧化和保温作用。
　 因此，对渣系的要求为：
　 (1)氧化性(FeO+MnO含量)低，以利于脱氧；
　 (2)流动性好，以利于渣/金反应；
　 (3)碱度高，以利于脱硫；
　 (4)一定的MgO含量，以防止罐衬侵蚀。
　 为达到上述目的，我们对精炼渣系的脱硫、脱氧效果进行了大量的研究。以精炼铝镇静钢为主，最后确定基本渣系为：Si02-CaO-MgO-A1203，精炼渣的碱度为3.0左右，熔点为1500～1600℃，具有强还原性和强脱硫能力。
　 精炼渣最重要的作用是控制LF炉渣的碱度，而渣碱度对精炼过程的脱氧、脱硫效果均有较大的影响，见图1、图2所示。由图1、图2可知，提高渣的碱度可使钢中平衡氧降低，提高硫在渣一钢之间的分配比，即有利于脱氧和脱硫。但是，精炼渣的碱度也不能过高，否则精炼渣熔化困难；而渣的粘度过大，流动性不好，也将影响脱氧和脱硫效果。
　

图1 炉渣的碱度对硫分配比（S）/[S]的影响
　

图2 硫的分配常数K与（FeO+MnO）含量之间的关系
　
2.2 精炼渣系组成分析
　 (1)CaO
　 CaO是炼钢生产中造渣、脱磷、脱硫等必不可少的成分，其来源广泛，是精炼渣系的主组元。为保证良好的脱硫效果，要求精炼渣系中含有较高的自由CaO量。从脱硫角度要求，其含量为50％～70％；从扩散脱氧角度看，增加CaO的含量有利于降低Si02活度，渣中的氧势随CaO/SiO2的增大而降低；CaO可降低CaO- A1203渣系的表面张力，并形成2CaO·Si02高熔点化合物，适当增加CaO含量，有利于泡沫渣的形成。考虑到以上三个方面，确定精炼渣中CaO量为40％～50％。
　 (2) A1203
　 A1203主要来源于原料和脱氧产物，其对脱硫效果的影响有两个方面。一方面，随着A1203含量的增加，炉渣粘度降低，促进渣一钢反应，有利于脱硫；而另一方面，A1203含量增加会降低CaO的活度，抑制脱硫的进行。当A1203含量为15％～25％时，随A1203含量的增加，大大提高脱硫能力。在CaO-Si02一A1203一MgO渣系中，A1203在15％～35％之间时，随A1203含量的增加，渣粘度也提高，有利于泡沫渣保护良好的状态。有关资料认为，精炼脱硫渣中，A1203的最佳含量范围是20％～25％。根据鞍钢1700ASP生产实践，确定钢渣中的A1203含量为15％～35％。
　 (3)Si02
　 SiO2主要来源于原料和脱氧产物，其主要起助熔剂的作用，Si02含量增加对脱氧、脱硫不利。SiO2属于表面活性物质，它的增加有利于提高吸附膜的弹性和强度，并使精炼渣密度降低、粘度增加、表面张力降低，促进精炼渣发泡，有利于减少钢中点状夹杂物。因此，确定SiO2含量为10％～20％。
　 (4)CaF2
　 CaF2可显著降低精炼渣粘度，改善炉渣流动性，增加传质。增加CaF2含量，能降低炉渣表面张力，有利于炉渣发泡。但CaF2含量过高不仅不利于脱氧，而且对罐衬侵蚀也较快。因此，在与CaO量匹配的基础上控制CaF2的加入量为5％。
　 (5)其它组元
　 炉渣的氧化程度取决于渣中FeO及MnO的含量。渣中FeO+MnO含量对脱硫效果有较大的影响，其含量大于1％时，脱硫效率将明显下降。FeO的活度受熔渣成分变化的影响较大。渣组成不同，FeO和MnO影响脱硫的性质有所区别。为达到较高的脱硫效率，应严格控制渣中(FeO+MnO)<1％。
3 精炼渣工业试验
3.1 试验条件和方法
　 LF炉埋弧加热工业试验工艺流程：按原工艺制度出钢一钢水到站，测基础渣层厚度，取钢样、渣样一加入400kg精炼渣一下电极吹Ar，加热升温一停电，测温、测渣厚，取钢样、渣样一根据测温情况决定继续加热或结束一提升电极钢包盖，加热过程结束。
　 试验钢种为20号钢，共进行了3炉生产试验。精炼渣的加入方法：转炉出钢加精炼渣→LF钢包炉补加渣料→连铸。精炼渣的成分指标见表1所示。
表1 　工业试验用精炼渣的成分/％
SiO2 Al2O3 CaO MgO H2O C S 粒度/㎜
＜8.0 40-50 40-50 ＜0.5 ＜0.25 ＜0.25 ＜0.08 5-30

　
3.2 试验结果及分析
　 LF炉渣的化学组成见表2所示。出钢时加入精炼渣后，钢包内顶渣熔化均匀、迅速成渣。表3为转炉渣与精炼渣融合后的渣系。此渣系中Al2O3含量高，MgO含量适宜，渣熔点较低，P、S含量偏低，为LF炉埋弧奠定了良好的基础。
表2 　LF炉渣的化学组成/％