LF精炼造渣工艺研究

LF精炼造渣工艺研究

程康季景明刘广勇孙建

河北钢铁集团承钢分公司河北省承德市067000

摘要：LF任务主要是升温、脱硫、调整钢水成分和温度、洁净钢水等，处理周期为35～45min，而转炉冶炼和连铸拉钢周期一般不到40min。所以，对某些硫含量和铸坯洁净度要求较高的钢种来说，LF处理周期偏长在一定程度上影响了生产顺行。造还原渣是LF处理过程的难点，目前造渣主要依靠操作者的操作技能和生产经验，造渣时间及造渣效果不尽相同。另外，LF造渣过程中升温噪音大，升温效率不稳定、炉渣和烟尘外溢严重，所以，必须优化LF精炼造渣工艺。本文分析了LF精炼造渣工艺。

关键词：LF；精炼造渣；工艺；

LF钢包精炼炉具有保持炉内还原气氛，氢气搅拌，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更好地完成脱硫、脱氧、脱气去夹杂的任务。LF炉通过底部吹氩搅拌，促使钢中杂物聚集上浮，与熔渣接触被吸收，可以精炼和净化钢液；电弧加热过程电极周围空气中的水分子、氮气极易电离而进入钢液使气体含量增加，通过渣层覆盖钢液，可以有效地防止吸入气体，与脱氧制度配合，对夹杂物进行变性和无害化处理。

一、LF造渣现状

1.LF造渣要求。LF造还原渣与钢水罐内温度、冶炼钢种、出钢下渣量、钢水脱氧程度等因素有关，而且LF炉处理完成后，在不增加前道工序脱硫扒渣的处理时间外，要求钢水硫含量和夹杂物含量极低。为达到此目的，要求顶渣具有较高的碱度和较低的氧化性。提前造渣工艺实施后，大多数罐次钢水进站后，顶渣粘稠度满足处理要求，不必再加入精炼渣、萤石等材料，所以此类产品消耗量得到有效降低，利于成本控制。

2.LF造渣手段。LF造渣的关键是渣快速熔化并保证合适的粘稠度。一般来说，转炉出钢后，由于合金化的影响，钢水罐内顶渣碱度有降低的趋势，所以从造渣的需求来讲，需在LF工序加入白灰以满足钢水搬出时顶渣的成分要求。为了达到尽快化渣的目的，一方面通过电极加热，高温状态下促使渣料熔化，另外，需加入一定量的萤石、精炼渣等化渣材料，在底吹氩的搅拌下进行熔化。

二、LF精炼造渣工艺

1.LF炉精炼渣终渣的设定范围。LF炉常用的精炼渣有CaO-CaF2、CaO-SiO2、CaO-Al2O3等渣系，由于CaO-SiO2渣系脱硫能力较弱，并且低碳含铝钢中酸溶铝较高，对渣中有还原作用，因此在低碳含铝钢上难于采用CaO-SiO2渣系，由铝脱氧生成的Al2O3较多，这些产物在精炼渣中可达到10%以上的含量。因此，低碳含铝钢精炼渣也不太可能采用CaO-CaF2渣系，而是更多地倾向于采用CaO-Al2O3渣系，为了使精炼渣具有较好的脱硫效果和有利于对上浮Al2O3等脱氧产物的同化和吸收。常将精炼终渣成分选定在生成区域，并且在该区域精炼渣熔点较低，有利于与夹杂的结合。考虑转炉出钢粗钢水含量较高导致脱氧产物生成量多、钢水含量较低对脱硫不利等因素，确保净化钢水和脱硫的需要。

2.精炼工艺制度的优化配套。在转炉－LF炉－连铸生产流程中，生产节奏都相对较快，一般LF炉处理钢水的节奏允许时间为25∼45min，在短时间内要使精炼渣充分熔化、形成还原性白渣，达到脱硫和吸收Al2O3脱氧产物的目的，就需要充分利用出钢及精炼过程的各种条件为上述反应创造良好的动力学条件。为了获得上述精炼终渣成分，通常需要向钢包中添加含CaO、Al2O3的造渣材料，常用的造渣材料有石灰、铝矾土、废碎耐火砖块、铝酸钙预熔料等。选择造渣材料的基本原则是：一是造渣材料尽可能含有精炼渣所需的各种组分、熔点较低，便于快速成渣，使用铝酸钙预熔料或含P、S较低的精炼渣返回料是较好的选择。二是在不产生粉尘的前提下，尽量避免使用块度大的材料。三是少用或不用在钢水中溶化成渣速度慢的材料。四是来源方便、价格合理、对包衬浸蚀弱和不污染环境的材料，根据钢水含量和脱氧剂用量可以估算出生成的脱氧产物数量，并在统计获得的转炉下渣量基础上，按终渣总量（脱硫和覆盖钢液面需要）和成分要求粗略计算出各种造渣材料用量，然后经过取样分析和修正，就能得到合理的造渣材料用量配比。为了加快成渣速度，为脱硫和吸收及排除夹杂提供足够的时间，采用出钢渣洗是一个较好的方案。在出钢末期加入还原剂对转炉下渣作还原处理。这样，在出钢结束或LF处理初期就能很快形成白渣，对脱硫和吸收夹杂均有利，在钢水经过8∼15min的加热升温后，钢得到了有效的去除，精炼工艺就可转入软吹镇静阶段。从动力学角度看，加快脱硫速度的动力学措施有：一是增加温度。温度的提高可以提高硫在渣中扩散系数。二是加强搅拌。搅拌可以使扩散边际层厚度减小，硫在渣中的扩散系数增大，参与反应的截面积增大。从脱硫看，优化精炼渣组成和改进造渣制度后，钢包渣结块现象消失，脱硫率也提高45%；铸坯和钢水质量得到提高，连铸过程较改进之前更为顺畅。

3.转炉出钢过程中快速成渣技术。一是提前造渣物料的选择。提前造渣的目的是罐内顶渣碱度和稀稠度满足LF处理要求。出钢过程中单一加入石灰，出钢后顶渣易出现变粘和结盖现象，给LF处理带来困难。为此，选择了一种复合球体，此复合球体以价格低廉的石灰筛下料为主，辅以少量碳酸钙和萤石等制作而成，利用CaCO3作为微小气泡的原位生成剂，配加少量萤石保证LF处理时的顶渣粘度。碳酸盐高温分解的气泡有助于钢中夹杂物的去除。CaO能够在钢液中迅速熔化形成渣滴并与钢液中的Al2O3夹杂物形成低熔点钙铝酸盐，并上浮到钢包渣中，从而降低精炼过程中产生的夹杂物。二是提前造渣工艺方法。利用转炉出钢过程中良好的动力学条件，在出钢前后通过合金溜槽向钢水内添加复合球体，球体加入过程中直接受到出钢钢水流的冲击，爆裂反应后释放出富集CaO的有益熔剂，使钢包内钢水与加入渣料充分作用，实现出钢过程的快速成渣，达到低成本生产高洁净度钢水的需求。LF提前造渣工艺是在转炉出钢时加入渣料，提前造成高碱度、具备一定脱硫能力的顶渣，进LF后无需重新再造渣，直接加入铝质材料进行顶渣改质，达到节省LF处理时间，提高LF脱硫效率，提高顶渣去除钢中夹杂物的目的。为保证顶渣碱度，并实现快速脱硫、充分吸附夹杂，出钢时复合球体加入数量的原则通常是以等量CaO形式换算而来的，即保证出钢时加入的CaO总量与原工艺LF处理时加入的CaO总量保持一致。加入的方法是在出钢中前期加入，出钢过程进行全程吹氩，并保证钢水流对准物料流，使其快速熔化。采用新工艺后，顶渣的还原性及碱度能够满足处理钢水的需要。

4.经济效益分析。实施提前造渣工艺后，LF用精炼渣和萤石数量平均每罐减少150kg，按照采购价格每罐钢节省250元以上，折合成吨钢计算能节省1元左右。另外，钢水在精炼处理过程中每分钟自然温降比钢水静止时高1℃以上，缩短精炼处理时间也意味着钢水温降的减少。措施实施后,LF处理时间减少2～3min，LF升温1min需要200元左右（耗电量与电价乘积），此部分每罐钢节省500元以上，折合成吨钢能节省2元左右。

LF提前造渣工艺可行，LF使用化渣材料显著减少，降低了LF工序的渣料成本。采取此工艺后，LF处理时间缩短2～3min，系统温度损失减少，连铸坯洁净度有所提高。提前造渣物料选择以石灰为主，辅以少量碳酸钙和萤石等，出钢后已经成渣，进LF后顶渣稀稠度适中，利于LF处理，一定程度上能减少因渣稀、渣粘处理不当造成的生产质量事故。

参考文献：

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