100tLF炉精炼技术的开发与应用

【摘 要】对LF精炼渣脱硫、脱氧技术理论和埋弧精炼基本方法进行了分析。介绍了100tLF炉精炼渣脱硫、脱氧和埋弧精炼技术的开发过程及应用效果。采用所开发的上述技术，能够批量生产[S]≤8×10-6的超低硫钢和T[O]≤15×10-6的低氧硬线钢，并实现了LF炉全程埋弧精炼。

【关键词】LF；精炼渣；埋弧精炼

0 前言

由于LF炉具有优良的精炼功能，目前不仅在电炉钢厂而且在转炉钢厂得到了广泛的应用。青钢为实现由普钢向特钢的快速转变，在一系列技改项目中匹配了四座100tLF精炼炉，现已顺利投产使用。根据试生产情况，技术人员在短时间内成功开发了石灰配合成渣技术及使用含碳脱氧剂进行脱氧工艺技术。使该精炼炉为新品种钢的开发发挥了巨大的作用。

1 工艺流程

工艺流程：转炉出钢―钢包到站―吹氩―测温―取样 ―进LF工位―加石灰、合成渣―下电极加热― 脱氧、造渣、提温―测温、取样―成分微调―喂丝―软吹、出站。

主要脱氧剂：电石、碳化硅、碳粉、硅钙粉、铝粒、硅钙线、铁钙线、铝线。

2 理论依据与生产实践

2.1 石灰与精炼渣成分见表1

2.2 理论依据与工艺实践

2.2.1 迅速造渣分析及效果

熔渣的矿物组成主要由12CaO7Al2O3、3CaOAl2O3、CaOAl2O3、MgOAl2O3等组成，渣中次要物相是硅酸钙类矿物。在精炼过程中随着石灰和合成渣中CaO溶解量的增多，铝酸钙类矿物的形式在变化，前期渣以12CaO7Al2O3为主，后期渣以富氧化钙的3CaOAl2O3为主。12CaO7Al2O3和3CaOAl2O3均为低熔点物质，并且与CaOAl2O3、2CaOSiO2形成低熔点共晶物，因此成渣速度快，能在较短的时间内获得流动性能良好的脱硫渣系。生产实践表明，石灰与合成渣按一定比例配加后，迅速化渣、平均在3.8分钟内化透。

2.2.2 脱硫技术开发及应用

根据热力学计算及试验[1]，结果表明，温度为1600℃时，精炼渣的组成为CaO：60%～70%、SiO2：5%～10%、Al2O3：16%～25%，硫分配比可达500～700，因此高碱度有利于脱硫。渣中Al2O3在高碱性渣中虽然显酸性，但其酸性较弱，仅为渣中SiO2的1/3，渣中Al2O3为助熔化渣，增加脱硫的热力学条件优势更强。渣中FeO含量增加，不利于脱硫，因此转炉采用挡渣出钢控制下渣量，LF炉加脱氧剂迅速造还原渣是保证高脱硫率的有力措施。精渣中MgO含量在5%～8%，与SiO2形成低熔点共晶物，起助熔化渣作用，并可保护Mg-C砖包。在LF炉处理过程中，吹氩搅拌为脱硫提供比较好的动力学条件。实践证明，吹氩搅拌强度对脱硫效果有很强的影响，随着吹氩强度的提高，脱硫效果明显提高，但吹氩强度太大，反而不利于脱硫，吹氩搅拌时以钢水不钢液面为基准。

2.2.3 吸附夹杂物技术开发及应用

1）铝（硅）镇定钢中存在的夹杂物主要是Al2O3型的，因此需要将精炼渣成分控制在易于去除Al2O3夹杂物的范围。精炼渣对Al2O3的吸附能力可以通过降低Al2O3活度和渣熔点以改进Al2O3的传质系数来实现。因此可以通过Al2O3-CaO-SiO2三元系相图来讨论[2]，降低Al2O3活度被认为更重要，精炼渣成分应接近CaO饱和区，Al2O3的活度变小，可获得较好的热力学条件，但由于熔点较高，吸附夹杂效果并不好，当精炼渣处于低熔点区域时，吸附夹杂物能力增加，但热力学平衡条件恶化。解决办法是将精炼渣成分控制在CaO饱和区，并向低熔点区靠拢。即控制精炼渣中Al2O3含量在12%～20%。生产含Al钢时，可根据钢种对Al含量的要求喂入适当的铝线，以精确控制Al的成分，同时可喂入铁钙线，以保证钢水中有合适的Ca/Al比。

2）生产低氧钢的主要工艺措施包括：①尽可能脱除渣中FeO、MnO，使顶渣保持良好的还原性。②使渣碱度控制在较高程度，防止精炼渣中SiO2还原；经取样化验平均渣碱度控制在3.5左右。③采用CaO -Al2O3系渣，并将精炼渣成分调整到易于去除Al2O3夹杂物的范围。④合适的搅拌强度。为防止炉渣卷入和钢水，一般采用较弱的搅拌方式。

目前使用的主要脱氧剂：电石、碳化硅、碳粉、硅钙粉。在LF炉精炼过程中，加入一定量的脱氧剂，造白渣，经取大量渣样化验，渣中FeO+MnO

2.2.4 LF炉埋弧精炼技术

泡沫渣埋弧加热技术对提高LF炉电气的加热设备的热效率、延长炉衬寿命等方面效果显著。泡沫渣是气―渣乳化液，当熔渣温度、表面张力及粘度等物性条件适宜，同时在熔渣中存在弥散分布的气泡时，气泡弥散滞留于炉渣中，形成了泡沫渣。泡沫渣形成决定于两个因素：一是，具有一定储泡能力的基渣，二是，有弥散的气泡产生。因此在气泡存在时，合适的熔渣组成、适宜的物性是气―渣能充分乳化、熔渣能储泡的关键。目前精炼炉的渣系及碱度，为形成储泡能力的基渣创造了良好的条件。弥散的气泡是在氧化铁含量较高的氧化性炉渣中，利用渣层内碳氧反应提供大量CO气体作为气源使熔渣发泡的。目前常用的发泡剂主要有碳粉、电石、碳化硅。在精炼炉的化渣过程中，加入一定量的碳粉、电石、碳化硅，参与脱氧，生成CO气体，已经达到造泡沫渣的要求，对提高LF升温速度并对包衬具有保护的作用。

3 结语

3.1 开发了石灰配合成渣技术，经2000余炉次统计，平均脱硫率71.8%，最低硫含量为6×10-6。

3.2 经过生产实践，转炉加顶渣后，精炼炉配一定数量的合成渣，成渣速度快，分批渣料加完3分钟后完全熔化，有利于埋弧及精炼效果的快速实现。

3.3 用电石、碳化硅、碳粉做脱氧剂，渣子发泡性好，提高LF升温速度、减少电极消耗及电量消耗并对包衬具有保护的作用。在转炉沉淀脱氧的基础上，用一定量的电石、碳化硅、硅钙粉作脱氧剂，能满足T[O]≤15×10-6低氧硬线钢的生产需求。

3.4 喂入适量的钙线和铝线，使其Ca、Al达到钢种的要求，已满足含Al钢的生产需求。

【参考文献】

[1]Fruhan R J. The Thermodynamics and Process Dynamics of Ladle Furnace Refining Processes. Electric Furnace Conference Proceedings， 1984：185.

[2]Byeonghoon Yoon， Kihang Heo. Improvement of Steel Cleanliness by Controlling Slag Composition.The 6th International Conference on Molten Slags，Fluxes and Salts，2000.