LF炉钢水炉外精炼工艺研究.doc

L F炉钢水炉外精炼工艺研究冶金074班 刘永 13号【摘 要】本文在实验室对埋弧渣进行试验的基础上。围绕新产品开发，对LF炉精炼工艺进行了工业性试验研究，对精炼渣的使用效果、物流协调模型、钢液温度模型、成分微调模型等进行了研究和总结。关键词 炉外精炼 LF炉【Abstract】Based on laboratory tests on submerged arc on the basis of slag. About new product development, refining technology of LF furnace.Industrial experiments, the use effect of refining slag,logistics,coordination,model,liquid,steel,temperature,model,model,position.Investigate and summarized.Keywords: The secondary refining LF furnace1 前言2 0 0 2年，昆钢为了调整产品结构、提高板管比，建成了板带生产线，包括一条炉卷轧机生产线、一条冷轧板生产线。作为炼钢方面的配套设施，在昆钢三炼钢上了一套双工位 K R法铁水预处理装置 ，一座 L F钢包精炼炉 。一台 1 6 0 0 r am板坯连铸机， 转炉为原来的两座 5 0 t 顶吹转炉。由于转炉公称容量较小当 L F炉配合转炉与板坯铸机生产时，就要求 L F炉要在很短时间内完成升温化渣、成分微调、脱硫、去除夹杂等精炼任务，使钢水温度、成分、夹杂物、 气体等达到钢种要求。因此要充分发挥L F炉的精炼效果。需进行以下两方面的研究 ： ( 1 ) 开发适宜昆钢生产不同钢种的精炼渣配方 精炼渣不仅要具有很强的脱磷、脱硫和吸附夹杂物的能力。还要有很好的工艺性能，能快速成渣，埋弧精炼。 ( 2 ) 研究 L F炉精炼工艺及对工艺参数进行优化，建立多个必要的数学模型，使 L F炉在3 O分钟内充分完成各项精炼任务， 为下工序提供优质钢水并控制生产成本。 2 L F精炼渣的开发及工业性试验2 .1 L F精炼渣的技术关键 2 1 .1 合成渣的作用转炉出钢后。有一部分转炉终渣不可避免的进入钢包经脱氧、 合金化后，钢包渣呈低碱度、高氧化性，这就造成合金回收率降低，钢水氧含量高，钢 中夹杂物难以去除等问题，要解决这些问题就必须对钢包渣进行改质，为精炼操作创造条件。 在转炉出钢过程中或出钢前加入钢包的合成渣要求起到以下作用： ( 1 ) 脱氧，降低炉渣氧化性，提高合金收得率； ( 2 ) 调整渣系组成，形成低熔点渣系，有效吸收钢水中夹杂物，利于钢包清理； ( 3 ) 提高钢包渣碱度 ， 脱除钢水中有害杂质硫 。通过加入合成渣对钢包渣进行改质处理，使渣的组成和性能接近埋弧基渣的要求。在L F精炼过程中，可尽快达到其精炼效果。 2 1 .2 埋弧精炼渣的作用 L F炉利用电极加热来完成均衡温度、脱硫、 脱氧、 去夹杂等精炼任务。要求埋弧精炼渣具有以下作用： ( 1 ) 脱硫 、脱氧 、吸附夹杂 ； ( 2 ) 提高热效率； ( 3 ) 减少对包衬的热侵蚀。依靠炉渣的电阻转换 ，在同样的输入功率下， 减少了电弧功率。电弧功率的减少和电弧被炉渣屏蔽， 都有利于减少炉衬的热负荷； ( 4 ) 降低电极消耗； 泡沫渣有利于渣钢反应，提高钢的内在质量。发泡的炉渣使渣钢界面扩大。有利于脱硫反应进行。 由于泡沫渣的屏蔽，电弧区氮分压显著降低，有利于减少吸氮量。 实际生产过程中，为了解决因转炉和连铸的物流匹配问题必须保证L F精炼时间在 3O分钟以内。因此，快速形成埋弧精炼渣是L F炉实现其冶金功能的关键。 2l .2 精炼渣的开发及应用 按照精炼工艺对合成渣和埋弧渣的要求， 昆钢自主开发了适用于Q 2 3 5钢的合成渣和适用于4 5号钢、 S t l 2钢的埋弧渣。 2 2 1 合成渣在 Q2 3 5上的应用 在Q2 3 5钢种生产中加合成渣进行试验。具体操作为：在出钢过程中加入合成渣 1 0 0 1 5 0 k g 炉，经过吹氩后取渣样进行分析，与没有加合成渣的炉次进行比较， 试验数据见表 1 。 从表 1 可以看出。加入合成渣炉次与未加入合 成渣炉次相比有以下几点变化： ( 1 )炉渣碱度提高 O .4 6 ； ( 2 )渣中( F e O + Mn O) 降低 4 0 5个百分点 ，降低幅度为4 O ； ( 3 )渣中( S ) 含量提高2 .1 倍，L提高 2倍。合成渣的加入起到了一定的改渣作用， 为下一步进行精炼创造了较好的条件。2 2 2 中高碳埋弧渣在45钢上的应用 L F炉精炼 4 5钢的主要作用是： 调整温度和成份、脱硫、去除夹杂。埋弧渣的好坏直接影响L F炉的精炼效果，埋弧效果不好将造成 L F炉热效率降低 ，升温困难， 影响最大的是脱硫和增碳。在试制4 5钢时，采用了所开发的中高碳埋弧渣，并取钢样 和渣样进行分析，见表 2 、表 3 。从表 2 、 3可以看出， 采用所开发的中高碳钢埋弧渣精炼 4 5钢， 脱硫率最高达到 5 0 ，说明埋弧渣的起泡效果好，钢渣反应界面大，在现场可以听到电弧声稳定， 三相电流波动小。从渣子的分析结果可以看出每一炉钢基本都达到了白渣操作( F e O+ Mn O) 1 ，各组分也在控制范围内， 达到了预期效果。从表 4可以看出采用所开发的低碳钢埋弧渣精炼S t l 2 ，增碳量很小或不增碳。在试制 S t 1 2过程中，由于炉机不匹配， 第一炉精炼时间较长往往会造成增碳，但连浇炉情况就比较好。现场所观察到的埋弧情况很好，低碳钢埋弧渣满足了生产要求。 3 L F炉精炼工艺研究 3 1 L F炉钢液温度数学模型 3 .1 .1 出钢温度和 L F炉 出站温度模型连铸钢水的浇铸温度，一般是指中间包内的钢水温度，适宜的浇铸温度是连铸顺行和获得合格钢坯的重要工艺参数之一。中间包钢水温度取决于L F炉出站温度和过程温降，而出站温度又受钢温度的影响。 要得到合适的浇铸温度。且尽可能减轻L F炉升温负担的情况下，关键是要根据所生产的钢种。 确定合适的转炉出钢和钢水离开精炼站时的目标温度。为保证连铸钢水温度稳定，过热度与拉速匹 配 ，要最大限度的使钢水在出L F炉精炼站时温度在目标值范围内。在实际生产中， 转炉出钢温度和钢水离开L F炉精炼站温度允许波动 1 OC。开浇第一、二炉由于炉机匹配问题和中包存在较大的温降，在出钢和出站温度还要更高一些。根据以上温度变化的分析在新产品开发过程中，针对不同钢种的成分要求和工艺路线，计算和统计了生产各工序的温降。确定了各钢种在不同阶段的目标温度。 3 1 2 L F炉升温数学模型 在 L F炉处理时间满足多炉连铸要求，保证产品性能的成分微调，满足钢液纯洁度的要求条件下 还要保证钢液温度满足连铸工艺的要求，根据钢液升温的目标值，确定 LF炉电弧加热制度。 L F炉钢液温度数学模型是按照能量守恒定律，并以每包钢水重量为基础来建立数学模型。 即： Q 入 = Q出+ Cp, m T 热量收入项目有： ( 1 ) 钢液物理热； ( 2 ) 电弧加热； ( 3 ) 渣金反应和成渣热； ( 4 ) 合金氧化的热量。 热量支出项目有： ( 1 ) I F 炉炉盖和炉壳散热；( 2 ) L F炉气带走热量。 在实际生产中，由于受到渣料加人数量、钢包状况、风机开度等条件的影响， 使用起来很不方便。 现场需要一种能够更快、 更简便确定加热制度的公式，便于指挥生产， 因此采用统计方法,收集加热时间、加热档位和升温的数据，对这些数据进行回归分析，在加热时间在 l 5分钟内， I F炉升温数学模型可以采用下式进行计算： T = 25 -2D+1 .8 t 式 中： D 升温档位 ； c 升温时间 ： T- 升温值 ，。 在现场也可采用更简洁的公式 ： AT =( 1 0 - D) t 升温时间在 l O分钟， 采用中问档位时， 目标温度与实际温度可控制在 1 0 。可以根据进站温度快速确定加热所需梢位和加热时间，通过以上两个公式 ，能够准确控制 I F炉的温度。 32 铝的回收数学模型钢中要求含有一定量的 A l s ( 铝在钢中的有益部分是酸溶铝， 也叫 A l s ) ， 但是由于A l 和氧的亲和力非常强， Al 的回收受到钢中氧含量、钢包渣量、加入方式等条件的影响。如何在很短的精炼时间内保证 A l的回收和稳定 A l s含基是成功开发如S P CC、S t l 2的关键。 为了提高A 1的收得率.在脱氧工艺上采用两步脱氧法即在转炉出钢时采用硅钙钡、铝锰铁、少量铝铁进行脱氧合金化 ，使硅、锰、钙等元素参与脱 氧，形成大型复合脱氧产物上浮。第二步在 L F精炼炉加入铝铁进一步脱氧， 同时提高钢水中的 A l s 含量。在工艺上主要采取了以下几个措施来保证A l s 的稳定回收。 ( 1 ) 冶炼 S t l 2钢时， 铁水全部通过 K R法脱 S 预处理 ，使用优质废钢 ； 进一步提高炉长的操作水平 ， 提高终点命中率 ， 减少拉后吹；对拉后吹严重的炉次，出钢前在炉内加入适量的改渣剂 ，有效地降 低了终渣 F e O含量和氧含量。 ( 2 ) 使用新型挡渣锥挡渣， 挡渣成功率大于9 0 ，使流入钢包中的渣大大减少。 ( 3 ) 使用钢包调渣剂，降低钢渣中F e O含量。 ( 4 ) 连铸采用无氧化保护浇注技术，从大包覆盖剂、中包覆盖剂、长水口到结晶器保护渣以及长水口、塞棒、下水口、 滑板 A r 气保护，做到钢水不被二次氧化，减少Al s 在浇注过程中的损耗和 A L2O 3的生成量。 通过采取以上措施，使得 S t l 2的脱氧合金化操作逐步稳定下来 通过回归得出。 不同进站氧活度时A l s的回收率计算公式为： Y=5 6 .2 2 4 0.1 9 41 X 式中： Y A l s回收率： X 进站氧活度。 生产中可以在 L F炉一次加入铝铁命中， 减少了定氧次数，降低了成本。S t 1 2钢中的A l s 平均达到了0 0 6 ，由于 A l s 含量稳定提高，进一步提高铸坯质量， 满足下一道工序的要求。 3 3 物流协调模型 当连铸坯断面尺寸确定后。 连铸机拉速决定了炼钢过程物质流量的大小， 炼钢厂物流与精炼装置的物流量，应实现工序间流量协调，其数学模型为： Q bof= Q rlf= Q c 式中： Q bof 一 转炉每分钟出钢量， t mi n ； Q rlf 钢水精炼装置的出钢量，t m i n ； Qc 连铸机平均出坯量。 t m i n 。 在实际生产中。 特别是在组织大板坯生产时往往不能满足公式的要求。转炉的冶炼周期为3 1分钟， L F炉精炼周期为 2 5分钟，大板坯主要浇铸断面为 2 0 0 mm 1 3 0 0 m m、 2 0 0 mm 1 5 2 0 m m。在浇铸1 3 0 0 m m断面时拉速为 1 2 m m i n ， 1 5 2 0 mm断面时拉速为 1 .1 m mi n 。这样可以计算 ： Qbof= 5 0 3 1=1 6 1 t m i n Qrlf = 5 o 2 5=2 0 t m i n 2 0 0 mm 1 3 0 0 m m断面： Q c = O 2 x 1 3 x 1 2 x 7 8 6=2 4 6 t m i n 2 0 0 m mx 1 5 2 0 m m断面： Q c = O 2 x 1 .5 2 x 1 1 x 7 8 6=2 .6 3 t m i n 从上可看出Q c Q rlf Q B 0 F ， 连铸能力大于精炼能力和冶炼能力，而且连铸再降低拉速将会影响铸坯质量。因此，在目前只有一座精炼炉的生产条件下 ， 如何进行生产组织管理，使连铸机尽可能多炉连浇。 也是非常关键的个环节。 根据钢水在钢包中的温降规律和各环节的周期。采用了转炉先冶炼出3炉钢 ，第一炉先进L F炉精炼，转炉冶炼第四炉钢时， 精炼第一炉上连铸。 浇1 3 0 0 mm断面时浇铸周期为 5 0 2 .4 6 = 2 0 3 m i n ， 精炼炉精炼周期可以保证与连铸周期一致甚至更短， 这样可以连浇 6炉钢，如第 6炉钢采用另一个转炉接 。可连浇8炉。浇 1 5 0 0 mm断面时，可连浇6炉。 通过不断协调摸索，生产S t l 2时，连浇炉数达到7 1 炉， 取得了较好的效果。 4 技术经济指标完成情况 在转炉一 L F炉精炼一 连铸工艺上先后开发了4 5钢、S P C C 、S t l 2 、B L 2 、3 0 Mn S i 等钢种。取得了较好的效果。统计通过L F炉精炼的3 9 2 2炉，各项技术经济指标完成情况为：电极消耗 O 3 8 kg/ t 钢。 精炼电耗 3 6 5 9 k w / d t 钢， 耐火材料消耗 2 5 7 kg/t 钢。 平均精炼通电时间 1 1 .9 6 m i n 。 正常情况下L F炉脱硫率一般在2 0 5 0 如果进站硫含量高时， 脱硫率可超过 6 0 ，精炼钢种命中率为 1 0 0 。 5 结论 ( 1 ) 所开发的合成渣、 低碳钢埋弧渣、 中高碳钢埋弧渣通过在各钢种上应用，达到了预期效果。 开发获得了成功。 ( 2 ) 建立的L F炉钢液温度数学模型。 对新品种的开发起到了很好的指导作用，满足了生产需要。 ( 3 ) 建立的A l s回收数学模型， 提高和稳定了钢中A l s 含量，为昆钢冷轧板品种的开发创造了良好的基础