迅速造白渣工艺.doc

LF炉精炼快速造白渣工艺研究与实践徐志成（二炼钢研究室）摘要：根据第二炼钢厂LF炉精炼造渣工艺的特点，利用炉渣组元CaO、SiO2、Al2O3、CaF2进行分析研究，制定出合理的渣系配比和快速造白渣制度，尽快形成炉内还原性气氛。通过实践取得了稳定的脱硫、脱氧效果，成分和温度控制精度较高，充分发挥了LF炉精炼的效果。关键词：LF炉 精炼 白渣1 前言随着用户对钢材质量的要求越来越高，LF炉精炼作为提升钢材质量的手段得到了迅速的发展。在LF炉精炼过程中，通过合理快速的造白渣，尽快营造出炉内稳定的还原性气氛，可以达到脱硫、脱氧的目的，可以吸收钢中的夹杂物以及控制夹杂物的形态，可以精确控制成分；通过形成的白泡沫渣，埋弧效果好，热效率高，减少了耐火材料侵蚀。我厂在原有造渣工艺的基础上，制定出如何快速造白泡沫渣，控制好埋弧、脱硫、脱氧、精确控制成分和温度等主要精炼环节，充分发挥LF炉精炼效果尤为重要。2 主要设备基本参数钢包运输车：行走速度 220m/min，最大载重量 180t。加热装置： 电极直径 400mm，电极最大行程 2700mm，电极分布圆直径680mm，升温速度 46/min。电炉变压器：额定容量 18000KVA，一次电压 35KV，二次电压 335-295-235V，二次额定电流 35.23KA。氩气系统： 供气压力 1.2MPa，工作压力 0.251.0MPa。冷却水系统：工作压力 0.40.6MPa，回水压力 0.20.3MPa，进/回水温度 32/55。3 精炼快速造白渣工艺制定3.1 转炉渣对精炼造渣的影响3.1.1 渣中碳粒对精炼造渣及钢中碳含量的影响冶炼中、高碳钢时，在转炉出钢合金化的过程中，由于加入增碳剂，有部分碳粒混入钢渣中，且加入顶渣后温降较大，使熔渣变稠甚至硬化结壳。其结果导致就位成分碳含量不准确，并且熔渣中的碳粒参与脱氧，由于熔渣中的碳粒难以量化，使得造渣过程中脱氧程度难以控制。为了解决这一问题，采用钢包在线吹氩，增加碳粉的回收率，钢包进入LF位后增加供氩气强度，确保混入熔渣中的碳粒完全熔化。3.1.2 转炉下渣对精炼造渣的影响转炉出钢过程中下渣时，炉渣受钢流的混冲乳化起到了充分氧化钢液（消耗脱氧剂和铁合金）的作用。到精炼的运输过程中对钢包中钢液起到长时间的氧化作用，使钢成分、脱氧元素不断变化。这种原始渣氧化性强，炉渣氧势高且渣中SiO2含量较高、碱度低，给LF精炼脱氧造成极大危害，造渣时间延长。在LF精炼过程中发现钢包内转炉下渣渣层厚度小于50mm时，可迅速化渣，送电47后熔渣便能获得良好的流动性，也具有良好的埋弧效果，熔渣SiO2含量也较少，精炼过程熔渣粘度变化小，能较早形成白渣。因此搞好转炉出钢末期的挡渣，下渣量大时进行炉后扒渣，尽可能减少转炉渣进入钢包是发挥LF精炼作用、迅速造白渣的前提。3.1.3 转炉加顶渣对精炼造渣的影响为减轻LF炉负荷，将部分造渣及改质材料的熔化及脱氧任务转移到转炉中完成成为一种趋势。我厂采用在转炉出钢时向钢包配加顶渣，利用钢水动能及钢水显热将顶渣部分熔化，并进行终渣预脱氧。通过一定强度的吹氩搅拌，确保钢包渣熔化，减少了在LF炉加入的渣量，缩短了LF炉化渣时间。从渣样的对比可以看出，加入的顶渣对钢包内原始渣起到改质及预脱氧的作用，碱度提高，氧化性降低。钢包到LF位后，加入其余石灰、精炼剂、萤石等渣料，增加氩气流量，在进行加热前保证精炼渣基本形成，LF炉加热造渣期间进行渣的脱氧和调整渣的碱度、流动性，确保在前期尽快形成白渣。3.2 合理的精炼渣系3.2.1 LF精炼目标渣系的选择炉渣的精炼能力决定于炉渣的化学性能和物理性能。为确保炉渣尽快形成，具有良好的流动性、发泡埋弧作用、脱硫及吸附夹杂物的能力，根据生产实践和研究资料介绍，我厂选择LF炉精炼目标渣系如表1所示：表1 LF炉精炼目标渣系 （%）CaOSiO2Al2O3CaF2MgOFeOMnOR4555102012207125100.70.32.93.63.2.2 炉渣碱度对精炼造渣的影响随着炉渣碱度的提高，CaO活度提高，脱硫能力增强。但是随着碱度的提高，特别是第二批CaO的加入，炉渣的流动性降低，不利于精炼的化渣，因此应控制炉渣碱度在适当的范围，经实际生产中取渣样分析，碱度控制在3.2左右。3.2.3 炉渣中Al2O3对精炼造渣的影响 由于渣中Al2O3是两性氧化物，在碱性还原渣中Al2O3呈酸性，当渣中Al2O330%时，随着渣中Al2O3含量的提高，炉渣的熔点降低，流动性提高，有利于化渣。但随着渣中Al2O3含量的提高，对于吸附钢中Al2O3基夹杂物不利。因此要获得良好的冶金性能和物理性能，即渣中应添加一定量的Al2O3，使其含量控制在一个适当的范围。3.2.4 炉渣中CaF2对精炼造渣的影响渣中含有一定量的CaF2能帮助化渣，是良好的助熔剂，并且短时间内可以改变炉渣的流动性。但萤石用量过多时，炉渣变稀,会破坏包衬，并且不利于夹杂物的去除，因此应控制CaF2在一个合适的范围。3.2.5 熔渣氧化性对精炼造渣的影响炉渣的氧势对脱氧过程影响极大，氧势越低，脱氧速度越快。而降低炉渣氧势的可靠措施就是降低炉渣中（%MgO+FeO）含量和提高碱度。在这种脱氧制度下，渣中MgO、FeO这些不稳定氧化物向钢液中扩散供氧反应成为可能，在白渣化差的情况下钢中氧含量回升以被现场定氧证实，同样LF处理过程中硅元素降低损失也说明了这一点，只有提高炉渣碱度，尽早使炉渣白渣化，才能抑制这一供氧反应的进行。因此为尽快营造出LF炉的还原性气氛，渣中（%MgO+FeO）含量越少越好，通过转炉挡渣出钢可以避免大量氧化性炉渣进入钢包内，从而降低炉渣氧化性是LF炉迅速造白渣的前提。3.3 合理的渣量选择稳定埋弧的渣厚应100mm（因弧长为7090mm），而转炉下渣渣层厚度为2050mm，因此要求新加渣料量厚度至少在5080mm。钢包内熔渣面积5.3，熔渣密度2.6g/cm3，新加渣料量应为为6901100kg，充分考虑泡沫渣工艺特点，渣量应适当减少，因此新加渣料量控制在6001000kg。根据以上计算及实际渣系成分确定新加渣料总量为900kg（包括转炉顶渣、石灰、精炼剂、萤石、脱氧剂），根据生产实践，埋弧效果较好。3.4 脱氧剂的选择根据不同的精炼钢种，我厂主要采用的脱氧剂有：电石、碳化硅、硅钙粉、硅铁粉、铝灰、铝粒。3.5 LF精炼造渣工艺流程转炉出钢加顶渣 钢包到位加第二批渣料 送电加热加脱氧剂造白渣、保白渣。4 技术效果4.1 造渣情况4.1.1 通过跟踪中、高碳类钢68炉次的情况，送电6分钟后，炉渣完全化透，取渣样成分如表2：表2 实际生常中炉渣的渣样成分 （%）项目CaOSiO2Al2O3CaF2MgOFeOMnO变化范围45.256.814.119.611.621.16.19.85.610.60.210.890.040.36平均值50.1817.1214.688.017.780.810.16送电10分钟后取渣样成分如表3：表3 实际生常中炉渣的渣样成分 （%）项目CaOSiO2Al2O3CaF2MgOFeOMnO变化范围46.854.613.218.812.820.24.28.96.112.10.180.820.010.29平均值49.6615.2815.526.868.820.480.08通过对渣样的统计分析，基本达到预定的目标值。4.1.2 通过采用转炉出钢加顶渣并对炉渣进行预脱氧，钢包到位后加第二批渣料，并增加氩气搅拌强度，缩短了化渣时间和造白渣时间，新旧工艺对比效果如表4：表4 新、旧工艺化渣、造渣效果对比 （min）项目新工艺精炼化渣旧工艺精炼化渣新工艺精炼造白渣旧工艺精炼造白渣单炉时间1.04.83.622.84.210.66.726.8平均时间2.979.556.7214.324.2 氧控制情况随机统计了40炉次中、高碳钢精炼造渣工艺更新前后的钢材全氧含量情况，统计分析表明，全氧含量大大降低（平均降低10.8ppm），统计结果如表5：表5 新、旧工艺全氧含量对比 （ppm）项目新工艺旧工艺全氧含量16322256平均全氧含量23.839.64.3 脱硫效果通过跟踪中、高碳类钢68炉次的情况，统计分析表明，LF炉的脱硫能力较以前（脱硫率66.8%）有所增强，统计结果见表6：表6 脱硫效果 （%）项目到站出站脱硫率变化范围0.0110.0260.0010.01255.587.6平均值0.0180.00478.24.4 成分和温度控制精度通过跟踪中、高碳类钢68炉次的情况，LF炉对成分和温度控制精度能够满足工艺要求，统计结果见表7：表7 成分目标值（%）和温度目标值（）控制精度CSiMnAl微合金元素温度0.010.020.