转炉合成渣洗作用.doc

合成渣洗的作用北京科技大学案例：转炉合成渣洗工艺对45钢纯净度的影响渣洗是获得洁净钢的最简便的精炼手段。将事先配好（可在专门炼渣炉中熔炼）的合成渣倒入钢包内，借出钢时钢流的冲击作用，使钢液与合成渣充分混合，降低钢中的硫、氧和非金属夹杂物含量，进一步提高钢水质量。合成渣有固态渣和液态渣之分，一般转炉钢水多用固态渣1。目前国内中小型炼钢厂主要以经验炼钢为主，终点波动较大，由于钢水氧活度波动较大，出钢时脱氧剂加入量控制难度较大。杭钢转炉炼钢厂有四座40t的小转炉，炼钢生产节奏快，而精炼主要采用是LF钢包精炼法，精炼周期长于转炉炼钢周期，矛盾之处在于提高产品质量与生产周期匹配。而目前一般的合成渣洗料只具备钢包渣改性（提高碱度、改善炉渣流动性等）而不具备脱氧等功能。通过对合成渣洗料和合成渣洗工艺的研究，达到去除非金属夹杂物、脱氧、脱硫、缩短LF精炼通电时间的目的，解决了转炉冶炼时间和LF炉精炼时间不匹配的问题。本文主要研究了合成渣洗工艺对45钢纯净度的影响。1 转炉出钢渣洗用合成渣料的研制 为达到试验目的，合成渣洗料的选择至关重要，要达到提高产品质量，缩短LF精炼时间，甚至减少LF精炼环节，所研制的合成渣洗料已应具备净化钢液作用、钢包渣改质作用、脱氧、脱硫作用以及升温作用。根据上述四个要求，进行合成渣料配方试验。通过多次试验摸索，确定主要成分为w(Al2O3) =25%-35%，w(SiO2)= 3%-7%，w(MgO)=2%-5%，w(CaO)= 45%-55%，发热剂等，以该组成分进行了多次试验，基本能够满足以上要求。（1）钢包渣改质作用当加入合成渣料后，渣中w(Al2O3)的升高直接导致炉渣性质发生变化。此外，由于渣洗过程中扩散脱氧的作用，炉渣中w(FeO)有一定下降，这为精炼工序LF炉造白渣快速脱硫提供了有力的热力学条件，有效缩短造渣时间，使LF炉精炼时间与转炉冶炼时间得以匹配。通过对钢包渣的改质，甚至可减少LF精炼环节。进行了14炉直上45钢（直上是指合成渣洗后不经其他精炼炉直接上连铸平台，后同）合成渣洗试验，成品成分和性能全部合格。（2）脱硫作用合成渣料是利用转炉出钢过程中高温钢水强大的冲击搅拌能形成高碱度、低熔点熔渣对钢水产生“渣洗”效果。利用“渣洗”过程中液态高碱度脱硫熔渣与钢水的重度差，促使熔渣在与钢水充分接触的同时，不断从钢水内部上浮析出，形成对脱氧、脱硫钢水的“过滤”效果，捕捉产生的脱氧及脱硫产物，促进钢中夹杂物改质，达到净化钢水的目的2。图1为直上45钢合成渣洗后的硫含量，由图1可知，通过合成渣洗后，钢水中硫含量平均由0.0314%降到0.0224%，不需走LF精炼环节，钢水硫含量均满足成分要求（内控标准wS0.030%）。图1合成渣洗前后钢水硫含量Fig. 1 sulfur content in liquid steel before and after slagging（3）升温作用合成渣料中配有发热材料，以补偿渣洗过程中钢水的温降。将试验期间17炉次的出钢温降示于图2。由图2可见，合成渣洗料中配入的发热材料基本可以补偿渣洗过程造成的钢水温降。14炉次合成渣洗试验中出钢温降平均为93，与3炉未合成渣洗的平均出钢温降相同，升温效果明显。图2合成渣洗对出钢温降的影响Fig. 2 Influence of slagging on the temperature drop during tapping2 合成渣洗对钢水纯净度的影响2.1 试验工艺及分析采用40t顶吹转炉合成渣洗底吹氩搅拌方坯连铸工艺生产45钢。转炉出钢时随钢流加入合成渣洗料200kg，要求包底有钢水时即加入，0.5min内加完。在进行合成渣洗试验中选取三炉次，在合成渣洗前和合成渣洗后分别用提桶取样器取样，正常浇铸后，取铸坯试样，铸坯断面150mm150mm，拉坯方向取30mm。在桶样1/2高度下切取两根5mm30mm小圆柱体用作全氧、氮分析，再切取一块15mm15mm15mm的金相样。距铸坯宽度方向的中心线20mm、厚度1/4处，沿内弧到外弧方向切取一块15mm15mm15mm的金相样。距铸坯宽度方向的中心线20mm、厚度1/2处，沿内弧到外弧方向切取5mm50mm小圆柱体一根用作全氧、氮分析，剩余试样作大样电解分析。另外在未进行合成渣洗两个炉次取相同铸坯试样做全氧、氮分析、金相分析和大样电解分析。 2.2 TO、N分析结果在钢液中，TOO溶解O结合，当钢液脱氧后，与溶解在钢中的元素相平衡的溶解氧是很低的。O结合是以内生和外来夹杂物的形式分布于钢中的。脱氧后钢中的溶解氧波动不大，因此可以用TO来代表钢中夹杂物的水平。图3所示为各合成渣洗样品在不同工序间（渣洗前、后和铸坯）全氧含量的变化。图3合成渣洗不同工序全氧含量变化Fig. 3 Change of oxygen content in different procedure with synthetic slag从图3，统计3炉渣洗前全氧含量平均为0.0174%，全氮含量平均为0.0042%。渣洗后全氧含量平均为0.0100%，比渣洗前平均减少42.53%，降低幅度最大的是4-720炉次，降低了50.57%；铸坯中全氧含量平均为0.0063%，比渣洗后平均减少37.00%，降低幅度最大的是4-720炉次，降低了47.69%。全氧含量呈明显的下降趋势，主要是因为合成渣洗具有净化钢液的作用。由于出钢过程在钢流和吹氩的冲击作用下，合成渣料很快乳化，这样不但钢中原有的夹杂很快与乳化的渣滴碰撞，被渣滴吸附而上浮，而且乳化的渣滴也促进了二次反应产物的排出，从而使成品钢中的夹杂数量减少。为了对比合成渣洗工艺净化钢液的效果，图4所示为合成渣洗工艺与未渣洗工艺对铸坯全氧含量的影响。图4合成渣洗对铸坯全氧含量的影响Fig. 4 Influence of synthetic slag on total oxygen content in slab从图4可知，合成渣洗后铸坯中的全氧含量有所降低，未合成渣洗的铸坯试样中全氧含量平均为0.0085%，合成渣洗后铸坯试样中全氧含量平均为0.0063%，比未合成渣洗的铸坯试样降低25.88%，合成渣洗工艺净化钢液效果明显。2.3铸坯大样电解试验分析结果铸坯中不同粒径大样电解夹杂物的含量统计结果见表1。表1 铸坯中大颗粒非金属夹杂物分析结果Table 1 Content of large-sized non-metallic inclusions in slab 样品编号样重/kg夹杂总量夹杂物粒径分级工艺条件样号mgmg/(10kg)300mmg/(10kg)%mg/(10kg)%mg/(10kg)%mg/(10kg)%未渣洗1-8531.721.37.563.4946.154.0753.85未渣洗3-10362.042.411.763.4329.177.3562.500.988.33渣洗31-6622.1714.61.3830.003.2370.00渣洗42-7201.810.73.861.1028.572.7671.43渣洗42-7301.160.86.893.4550.003.4550.00从表1可知，未合成渣洗的两块铸坯试样大颗粒夹杂物含量平均为9.66 mg/(10kg)，合成渣洗的三块试样大颗粒夹杂物含量平均为5.12mg/(10kg)，采用合成渣洗工艺后铸坯中大颗粒夹杂物含量平均减小47.00%。铸坯中大颗粒夹杂物形貌如图5所示。由表1和图5可知，采用合成渣洗工艺后，铸坯中大颗粒夹杂无论从含量还是从数量上都明显减少。这是因为渣洗过程中形成的高碱度、低熔点熔渣与钢水充分接触，使大颗粒夹杂物更容易被熔渣吸附和上浮。而且经过渣洗，炉渣中w(FeO)有一定下降，使炉渣造成钢水二次氧化形成的大颗粒夹杂物数量有所减少。(a)试样1-853；(b)试样3-1036；(c)试样31-662；(d)试样42-720；(e)试样42-730图5 铸坯中大颗粒夹杂物形貌Fig. 5 Morphologies of large-sized inclusions in slab2.4显微夹杂物形貌合成渣洗前金相试样中主要是硅铝酸盐复合夹杂，其中有部分夹杂含有TiO2，试样中有很多CaO-SiO2-Al2O3-TiO2和MnO-SiO2-Al2O3-CaO-TiO2夹杂，而且尺寸较大，一般为50m左右，有的夹杂尺寸甚至超过300m，夹杂物形貌如图6所示。合成渣洗后明显的变化是：由于合成渣洗工艺的脱氧和净化钢液作用，使夹杂物尺寸总体上变小，尺寸多为5m10m，而且试样中出现了MnS夹杂、钙铝酸盐和MnS的复合夹杂，夹杂物形貌如图7所示；铸坯中的夹杂物种类和尺寸与合成渣洗后变化不大，只是多了结晶器卷渣造成的含K的夹杂物，这类夹杂尺寸偏大，有的超过50m。 (a)、(b) CaO-SiO2-Al2O3-TiO2夹杂物;(c)、(d) MnO-SiO2-Al2O3- CaO-TiO2夹杂物图6 合成渣洗前钢水中夹杂物的典型形貌Fig. 6 Typical morphologies of inclusions in liquid steel before slagging(a) MnO-SiO2-Al2O3- CaO-TiO2夹杂物；(b) MnS夹杂物；(c) CaO-Al2O3-SiO2-MnS夹杂物图7 合成渣洗后钢水中夹杂物的典型形貌Fig. 7 Typical morphologies of inclusions in liquid steel after slagging3 结论（1）渣洗后钢水全氧含量平均为0.0100%，比渣洗前平均减少42.53%；铸坯中全氧含量平均为0.0063%，比渣洗后平均减少37.00%。采用合成渣洗工艺后铸坯中的全氧含量有所降低，全氧含量平均为0.0063%，比未合成渣洗的铸坯全氧含量降低25.88%，合成渣洗工艺净化钢液效果明显。（2）未合成渣洗的两块铸坯试样大颗粒夹杂物含量平均为9.66mg/(10kg)，合成渣洗的三块试样大颗粒夹杂物含量平均为5.12mg/(10kg)，采用合成渣洗工艺后铸坯中大颗粒夹杂物含量平均减小