摘要：LF炉精炼是目前重庆钢铁公司高级品种钢生产的关键技术之一，目前重钢LF 炉使用的精炼渣配方单一，限制了LF炉在高级品种钢生产中优势作用的充分发挥，不能满足品种钢生产的需要。近年来许多钢厂采用LF炉生产低碳含铝钢，如08Al、ML08Al钢种，常反映出钢水脱硫效率较低、铸坯夹杂总量较高、脆性夹杂较多、钢水增氮较多等问题，但是，要充分发挥精炼渣的作用，必须针对不同的钢种，合理设计精炼渣成分，并且在精炼渣的加入制度、LF精炼炉操作工艺方面协调配合，才能达到预期效果。
关键词：LF 精炼; 含铝钢; 渣洗工艺
随着洁净钢冶炼技术的不断进步和对钢水洁净度要求的不断提高，LF 作为一种典型的二次精炼手段在炼钢工艺中的作用越来越重要。其主要功能是加热钢水和快速脱S，结合合成渣精炼技术，能够起到对初炼钢水进一步调质的作用。采用LF 炉生产含铝钢，常反映出钢水脱S 效率较低、钢中脆性夹杂较多、钢水增N 明显、钢水可浇性差等问题，结合承钢提钒炼钢一厂生产实际，提出含铝钢LF 炉精炼工艺优化。
一、含铝钢粗钢水特点
08Al 或ML08Al 是最典型的低碳含铝钢，成品钢[C]＝ 0.06%∼0.08% (质量分数) ，钢中酸溶铝[Al]=0.02%∼0.06%，而16MnR、A36 等钢种，虽然[C]=0.15%∼0.18%， 而酸溶铝含量也在上述范围内．这些钢中含有一定量的酸溶铝，主要是为了细化晶粒、提高韧性采用转炉冶炼这些钢种，出钢时的粗钢水具有以下特点：
(1) 转炉出钢钢水[C]含量较低，[O]含量较高，常达到500×10−6∼800×10−6．要将钢水氧脱至较低的水平，则需脱除的氧多，生成的脱氧产物量也多．
(2) 转炉终渣FeO 高，若下渣量过大则对后续精炼造白渣工艺带来很大的危害．
(3) 在允许增碳量很少的限制下，出钢过程或LF 炉内很少采用电石、碳化硅脱氧，主要采用铝锰铁、钢芯铝、铝块等脱氧，部分钢种允许较高硅含量则采用硅铁或硅锰合金脱氧．若脱氧剂配置不当，使脱氧反应生成的脱氧产物为高熔点固相夹杂，未充分上浮排除，则残留在钢水中危害较大。
(4) 粗钢水中作为表面活性元素的[O]含量高，有利于减少出钢过程钢水吸氮[1]，避免大幅度增[N]，因此，对于[N]含量要求较低的钢种，出钢过程不宜大量采用强脱氧剂．更不宜采用电解铝生产过程中产生的铝灰等渣剂，因其氮含量较高．另外，从下式可知，为了加强钢水脱硫，需要尽快对钢水脱氧并造好还原性精炼渣，以降低氧活度α0，同时采用硫容量较高的精炼渣系．除此之外，通过分析钢水成分对硫活度系数fS 的影响，发现钢中[C]对[S]的活度相互作用系数Cε S =6.45，即钢中[C]含量越高，硫活度系数fS 越高，反之就越低，因此与中高碳钢相比低碳钢精炼过程脱硫难度更大．若要求成品钢中[S]较低，则最好采用预脱硫铁水冶炼或对钢水进行专门的深脱硫处理。
二、转炉渣时LF 渣的熔化性能
2.1 二硅化钼炉内熔化实验实际的LF生产中，在LF渣加入前，钢包内已有部分残余转炉渣，根据我们对重钢生产现场调查，进LF 工位时，钢包内带进的转炉渣约为LF精炼总渣量的41%左右，据此比例，我们将设计出的渣混入转炉渣，再测试研究其熔化性能。观测所用渣料均为实验前提供。渣料的组成为41%转炉渣+59%LF 渣，其中LF 渣组成为29.4%埋弧渣+70.6%精炼渣。渣料先在10KG 感应炉中用石墨坩锅预熔，然后将预熔渣每组200-250 克在电脑控制的二硅化钼电阻炉内观测其软化、熔化过程。观测结果如表所示。
实际生产中LF精炼终点渣的熔点一般控制在1350～1400℃左右。从表观测结果看，B2L3Z、A1M1Z 两组渣的熔化温度偏高；后三组的完全熔化温度都在1430℃左右，比通常LF 精炼时控制温度稍高，但由于LF 渣经过精炼后，组分增加，将使熔化温度降低，因此，表中渣的熔化温度可以满足生产要求。另外从实验过程观察，各组渣从软化到熔化的时间约为8～15分钟。
2、半球点法熔点测试测试所用渣料均为实验前提供，渣料的组成为41%转炉渣+59%LF 渣，其中LF 渣组成为29.4%埋弧渣+70.6%精炼渣。渣料先在10KG 感应炉中用石墨坩锅内预熔。从测试研究可认为，对所设计的LF 渣包括控铝钢和含铝钢用两类，在没有混转炉渣时，其熔点在1450℃以上。按LF 实际生产混进40%左右的转炉渣时，其熔点在1361～1470℃的范围，测出的渣熔点相差较大，主要是测试原理不同或者说对炉渣熔点的定义不同产生的。未熔炉渣是一混合物，其熔化是在一定区间进行的，学术上定义炉渣熔点为加热时固态完全转变为均匀液相或冷却时液相开始出现固相的温度。
三、 LF 炉常用精炼渣系
目前常见精炼渣系有: CaO－CaF2、CaO －Al2O3、CaO－Al2O3－CaF2等渣系。CaO－CaF2渣系具有较强的脱S 能力，但该渣系含有较高的CaF2，一方面对包衬的侵蚀较快，缩短钢包使用寿命; 另一方面冶金过程挥发出的F 会危害操作工人的身体健康，又污染大气。由于CaO－SiO2渣系脱S 能力较弱，并且含铝钢［Als］较高，对渣中SiO2有还原作用，因此在含铝钢精炼时难以采用CaO－SiO2渣系。CaO－Al2O3渣系具有很强的脱S 能力，被广泛用来生产低硫钢，缺点是炉渣流动性稍差。而CaO－Al2O3－CaF2渣系是在CaO－Al2O3渣系的基础上加入适量的CaF2，解决炉渣流动性差的问题，当CaO/ Al2O3一定时，随CaF2含量增加，Ls 呈一平滑抛物线，变化不大。此渣脱氧脱硫效果较好，但发泡功能差，不利于降低电耗和提高钢包寿命。含铝钢脱O 生成大量Al2O3，在精炼渣中可达到10%以上，因此含铝钢精炼渣更多倾向于采用CaO－Al2O3－CaF2渣系。实际生产过程中，由于各种造渣料中不可避免地带入SiO2及少量脱O 产物，实际渣系成为CaO － Al2O3 － CaF2 － SiO2四元渣系。为了使精炼渣具有较好地脱S 效果，Al2O3含量为30%左右或CaO/Al2O3 = 1.8 左右时Ls 较高，精炼渣熔点较低，并且渣中SiO2被钢水中Al 还原的趋势得到抑制。
四、精炼造渣工艺优化
在转炉→LF 精炼→连铸生产模式下，LF 炉处理钢水的周期一般为35 ～ 45 min。为了加快精炼成渣速度，提供足够的脱S 和吸附夹杂时间，采用出钢渣洗是一个较好的方案［3］。出钢时先加入C 粉脱O，再加入合金，最后加入Al 脱O，出钢过程随合金加入精炼渣和活性小粒石灰，使LF 处理初期就能很快形成白渣，白渣形成后钢中得到有效的去除，成分和温度命中后精炼工艺就可以转入软吹Ar 阶段。为了获得上述含铝钢精炼终渣成分，需要向钢包中加入含CaO、Al2O3的造渣材料。根据钢水和脱氧剂用量估算出生成的脱氧产物数量，并在统计转炉下渣量基础上，按终渣总量和成分要求可粗略计算出各种造渣材料用量，经过取样分析、修正，就能得到合理的造渣材料用量及配比。另外，有效利用从连铸回转台下来的热态精炼渣，可减少造渣料的加入，降低因渣料熔化带来的热量损失，缩短精炼的化渣时间［2］。热态精炼渣循环利用时，出钢过程加入精炼渣2～4 kg /t，石灰由原来的5 kg /t 减少到2 kg /t，大包浇铸结束后将循环渣直接倒入精炼等待位的钢包里，进站后测量渣层厚度，按炉渣总量和成分要求计算需要补加的造渣材料用量，根据计算结果向钢包中加入含CaO、Al2O3的造渣材料，不再加入萤石，其它工艺不变。
结论
(1) 设计低碳含铝钢精炼渣时，应考虑转炉出钢粗钢水[O]含量较高导致脱氧产物生成量多、钢水[C]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) CaO-Al2O3 渣系较适合作为低碳含铝钢的精炼渣，兼顾脱硫和吸收Al2O3 夹杂的要求时可选取CaO=55%∼60%, SiO2=4%∼7%, Al2O3=28%∼32%,MgO=4%∼8%, CaO/Al2O3 =1.7∼1.9 作为LF 炉精炼终渣组成。在出钢过程中采用渣洗工艺向钢包内加入大部分精炼渣、出钢末期对转炉下渣还原处理的造渣模式，结合足够的软吹Ar 时间，对低碳含铝钢可达到良好的精炼效果。
参考文献：
［1］徐志荣，史翠薇． LF 热态钢渣循环再利用技术的开发与应用［J］．炼钢，2012， 22( 4)
［2］王宝明.含铝钢中夹杂物产生的原因分析及预防措施［J］.炼钢，2012（6）:41.
［3］高祥明，李桂军．洁净钢精炼渣组分对硫分配比的影响［J］． 金属材料与冶金工程，2013，36( 1) : 25 ～ 29．
［4］曾加庆，罗廷樑．转炉出钢过程中脱硫及钢中夹杂物改性［J］． 钢铁研究学报， 2012，17( 2) : 12 ～ 15．
论文作者:季世安
论文发表刊物:《基层建设》2019年第6期
论文发表时间:2019/4/28
标签：精炼论文; 钢水论文; 转炉论文; 熔点论文; 钢包论文; 较高论文; 钢种论文; 《基层建设》2019年第6期论文;