摘要：随着现代工业化和科学技术的不断发展，与国民经济相关的各行业对钢材质量的要求日益提高，优质钢和纯净钢的需求量不断增长，加之钢铁企业对炼钢流程高效率、低成本的要求，精炼炉成为高效率生产洁净钢的必备设备和流程。钢水二次精炼的主要目的是：脱气（Ｎ，Ｈ）、脱氧、脱硫、去除夹杂物、控制夹杂物的形态、调整成分及温度等。采用炉外精炼技术可以提高钢的质量，扩大品种，缩短冶炼时间，提高生产率，调节炼钢炉与连铸的生产节奏，并可降低生产成本，提高经济效益。
关键词：洁净钢生产；精炼炉；控制措施
1生产工艺控制
1.1钢包耐火材料的选用
ＬＦ精炼炉也是钢包炉精炼，钢包耐火材料必然对洁净钢生产带来一定的影响，因此，选用的钢包耐火材料必须满足洁净钢的冶金要求和过程要求，在炼钢温度下其成分和物理性质必须稳定，渣线有抗顶渣和钢包搅拌对它的化学侵蚀和机械侵蚀的能力，耐火材料内衬既不能含有易还原性组员，也不能含有重要的残余元素来源。在处理浇注完的钢包时，必须将上炉钢水的残留物清理干净，以免污染下一炉钢水。
1.2氮含量控制
钢中氮含量高会使钢材产生应力，降低钢的成形性及高温韧性和塑性，并影响钢的焊接性能。精炼炉增氮的主要原因有前期化渣阶段渣况不好，精炼中后期脱氧良好的钢液与大气接触、电弧电离、原材料带入等，供电制度也会对其产生影响，VD精炼炉真空度和真空时间也对脱氮有影响；因此需加强操作，严格控制精炼炉过程增氮。（１）盛钢钢包在ＬＦ炉停靠位时严禁大流量氩气搅拌或旁通操作，避免钢液翻腾裸露与空气接触导致增氮与二次氧化；（２）盛钢钢包在ＬＦ炉工作位时通过调节除尘挡板，严格控制钢包和水冷炉盖内气体的分压，确保冶炼全程微正压操作；（３）ＬＦ精炼炉前期３～５ｍｉｎ化渣阶段，如钢包顶渣化渣效果不好，将成为精炼过程主要增氮阶段，期间过程增氮４×１０－６～６×１０－６；为提高化渣效果，化渣前钢包顶渣加入少许顶渣改质剂（铝粉、萤石、预熔精炼渣等），保证钢包顶渣快速熔化；（４）ＬＦ精炼中后期，成渣后大功率供电，短时间内钢液迅速升温，可以减少电弧电离增氮的机会，同时减少高温渣存在时间，不利于钢液增氮；（５）合理安排生产节奏，缩短钢水在ＬＦ炉停留时间和冶炼时间，降低钢液增氮的几率；（６）VD炉抽真空时确保真空度和其保持时间满足工艺要求，VD脱氮率１０％左右。
1.3氢含量控制
氢是导致钢产生白点和发裂的主要原因，虽然ＬＦ精炼炉无法去除氢，但可以采取措施防止钢液吸氢：１）钢包烘烤良好；２）加入干燥的渣料；３）加入的合金、脱氧剂等要进行烘烤，除去水分；４）冶炼时随时检查设备有无漏水，特别是水冷炉盖，杜绝冷却水与钢液接触。通过上述措施，ＬＦ精炼炉过程增氢控制在１．５×１０－６以内。对于ＲＨ炉真空脱氢时，一定确保真空度和其保持时间满足工艺要求，通过现场实践数据总结，当真空度在８０Ｐａ以内，真空处理２０ｍｉｎ以上，脱氢率稳定为７５％以上，真空处理结束钢水氢含量能控制在１．０×１０－６以内。
1.4氧含量控制
氧主要以非金属夹杂物的形式存在于钢中，影响钢的韧性、焊接性能、抗ＨＩＣ性能、耐蚀性、各向异性、加工性能等。ＬＦ精炼过程一是采取措施降低钢中的溶解氧含量和渣中的不稳定氧化物含量，二是采取合理的工艺措施，促进脱氧产物的上浮去除。钢中的溶解氧一般是通过沉淀脱氧方式去除，ＬＦ精炼开始破渣后喂入铝线，迅速脱去钢液中的溶解氧，而渣中的不稳定氧化物则要采取扩散脱氧方式去除。ＬＦ精炼采用“ＬＦ炉８分钟快速造白渣操作法”快速脱氧成渣：１）喂铝线快速沉淀脱氧；２）通电状态下分批次添加还原剂；３）将铝粉或铝丝分批次撒在渣面上，使渣中ＦｅＯ含量大幅降低，破坏了氧在渣、钢之间的浓度分配系数，钢水中的氧向渣中扩散脱氧；４）根据渣况稀稠适当添加渣料。
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1.5硫含量控制
硫在钢中以网状ＦｅＳ和Ｆｅ－ＦｅＳ共晶体形式存在。热加工过程中，由于晶界硫化物的熔化而造成钢的“热脆”，从而使钢的加工性能和使用性能降低，硫还恶化钢的横向机械性能，影响钢的焊接性能。ＬＦ精炼过程的脱硫一直是重点和难点。ＬＦ精炼过程是一个造碱性还原渣还原反应过程，其实就是硫由钢液向炉渣扩散，然后转变为稳定化合物的过程，其脱硫还原反应式为
ＦｅＳ＋ＣａＯ＝ＣａＳ＋ＦｅＯ（１）
由上式可知，炉渣中的ＣａＯ是脱硫反应的反应物，提高炉渣碱度，渣中ＣａＯ含量增多，炉渣的脱硫能力增大。从理论上讲，碱度越高，脱硫效果越好，但碱度过高会引起炉渣粘稠、炉渣流动性变差，反而影响脱硫效果。实际生产中渣的二元碱度控制在５～９为好。由于渣中Ａｌ２Ｏ３含量比较高，所以实际碱度并没有那么高，炉渣的流动性也比较好。为保证炉渣具有足够的碱度和良好的流动性，在生产中将炉渣的主要成分控制在如下范围：ｗ（ＣａＯ）＝５０％～５５％，ｗ（Ａｌ２Ｏ３）＞２５％，ｗ（ＳｉＯ２）＜１０％，ｗ（ＭｇＯ）＜１０％。由（１）式可知：ＬＦ炉碱性还原渣冶炼时降低炉渣氧化性，有利于脱硫。采用快速造髙碱度还原性白渣法，快速降低炉渣中ｗ（ＦｅＯ），使脱硫反应充分进行。
1.6磷含量控制
磷在钢中是一种易偏析元素，能显著降低钢的低温冲击韧性，提高钢的韧脆转变温度使钢发生“冷脆”。脱磷需要氧化性气氛，因此ＬＦ炉精炼过程控制钢中磷含量的原则是如何防止渣中的磷还原进入钢液。减少转炉下渣量，是控制ＬＦ精炼回磷最有效的方法；添加超低磷合金也是避免ＬＦ精炼过程增磷的有效手段。
1.7夹杂物的控制
ＬＦ精炼过程钢液中除了大量的非金属夹杂物，还有大量的通过钢渣混卷进入钢液的大颗粒渣粒、耐火材料以及加合金时带入的大颗粒灰尘等，为了促使它们上浮排出，ＬＦ精炼过程需造高吸附能力的还原性白渣，并确保渣量、渣厚合适，而且钙处理后必须保证合适的软吹氩时间和一定的钢水镇静时间，以保证充分上浮。ＬＦ精炼终点成分要确保满足VD抽真空工艺要求，避免VD抽真空过程添加合金，造成二次夹杂。VD抽真空后保证合适的软吹氩时间和一定的钢水镇静时间，以使夹杂物充分上浮。
2控制效果
洁净钢生产中经过对精炼炉操作严格控制，钢液质量得到显著提升，达到生产洁净钢的目的。转炉出钢至ＬＦ炉开始处理阶段，钢水和钢包顶渣未完全脱氧，钢水中夹杂物以硅锰酸盐初级脱氧产物为主，并伴有少量的三氧化二铝夹杂物，夹杂物总量繁多，单位面积总夹杂物８７个／ｍｍ２。经过ＬＦ炉深脱氧及造低氧化性高碱度渣精炼处理，夹杂物类型转变为铸坯及板材中常见的钙铝酸盐，夹杂物总数量显著减少，单位面积总夹杂物１２个／ｍｍ２。在VD提升气体流量１００ｍ３／ｈ，真空度１９０Ｐａ状态下，抽真空处理２０ｍｉｎ后，单位面积夹杂物总数进一步降低，仍以钙铝酸盐夹杂物为主，其中４５％左右集中在低熔点液态铝酸钙区域。钙处理结束后，夹杂物类型再次发生转变，集中在ＣａＯ－ＣａＳ一侧，钙处理对夹杂物的变性明显，变性后形成的低熔点夹杂物，在钢包底吹氩气的搅拌下，大部分都积聚上浮去除，此阶段１～５μｍ的小尺寸夹杂物增多，占总数的９８．７１％，大于３０μｍ的大型夹杂物显著减少；单位面积总夹杂物１１个／ｍｍ２。
结论
传统洁净钢生产流程中存在的问题造成钢质量不稳定、生产成本高、能耗高，需要加以解决。如何降低洁净钢制造成本，降低能耗和减少制造过程中的环境污染成为今后钢铁业市场竞争的焦点。为此，迫切需要找到洁净钢生产流程的技术突破点，建立起高效低成本洁净钢生产技术平台。
参考文献：
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论文作者:张巍巍
论文发表刊物:《基层建设》2018年第24期
论文发表时间:2018/10/1
标签：精炼论文; 钢包论文; 精炼炉论文; 炉渣论文; 钢水论文; 洁净论文; 碱度论文; 《基层建设》2018年第24期论文;