LF精炼工艺和效果的研究

LF精炼工艺和效果的研究

刘广勇程康孙建季景明

河北钢铁集团承钢分公司河北省承德市067000

摘要：炉外精炼技术能使传统炼钢法难以生产的许多高质量钢种、各种特殊用途钢都可以以非常经济的方法大量生产,并使钢内气体含量、夹杂物含量与形态、成分偏差等影响质量的因素均达到前所未有的水平,进而大大改善了钢的化学与机械性能,取得巨大的经济效益,发展极为迅速。炼钢生产过程中，LF炉精炼后的钢渣具有自由CaO含量大、碱度高和还原性强的特点，回收LF炉热态余渣用于脱硫，渣中硫含量会有所升高，说明LF炉精炼后的热态钢渣硫含量仍可提高，仍具有一定硫容量。本文分析了LF精炼工艺和效果。

关键词：LF；精炼工艺；效果；

LF炉由于工艺流程简便,精炼成本相对较低,已成为开发品种、提高质量的主要精炼设备之一。国内大量厂家采用转炉-LF炉-连铸的生产工艺路线,但发挥LF炉精炼作用的却不多,仅用其均匀成分和升温。某钢厂结合自身生产工艺实际,采用合理控制精炼周期、快速造白渣、精确调整成份等手段,在较短的时间内使LF炉充分发挥其精炼效果,钢材实物质量达到国内先进水平,有效的实现了转炉-LF炉-连铸低成本生产优质钢的新生产模式。

一、LF炉精炼工艺流程及周期控制

1.工艺流程。到精炼站、加第一批渣料、脱氧剂、送电7min、取样、测温、加第二批渣料、脱氧剂、送电10～15min、取样、测温、调整成分、升温至合格温度、氧含量、出站钙处理、连铸。

2.LF炉处理周期。LF炉的处理周期是指钢包进入加热位至精炼完毕钢包离站所用的全部时间。处理周期不仅受钢水条件的影响,同时也受上下工序的制约。LF炉的处理周期包括处理时间和缓冲时间目前,国内LF炉处理周期一般在40～60min。我厂由于LF炉布局问题,辅助时间较长,且连铸能力远远大于LF炉,LF炉周期必须控制在25～35min以内,才能使连铸拉速维持在正常水平。因此,为保证与连铸匹配和精炼钢水质量,就得采取各种措施来缩短LF处理周期:一是进站钢水的条件稳定,温度和带渣量符合标准;二是控制好处理时间,其关键是统筹兼顾、合理安排。与连铸配合的LF炉生产节奏要快,避免时间的浪费;三是把缓冲时间降到最低;四是合理精炼造渣工艺。

3.精炼过程渣金脱硫反应热力学计算与效果分析。一是精炼终点渣金硫的平衡分配比及钢水硫质量分数的计算公式，若忽略气相脱硫的作用,根据硫的质量守恒可以导出

式中w[S]为精炼终点钢水的硫质量分数,%;w(S)0、w[S]0分别为反应前渣中和钢中的原始硫质量分数,%;ms、mm分别为熔渣和钢水的质量,kg;Ls为渣金间硫的分配比。二是脱硫影响因素阐述由上式可得出以下几点。随着渣中FeO质量分数的降低,Ls迅速增大。因此,从热力学角度,强化熔渣脱氧对提高脱硫效果至关重要。随着钢中溶解铝质量分数的增加,渣金平衡分配比也相应增加。因此,加强对钢水的脱氧也有利于脱硫反应的进行。随着渣中CaO质量分数的提高,SiO2质量分数降低,硫的分配比显著提高。因此,提高熔渣碱度利于脱硫。随着渣质量的增加,钢中硫质量分数显著降低。随着渣中和钢中原始硫质量分数降低,精炼终点钢水硫质量分数也相应降低。相对而言,钢水原始硫质量分数对钢中终点硫影响更大。因此,控制进站钢水中的硫质量分数对生产低硫钢也非常重要。

实际生产工艺

1.精炼渣系的确定。为确保熔渣具有较好的流动性、发泡埋弧、脱硫及吸收夹杂物的能力。要调整至目标渣成分和确保25～35min的处理时间,维持泡沫渣,按稳定埋弧的渣厚不小于80mm(因弧长为70～80mm),进站渣厚30～50mm及罐内渣面积约5m2。按照渣密度3.5g/cm3计算,确定渣料加入量为每炉钢加石灰700～800kg,加萤石50～80kg,根据脱氧情况过程加适量脱氧剂。为了进一步提高精炼效果,对中高碳钢,要进一步减少转炉下渣量,合理增加CaF2量,促使早化渣,使熔渣具有良好的流动性并尽快白渣化,同时增加熔渣去夹杂的能力,使钢中全氧含量降到较低水平,对合金钢要增加石灰用量,确保碱度≥2.5,以便改善熔渣组元活性,提高白渣吸收夹杂物的能力和脱氧剂的脱氧效果。LF炉扩散脱氧反应几乎不可能发生,而使渣中MnO、FeO这些不稳定氧化物向钢液中扩散供氧反应成为可能,在白渣化状态差的情况下,钢中氧含量回升已被现场定氧证实。同样LF炉处理过程中硅含量降低也说明了这一点,为了防止这一扩散供氧反应的进行,提高熔渣碱度,尽早使熔渣白渣化可抑制这一反应进行,这说明现行熔渣去除夹杂物的能力还不强,要使钢中全氧含量降到较低水平,必须在出钢过程中挡好渣,采取强脱氧方式,尽早化渣并控制好熔渣粘度,促使还原性渣尽早形成,确保充足的精炼处理时间，总的来讲基本上达到了LF炉的脱硫目的。

2.对钢包渣的控制。钢包内渣过多时,在精炼过程中加入较大数量的渣料、脱氧剂及熔剂都难以使熔渣获得良好的流动性及白渣化程度。白渣化困难的主要原因是渣氧性较高,另外脱氧剂很难在粘稠的渣中扩散,取渣样分析的结果表明,渣中w(FeO+MnO)较高,吸收夹杂物的能力也较差。搞好出钢末期的挡渣,适量减少转炉渣进入钢包内,是发挥LF炉精炼作用的基本前提,同时出钢合金化过程中向钢包内加入适量的石灰或合成渣可减少渣中w(SiO2)、w(MnO)和w(FeO)。进入LF炉的钢水温度应控制在一定的范围。进站钢水温度过高或过低都会影响LF炉的生产周期,进站钢水温度过低导致LF炉的供电升温时间增加,目前钢若到站温度低于1540℃将导致升温时间过长、初期造渣困难;温度过高钢水温度不易稳定控制,钢水氧性波动也大。

3.底吹氩的控制。底吹氩在LF炉的处理过程中发挥的作用十分重要。底吹氩对化渣、调成分、脱硫、脱氧及夹杂物上浮均有较大的影响。处理初期需进行大氩量强搅拌,使钢水的成分温度均匀,保证取样的代表性,并使渣壳熔化,利于快速形成白渣。加热过程中应采用中等强度的氩气流量搅拌,氩气流量过大会造成电弧不稳,使加热效率降低,同时造成电极消耗增加。调合金及增碳时要大氩量搅拌,除处理初期和调成分需大氩量强搅拌外,其余时间采用中等强度搅拌,以保证吹氩峰值不破坏炉渣、钢水不大面积外露为宜。底吹氩的搅拌强度与钢包带渣量钢水温度有关,钢包渣层增加,需增加氩气流量。另外,同样的氩气流量在较高的钢水温度下会产生更强的搅拌,因此随着钢水温度的升高,及时调整氩气的流量是必要的。

四、生产控制及质量指标效果

我厂在LF精炼炉生产,在控硫、去除夹杂等方面取得了较好的效果,具体数据见表1。从上表可以看出,LF炉精炼效果是相当理想的。一是由于进站硫控制就较低,只有0.009%,脱硫率平均达到50.0%以上是一个非常好的水平。二是精炼渣吸附夹杂能力较强,全氧低。三是精炼时间的严格控制和良好埋弧效果,加上连铸全过程保护浇注,使得成品氮控较低。

影响LF炉精炼终点的主要因素包括熔渣的光学碱度、熔渣和钢水的氧化性、精炼温度渣钢的原始硫质量分数和渣质量。本文介绍了某钢LF炉设备概况及主要冶金工艺,对精炼过程渣金脱硫反应热力学进行了计算与效果分析,对冶炼造渣工艺、实际生产情况进行了阐述。

参考文献：

［１］殷瑞钰，王新华．适用于冷轧薄板类钢种的合理炉外精炼工艺的探讨［Ｊ］．钢铁，２０１７，４２（５）：