100tLF爐精煉技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用

徐志成

【摘 要】對(duì)LF精煉渣脫硫、脫氧技術(shù)理論和埋弧精煉基本方法進(jìn)行了分析。介紹了100tLF爐精煉渣脫硫、脫氧和埋弧精煉技術(shù)的開發(fā)過程及應(yīng)用效果。采用所開發(fā)的上述技術(shù)，能夠批量生產(chǎn)[S]≤8×10-6的超低硫鋼和T[O]≤15×10-6的低氧硬線鋼，并實(shí)現(xiàn)了LF爐全程埋弧精煉。

【關(guān)鍵詞】LF；精煉渣；埋弧精煉

0 前言

由于LF爐具有優(yōu)良的精煉功能，目前不僅在電爐鋼廠而且在轉(zhuǎn)爐鋼廠得到了廣泛的應(yīng)用。青鋼為實(shí)現(xiàn)由普鋼向特鋼的快速轉(zhuǎn)變，在一系列技改項(xiàng)目中匹配了四座100tLF精煉爐，現(xiàn)已順利投產(chǎn)使用。根據(jù)試生產(chǎn)情況，技術(shù)人員在短時(shí)間內(nèi)成功開發(fā)了石灰配合成渣技術(shù)及使用含碳脫氧劑進(jìn)行脫氧工藝技術(shù)。使該精煉爐為新品種鋼的開發(fā)發(fā)揮了巨大的作用。

1 工藝流程

工藝流程：轉(zhuǎn)爐出鋼—鋼包到站—吹氬—測(cè)溫—取樣 —進(jìn)LF工位—加石灰、合成渣—下電極加熱— 脫氧、造渣、提溫—測(cè)溫、取樣—成分微調(diào)—喂絲—軟吹、出站。

主要脫氧劑：電石、碳化硅、碳粉、硅鈣粉、鋁粒、硅鈣線、鐵鈣線、鋁線。

2 理論依據(jù)與生產(chǎn)實(shí)踐

2.1 石灰與精煉渣成分見表1

2.2 理論依據(jù)與工藝實(shí)踐

2.2.1 迅速造渣分析及效果

熔渣的礦物組成主要由12CaO7Al2O3、3CaOAl2O3、CaOAl2O3、MgOAl2O3等組成，渣中次要物相是硅酸鈣類礦物。在精煉過程中隨著石灰和合成渣中CaO溶解量的增多，鋁酸鈣類礦物的形式在變化，前期渣以12CaO7Al2O3為主，后期渣以富氧化鈣的3CaOAl2O3為主。12CaO7Al2O3和3CaOAl2O3均為低熔點(diǎn)物質(zhì)，并且與CaOAl2O3、2CaOSiO2形成低熔點(diǎn)共晶物，因此成渣速度快，能在較短的時(shí)間內(nèi)獲得流動(dòng)性能良好的脫硫渣系。生產(chǎn)實(shí)踐表明，石灰與合成渣按一定比例配加后，迅速化渣、平均在3.8分鐘內(nèi)化透。

2.2.2 脫硫技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用

根據(jù)熱力學(xué)計(jì)算及試驗(yàn)[1]，結(jié)果表明，溫度為1600℃時(shí)，精煉渣的組成為CaO：60%～70%、SiO2：5%～10%、Al2O3：16%～25%，硫分配比可達(dá)500～700，因此高堿度有利于脫硫。渣中Al2O3在高堿性渣中雖然顯酸性，但其酸性較弱，僅為渣中SiO2的1/3，渣中Al2O3為助熔化渣，增加脫硫的熱力學(xué)條件優(yōu)勢(shì)更強(qiáng)。渣中FeO含量增加，不利于脫硫，因此轉(zhuǎn)爐采用擋渣出鋼控制下渣量，LF爐加脫氧劑迅速造還原渣是保證高脫硫率的有力措施。精煉渣中MgO含量在5%～8%，與SiO2形成低熔點(diǎn)共晶物，起助熔化渣作用，并可保護(hù)Mg-C磚包。在LF爐處理過程中，吹氬攪拌為脫硫提供比較好的動(dòng)力學(xué)條件。實(shí)踐證明，吹氬攪拌強(qiáng)度對(duì)脫硫效果有很強(qiáng)的影響，隨著吹氬強(qiáng)度的提高，脫硫效果明顯提高，但吹氬強(qiáng)度太大，反而不利于脫硫，吹氬攪拌時(shí)以鋼水不裸露鋼液面為基準(zhǔn)。

2.2.3 吸附夾雜物技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用

1）鋁（硅）鎮(zhèn)定鋼中存在的夾雜物主要是Al2O3型的，因此需要將精煉渣成分控制在易于去除Al2O3夾雜物的范圍。精煉渣對(duì)Al2O3的吸附能力可以通過降低Al2O3活度和渣熔點(diǎn)以改進(jìn)Al2O3的傳質(zhì)系數(shù)來實(shí)現(xiàn)。因此可以通過Al2O3-CaO-SiO2三元系相圖來討論[2]，降低Al2O3活度被認(rèn)為更重要，精煉渣成分應(yīng)接近CaO飽和區(qū)，Al2O3的活度變小，可獲得較好的熱力學(xué)條件，但由于熔點(diǎn)較高，吸附夾雜效果并不好，當(dāng)精煉渣處于低熔點(diǎn)區(qū)域時(shí)，吸附夾雜物能力增加，但熱力學(xué)平衡條件惡化。解決辦法是將精煉渣成分控制在CaO飽和區(qū)，并向低熔點(diǎn)區(qū)靠攏。即控制精煉渣中Al2O3含量在12%～20%。生產(chǎn)含Al鋼時(shí)，可根據(jù)鋼種對(duì)Al含量的要求喂入適當(dāng)?shù)匿X線，以精確控制Al的成分，同時(shí)可喂入鐵鈣線，以保證鋼水中有合適的Ca/Al比。

2）生產(chǎn)低氧鋼的主要工藝措施包括：①盡可能脫除渣中FeO、MnO，使頂渣保持良好的還原性。②使渣堿度控制在較高程度，防止精煉渣中SiO2還原；經(jīng)取樣化驗(yàn)平均渣堿度控制在3.5左右。③采用CaO -Al2O3系渣，并將精煉渣成分調(diào)整到易于去除Al2O3夾雜物的范圍。④合適的攪拌強(qiáng)度。為防止?fàn)t渣卷入和鋼水裸露，一般采用較弱的攪拌方式。

目前使用的主要脫氧劑：電石、碳化硅、碳粉、硅鈣粉。在LF爐精煉過程中，加入一定量的脫氧劑，造白渣，經(jīng)取大量渣樣化驗(yàn)，渣中FeO+MnO<1.5%。采用所開發(fā)的合成渣及相關(guān)脫氧工藝，已滿足T[O]≤15×10-6低氧硬線鋼的生產(chǎn)要求。

2.2.4 LF爐埋弧精煉技術(shù)

泡沫渣埋弧加熱技術(shù)對(duì)提高LF爐電氣的加熱設(shè)備的熱效率、延長爐襯壽命等方面效果顯著。泡沫渣是氣—渣乳化液，當(dāng)熔渣溫度、表面張力及粘度等物性條件適宜，同時(shí)在熔渣中存在彌散分布的氣泡時(shí)，氣泡彌散滯留于爐渣中，形成了泡沫渣。泡沫渣形成決定于兩個(gè)因素：一是，具有一定儲(chǔ)泡能力的基渣，二是，有彌散的氣泡產(chǎn)生。因此在氣泡存在時(shí)，合適的熔渣組成、適宜的物性是氣—渣能充分乳化、熔渣能儲(chǔ)泡的關(guān)鍵。目前精煉爐的渣系及堿度，為形成儲(chǔ)泡能力的基渣創(chuàng)造了良好的條件。彌散的氣泡是在氧化鐵含量較高的氧化性爐渣中，利用渣層內(nèi)碳氧反應(yīng)提供大量CO氣體作為氣源使熔渣發(fā)泡的。目前常用的發(fā)泡劑主要有碳粉、電石、碳化硅。在精煉爐的化渣過程中，加入一定量的碳粉、電石、碳化硅，參與脫氧，生成CO氣體，已經(jīng)達(dá)到造泡沫渣的要求，對(duì)提高LF升溫速度并對(duì)包襯具有保護(hù)的作用。

3 結(jié)語

3.1 開發(fā)了石灰配合成渣技術(shù)，經(jīng)2000余爐次統(tǒng)計(jì)，平均脫硫率71.8%，最低硫含量為6×10-6。

3.2 經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)踐，轉(zhuǎn)爐加頂渣后，精煉爐配一定數(shù)量的合成渣，成渣速度快，分批渣料加完3分鐘后完全熔化，有利于埋弧及精煉效果的快速實(shí)現(xiàn)。

3.3 用電石、碳化硅、碳粉做脫氧劑，渣子發(fā)泡性好，提高LF升溫速度、減少電極消耗及電量消耗并對(duì)包襯具有保護(hù)的作用。在轉(zhuǎn)爐沉淀脫氧的基礎(chǔ)上，用一定量的電石、碳化硅、硅鈣粉作脫氧劑，能滿足T[O]≤15×10-6低氧硬線鋼的生產(chǎn)需求。

3.4 喂入適量的鈣線和鋁線，使其Ca、Al達(dá)到鋼種的要求，已滿足含Al鋼的生產(chǎn)需求。

【參考文獻(xiàn)】

[1]Fruhan R J. The Thermodynamics and Process Dynamics of Ladle Furnace Refining Processes. Electric Furnace Conference Proceedings， 1984：185.

[2]Byeonghoon Yoon， Kihang Heo. Improvement of Steel Cleanliness by Controlling Slag Composition.The 6th International Conference on Molten Slags，F(xiàn)luxes and Salts，2000.

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