淺析LF爐精煉渣冶金性能的研究現(xiàn)狀

張衛(wèi)衛(wèi)

（唐山不銹鋼有限責(zé)任公司，河北 唐山 063100）

1 LF爐精煉原理及其冶金功能

1.1 LF爐精煉原理

LF爐在應(yīng)用中具有良好的脫氧脫硫效果。LF爐采用擴(kuò)散脫氧法，脫氧產(chǎn)物直接送入渣中，在氬氣流量大、攪拌強(qiáng)度高、精煉渣環(huán)境減少的情況下，可進(jìn)一步提高渣鋼間的氧傳遞率，提高沉淀和脫氧能力。在高堿熔化池?cái)嚢?、精煉和還原環(huán)境中，冶煉鋼具有良好的脫硫能力。LF爐的脫氧效果與脫硫效果密切相關(guān)，如果LF爐的脫氧效果較好，則LF爐中CAO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，F(xiàn)EO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)會(huì)降低，從而為脫硫提供了條件[1]。

LF爐除氣除雜效果明顯。氬氣通過底部吹入的通氣磚供給冶煉鋼，使冶煉鋼中出現(xiàn)小氣泡。當(dāng)氣泡上升時(shí)，鋼液中的氣體會(huì)逐漸膨脹并排出鋼液，氣泡的漂浮運(yùn)動(dòng)對(duì)提高非金屬夾雜物的漂浮運(yùn)動(dòng)速度有明顯影響。

1.2 LF爐精煉渣含量

在LF爐精煉過程中，將按特殊比例配制的混合渣注入鋼包，在電弧加熱處理下熔化成液態(tài)渣，從而達(dá)到精煉鋼水、保溫的目的。精煉渣在鋼鐵精煉過程中的冶金作用主要是利用還原性高和堿強(qiáng)度高等特性進(jìn)一步去除鋼中的硫和氧；提高熱效率，實(shí)現(xiàn)爐襯保護(hù)；吸收鋼中所含的非金屬夾雜物，使夾雜物變性，凈化鋼液。根據(jù)LF精煉渣的冶金功能，精煉渣的成分必須包括、脫硫劑、脫氧劑、熔劑、發(fā)泡劑等主要原料，這些在很大程度上決定了LF精煉渣的冶金性能。

2 精煉爐渣

中頻爐精制爐渣的基本功能如下：深部脫硫、深部脫硫、亞合并電弧、鋼中非金屬介入物的去除、熔融鋼的精制、介入物的形態(tài)的變更。爐渣的熔點(diǎn)一般控制在1300℃～1450℃，爐渣的粘度在1500℃時(shí)一般控制在0.25～0.6pa*s。精制鋼渣的基本鋼渣一般是三元狀態(tài)圖中熔點(diǎn)較低的Ca0-SiO2-Al2O3鋼渣系統(tǒng)，底板最重要的功能是控制爐渣的堿度，這對(duì)精制過程中的脫硫和脫硫有很大的影響。提高爐渣的堿度可減少鋼中的平衡氧，增加爐渣和鋼之間的硫分配比，促進(jìn)脫硫和脫硫，但是，精制爐渣的堿度不能太大，堿度大于5時(shí)下，精制爐渣難以溶解，并且如果爐渣的粘度太大、流動(dòng)性不好，也會(huì)影響脫酸和脫硫效果。

一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于有特殊要求的鋼，如代碼鋼、鋼纜鋼、軸承鋼等，必須使用低堿度鋼渣，例如堿度約為1的中性鋼渣。在這些鋼中，為避免脫酸過程中氧化鋁過量，采用SiMn用于脫酸，甚至還使用中性精煉渣或酸性渣。精制后，形成圓形或橢圓形的低熔點(diǎn)復(fù)合夾雜物。這個(gè)在處理中有變形的可能性，受害變少。精制的鋼渣用白板（無(wú)脫酸劑）精制而成，可減少鋼中氧氣、硫及夾雜物的含量，還可將Al粒子、SIFE及其他脫氧劑添加到爐渣中，提高爐渣的精煉能力。此外，還可在精煉爐渣中添加硅-鈣合金，去除焚燒鋼中的Si或Al的脫氧產(chǎn)物。也就是說(shuō)，單一的脫酸固體生成物被轉(zhuǎn)換成復(fù)合低熔點(diǎn)液體夾雜物，生成的鋁酸鹽。夾雜物為達(dá)到煉鋼的目的而漂浮。精制爐渣的脫硫反應(yīng)對(duì)爐渣中FeO+MnO的含量有很大影響。因此，精制爐渣中的MnO和FeO必須盡量降低[2，3]。

3 精煉渣冶金技術(shù)在LF爐中的應(yīng)用

3.1 LF精煉渣

開發(fā)、制造時(shí)，雖然使用轉(zhuǎn)爐攻絲板球，但由于渣的一部分流入鋼水槽，所以渣中的MnO+FeO的含量變多，同時(shí)脫酸時(shí)產(chǎn)生會(huì)SiO2。根據(jù)這一過程，爐渣的堿度會(huì)進(jìn)一步降低。熔融鋼經(jīng)過硫化，增加了LF爐的脫硫負(fù)荷。LF煉鋼一般使用鋁酸鈣渣系統(tǒng)，應(yīng)用該系統(tǒng)的爐渣形成速度快、擴(kuò)散性好，具有脫硫能力高的物理和化學(xué)特性。電弧可埋在鋼渣下，達(dá)到理想的LF爐精制效果，取鍋精煉爐基本上是還原性的氣氛。在攻絲過程中，帶進(jìn)轉(zhuǎn)換器的氧化渣越少越好，煉鋼脫酸越好。一般來(lái)說(shuō)，精制爐渣中MnO+FeO的含量必須小于1%。大量數(shù)據(jù)表明，由于脫硫，合成爐渣必須具有高堿性和低FeO。純曹的熔點(diǎn)高達(dá)2600℃，渣料的熔點(diǎn)應(yīng)低于鋼的熔化溫度，以利于鋼短時(shí)間內(nèi)迅速熔化成液態(tài)渣。爐渣被鋼流乳化，為降低其熔點(diǎn)，可加入一些稀渣劑，降低熔點(diǎn)，會(huì)加速石灰熔化，提高爐渣流動(dòng)性，可以添加CaF2、Al2O3、SiO2、MgO、FeO等改善這一情況，一般主要使用CaF2和Al2O3。常用的合成渣體系有Cao cafz、Cao-Al2O3和Cao-Al2O3-CaF2。對(duì)于CaO-CaF2渣體系，當(dāng)CaF2含量大于20%時(shí)，渣的熔點(diǎn)明顯降低。當(dāng)CaF2含量為20-30%時(shí)，爐渣的熔點(diǎn)為1500-1400℃。因此，用CaF2爐渣處理鋼包鋼水時(shí)，爐渣中CaF2含量應(yīng)大于20%。在鋼包精煉條件下，當(dāng)精煉渣堿度為1.0～2.5時(shí)，渣本身具有良好的發(fā)泡性能，即基渣的黏度和表面張力適宜。

3.2 LF脫硫技術(shù)

降低爐渣的氧化性，促進(jìn)反應(yīng)向?qū)е旅摿虻姆较虬l(fā)展。由于鋼渣之間存在氧的物質(zhì)轉(zhuǎn)移，所以如果煉鋼的氧含量高，必然會(huì)影響脫硫反應(yīng)，并向右移動(dòng)。轉(zhuǎn)爐爐渣中Fe0含量一般在15%～20%左右，轉(zhuǎn)爐爐渣的脫硫能力較低，為提高LF爐的脫硫能力，需要減少爐渣中的氧氣含量。如果鋼渣中Fe0含量不足2.5%，鋼渣的脫硫能力會(huì)逐漸提高，特別是當(dāng)Fe0含量不足1%時(shí)，鋼渣的脫硫能力會(huì)大大提高。普通鋼通過使用一定量的SiC粉末和Fe的Si粉末，添加脫氧劑交替使?fàn)t渣泡沫并有良好的還原氣氛脫氧。為加強(qiáng)對(duì)各種鋼的脫氧，鈣Si粉末的量在整個(gè)精煉期間加入，和一定量的粒狀碳化物顆粒（顆粒尺寸10mm～30mm的）在精煉脫氧的中間階段加入。為保持還原氣氛，爐蓋需要加固，根據(jù)爐渣條件添加爐渣材料。 LF鋼包總渣量要求為鋼水量的1%。當(dāng)爐渣的組成是不容易變成白色，由于大量的、氧化的礦渣，可以為脫氧加入的碳化物顆?；蜾X粉末的少量迅速使?fàn)t渣變成白色。

為確保良好的脫氧，必須在精煉期間進(jìn)行氬的噴涂和攪拌。底布羅杰的混合是影響脫硫速度的主要因素，二次氧化會(huì)增加煉鋼的氧含量，減少鋼中爐渣和硫的平衡分布。通過透光磚進(jìn)行的氬氣吹風(fēng)，其目的是通過將氬氣泡分散得很小，從而減緩煉鋼中氣泡的上升速度，提高凈化效果。在精制過程中，一定壓力的氬通過取鍋底部的多孔滲透性磚連續(xù)灌入熔融池，熔融池內(nèi)形成多個(gè)小氣泡，由于浮力氣泡上升。在上升過程中，煉鋼可以用泵抽水，從氣液區(qū)向下向上流動(dòng)。氣泡到達(dá)上面時(shí)，氣泡會(huì)水平方向改變流向，然后向附近逆流。取鍋壁，以及再次用泵抽水的取鍋下部的氣液區(qū)域，這樣循環(huán)流形成“循環(huán)流”。攪拌氬有助于鋼渣之間的化學(xué)反應(yīng)。在回收過程中，大的夾雜物和脫酸產(chǎn)品在上渣的下部區(qū)域流動(dòng)時(shí)會(huì)移動(dòng)到上渣。由此，爐渣對(duì)鋼的液體脫氧和脫硫反應(yīng)有好處。另外，這些小氣泡中，作為煉鋼中有害氣體氮和氫的分壓幾乎為零，所以這些小氣泡相當(dāng)于氮和氫的“真空室”。因此，溶入煉鋼中的有害氣體不斷擴(kuò)散到氬氣泡內(nèi)，隨著氬氣泡的上升，氬氣泡內(nèi)的氫和氮的分壓持續(xù)上升。由于浮在煉鋼上時(shí)的氬氣泡的熱膨脹和體積增加，氫和氮的分壓得以保持較低，所以直到煉鋼最終被除去并溢出為止，都可吸收氫和氮。像多邊形的泡沫浮起來(lái)一樣。由氬吹形成的氣泡在熔鋼內(nèi)形成比較真空，捕捉并除去鋼鐵內(nèi)的氣體。在取鍋底部的鋁箔技術(shù)不僅有助于消除氣體的混入，還改善了熔池的組成和溫度的均勻性。在LF涂敷工序中，在底部吹風(fēng)機(jī)的攪拌下，鋼中的氫和氮會(huì)被氬氣泡吸收并附著在煉鋼上。通過增加真空度和攪拌作業(yè)，提高了脫氧能力。

3.3 精煉技術(shù)

待鋼水到達(dá)工位并驅(qū)車至處理位置后，方可開始底吹，可控制底吹氬氣流量，最大限度減少鋼水外露，保證單爐吹出鋼水外露直徑小于100mm。預(yù)吹氬氣3分鐘后，測(cè)量溫度并取樣，以石灰、鋁土礦和螢石為造渣材料，根據(jù)站內(nèi)硫含量，渣量控制在1000kg～2000kg，在爐渣表面加入鋁顆粒進(jìn)行脫氧，鋁顆粒的參考添加量為100kg～300kg，鋁粒用量可根據(jù)精煉過程中的渣樣進(jìn)行調(diào)整，初渣供電時(shí)間大于10min，終渣FeO小于1.0%。在造渣過程中保持爐內(nèi)的還原氣氛，成分可根據(jù)3分鐘取樣分析結(jié)果粗略調(diào)整，排渣后可根據(jù)取樣分析結(jié)果調(diào)整成分。

3.4 熱鋼渣回收生產(chǎn)技術(shù)

3.4.1 對(duì)鋼水脫硫的影響

精制爐渣脫硫速度慢的主要理由如下:精煉爐渣的回收次數(shù)增加，氧化鈣的濃度會(huì)慢慢降低，氧化鋁的濃度會(huì)慢慢上升，抗硫鋼渣量會(huì)變低。重復(fù)使用爐渣2次以上時(shí)，可以減少爐渣的量，適當(dāng)增加爐渣材料，達(dá)到維持高溫鋼爐渣硫容量的目的。因此，第一次回收熱鋼爐渣時(shí)，必須將爐渣添加到LF爐中。第二次使用熱鋼礦渣時(shí)，可減少爐渣量，可適當(dāng)增加爐渣材料和高溫鋼渣，使其保持硫容量；硫容量減少，渣量增加。要排出鋼絲桿，必須執(zhí)行以下操作：將鋼絲桿的上層注入特殊的鋼絲桿，下部只需要回收少量的鋼。

3.4.2 對(duì)煉鋼溫度上升的影響

根據(jù)實(shí)際計(jì)算，精煉的煉鋼鑄造后，取鍋內(nèi)的高溫渣量為2.5～5.5噸，溫度為1525～1550℃。高溫鋼渣回收后，根據(jù)具體情況，鋼渣和精制鋼渣會(huì)追加到取鍋上部，減少了鋼渣過程中的熱損失，縮短了煉鋼加熱時(shí)間，節(jié)省了電力。當(dāng)預(yù)計(jì)溫度達(dá)到相同溫度時(shí)，鋼渣回收后，各爐可節(jié)省4-5分鐘的供電時(shí)間，每噸鋼可節(jié)省5～7分鐘kWh的供電時(shí)間[4,5]。

4 總結(jié)

LF爐外精煉主要依賴于白色爐渣在鋼包產(chǎn)生的高堿度渣量。在低氧氣氛下，將氬氣吹入盛鋼桶底部攪拌，將鋼水送入一次精煉爐用于進(jìn)行脫氧石墨電極、脫硫、合金等冶金反應(yīng)來(lái)細(xì)化加熱鋼水。氬氣攪拌可使鋼液與精煉渣充分接觸，促進(jìn)爐渣和鋼之間的化學(xué)反應(yīng)，促進(jìn)鋼液溫度和合金組合物的均質(zhì)化，并確保該組合物和鋼液相遇的溫度澆注過程中溫度滿足要求，提高產(chǎn)品質(zhì)量。LF爐用途電弧加熱進(jìn)行溫度補(bǔ)償，這可確保長(zhǎng)時(shí)間精煉，以便減少鋼中氧和硫含量（以下l0ppm）。LF精煉爐以其操作過程簡(jiǎn)單、精煉效果好等優(yōu)點(diǎn)成為爐外精煉的主要手段， 可與氧氣轉(zhuǎn)爐、電爐配套使用，對(duì)鋼水進(jìn)行還原和精煉，提高鋼的質(zhì)量，擴(kuò)大生產(chǎn)線的產(chǎn)品種類，同時(shí)可對(duì)鋼水進(jìn)行調(diào)質(zhì)和調(diào)溫，協(xié)調(diào)初煉爐和連鑄機(jī)之間的生產(chǎn)節(jié)，因此成為冶金過程中非常必要的工藝環(huán)節(jié)。