30t EAF-LF-VHD流程冶煉精鋼材的工藝實踐

李忠偉, 安 杰, 耿振偉

(撫順特殊鋼股份有限公司第二煉鋼廠， 遼寧 撫順 113001)

撫順特殊鋼股份有限公司第二煉鋼廠(簡稱撫鋼二煉鋼)冶煉的精鋼材系列鋼，是生產高溫合金、高強鋼等品種使用的原料鋼。要求精鋼材的錳、硅、硫、磷等元素成分極低，為保證精鋼材化學成分合格的冶煉難度大。本文就撫鋼二煉鋼利用30tEAF、LF爐以及VHD精煉爐聯合工藝冶煉精鋼材的鋼水脫磷、脫硫等冶煉技術進行分析研究。

1 精鋼材成分要求

精鋼材的化學成分見表1。

表1 精鋼材的化學成分 /%

2 精鋼材冶煉工藝

冶煉工藝路線：30t電爐(EAF)—LF爐—VHD爐。

2.1 冶煉工藝

2.1.1 冶煉難點

由表1可知，本精鋼材磷的質量分數要求極低，電爐氧化脫磷難度很大。同時精鋼材本身脫氧元素含量少，脫氧劑使用受到極大地限制，導致LF、VHD脫氧脫硫異常困難。所以要求入爐原料及輔助材料都必須雜質含量低。冶煉過程中重點是確保電爐、LF爐以及VHD爐之間創造良好的溫度、鋼液化學成分條件。

2.1.2 電爐冶煉過程

電爐操作的重點是深脫磷，即要求電爐出鋼w(P)≤0.001%，甚至更低。電弧爐在氧化性氣氛下，使用CaO脫磷，反應方程式如下：

4(CaO)+5(FeO)+2[P]=(4CaO·P2O5)+5[Fe]

(1)

3(CaO)+5(FeO)+2[P]=(3CaO·P2O5)+5[Fe]

(2)

本精鋼材的電爐冶煉過程過量使用CaO，以反應式(1)為主。

將礦石加入鋼液或吹氧后形成氧化性爐渣，氧通過渣層進入鋼液將磷氧化生成P2O5。脫磷反應是渣鋼界面反應。電爐熔化期利用低溫早期去磷，全熔后吹氧升溫脫碳，清潔沸騰，這種操作可以將磷的質量分數降到0.005%以下。進一步脫磷是先吹氧去碳，使鋼液過氧化后再脫磷至符合控制要求。這種操作的危害是鋼水氧化后同泡沫渣一起大量排出爐外，金屬收得率低。電爐(EAF)-LF爐-VHD爐工藝流程冶煉時，采取以下措施。

(1)原材料使用低硫、磷、硅的碳素鋼或工業純鐵，降低初始硫、磷的質量分數。

(2)裝料前爐底墊白灰、礦石，使爐料在熔化過程就形成高堿度的氧化性熔渣，實現低溫早期去磷，使出鋼時磷降到0.0005%。

(3)換渣脫磷控制渣中氧化鐵的質量分數以15%～20%為宜，在換渣操作的同時取化學分析樣，邊等分析結果邊進行氧化脫磷操作，分析結果為w(P)≤0.001%時立即出鋼扒渣。為防止鋼液嚴重過氧化造成的不良影響，脫磷過程中采用專用增碳劑增碳，保證冶煉終點碳控制在0.05%～0.08%范圍內。

2.1.3 LF爐精煉過程

(1)理論依據

精鋼材鋼液在LF爐操作的主要目的是鋼液脫氧脫硫，用石灰作為脫硫劑。脫硫過程，可以看成鋼、渣之間硫與氧的交換，反應式為：[S]+(CaO)=(CaS)+[O]

實際冶煉過程中，脫氧與脫硫操作存在較多共同點。脫氧脫硫操作同時進行，LF爐造白渣，是向渣面添加Al粉、CaSi粉、C粉等，既能促進擴散脫氧，又有利于營造還原性氣氛脫硫。

依照表1中要求的化學成分，LF爐操作的難點在于本鋼種限制脫氧劑的品種，只能應用電石、C粉和少量Al粉，使用大量的石灰和螢石造白渣，同時采用擴散脫氧方式避免鋼液大量進碳。因為精鋼材所含脫氧元素極少，增大了LF爐的脫氧脫硫難度。

(2)LF爐操作

電爐出爐后應迅速在鋼包底吹氬氣情況下扒凈氧化渣，然后喂入Al線預脫氧。

入LF爐后，加入造渣劑石灰、螢石，盡快造白渣脫氧脫硫。當造渣劑全熔后，可集中加入電石脫氧。依據取樣的硫的質量分數，判斷是否需要補加造渣劑和電石,此時鋼中硫的質量分數應小于0.005%。但仍需進一步脫硫處理，即扒除部分爐渣后加入石灰和螢石二次造渣。整個LF爐操作過程，還必須時刻進行擴散脫氧操作，即頻繁向渣面鋪灑少量C粉和Al粉保持爐內還原性氣氛，但二次造渣后杜絕用Al粉擴散脫氧，避免鋼液增Si增Al。經過LF爐二次造渣操作，能夠保證LF出爐時鋼中w(S)≤0.003%。

2.1.4 VHD爐精煉過程

VHD爐具有電弧加熱、吹氬攪拌、真空脫氣、包內造渣、合金化等多種精煉功能，本流程LF爐操作結束后，進入VHD進行深入脫硫及脫氣操作。VHD精煉精鋼材時主要利用在真空條件下加熱造渣進行脫氧、脫硫。

VHD冶煉操作通常是在真空狀態下造白渣或加入Al粉、CaSi粉擴散脫氧，更有利于渣鋼之間的脫氧反應。除真空度要求外，VHD精煉的其它脫氧操作類似于LF爐的精煉方式。VHD爐處理含w(C)0.30%～0.35%，w(Si)0.40%～0.60%的鋼液時，當初始硫的質量分數為0.010%～0.015%時，一次真空處理可將硫的質量分數降低至0.001%；當采用石灰、螢石、鋁粉處理低Si、Mn、Al及Ti含量的精鋼材，要求入VHD的鋼中w(S)≤0.003%，在真空狀態下，利用電石和C粉脫氧脫硫，最終保證鋼液中w(S)≤0.001%。

3 結語

電爐(EAF)-LF爐-VHD爐流程冶煉精鋼材，由于本精鋼材所含脫氧元素合金量極低，需在各個冶煉工序特殊處理才能滿足控制要求。

(1)電爐需使用低磷低硫原料，如工業純鐵。電爐冶煉實現早期脫磷，并做換渣深脫磷處理。

(2)LF爐需二次造渣脫硫，同時利用電石、C粉和少量Al粉擴散脫氧，但二次造渣后杜絕使用Al粉擴散脫氧。

(3)VHD精煉是在真空狀態下造白渣深脫硫，同時擴散脫氧保證鋼中w(S)≤0.001%。