100tLF爐精煉技術的開發與應用

徐志成

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

【關鍵詞】LF；精煉渣；埋弧精煉

0 前言

由于LF爐具有優良的精煉功能，目前不僅在電爐鋼廠而且在轉爐鋼廠得到了廣泛的應用。青鋼為實現由普鋼向特鋼的快速轉變，在一系列技改項目中匹配了四座100tLF精煉爐，現已順利投產使用。根據試生產情況，技術人員在短時間內成功開發了石灰配合成渣技術及使用含碳脫氧劑進行脫氧工藝技術。使該精煉爐為新品種鋼的開發發揮了巨大的作用。

1 工藝流程

工藝流程：轉爐出鋼—鋼包到站—吹氬—測溫—取樣 —進LF工位—加石灰、合成渣—下電極加熱— 脫氧、造渣、提溫—測溫、取樣—成分微調—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 理論依據與生產實踐

2.1 石灰與精煉渣成分見表1

2.2 理論依據與工藝實踐

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均為低熔點物質，并且與CaOAl2O3、2CaOSiO2形成低熔點共晶物，因此成渣速度快，能在較短的時間內獲得流動性能良好的脫硫渣系。生產實踐表明，石灰與合成渣按一定比例配加后，迅速化渣、平均在3.8分鐘內化透。

2.2.2 脫硫技術開發及應用

根據熱力學計算及試驗[1]，結果表明，溫度為1600℃時，精煉渣的組成為CaO：60%～70%、SiO2：5%～10%、Al2O3：16%～25%，硫分配比可達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，增加脫硫的熱力學條件優勢更強。渣中FeO含量增加，不利于脫硫，因此轉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形成低熔點共晶物，起助熔化渣作用，并可保護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力學條件。實踐證明，吹氬攪拌強度對脫硫效果有很強的影響，隨著吹氬強度的提高，脫硫效果明顯提高，但吹氬強度太大，反而不利于脫硫，吹氬攪拌時以鋼水不裸露鋼液面為基準。

2.2.3 吸附夾雜物技術開發及應用

1）鋁（硅）鎮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Al2O3的吸附能力可以通過降低Al2O3活度和渣熔點以改進Al2O3的傳質系數來實現。因此可以通過Al2O3-CaO-SiO2三元系相圖來討論[2]，降低Al2O3活度被認為更重要，精煉渣成分應接近CaO飽和區，Al2O3的活度變小，可獲得較好的熱力學條件，但由于熔點較高，吸附夾雜效果并不好，當精煉渣處于低熔點區域時，吸附夾雜物能力增加，但熱力學平衡條件惡化。解決辦法是將精煉渣成分控制在CaO飽和區，并向低熔點區靠攏。即控制精煉渣中Al2O3含量在12%～20%。生產含Al鋼時，可根據鋼種對Al含量的要求喂入適當的鋁線，以精確控制Al的成分，同時可喂入鐵鈣線，以保證鋼水中有合適的Ca/Al比。

2）生產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；經取樣化驗平均渣堿度控制在3.5左右。③采用CaO -Al2O3系渣，并將精煉渣成分調整到易于去除Al2O3夾雜物的范圍。④合適的攪拌強度。為防止爐渣卷入和鋼水裸露，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，經取大量渣樣化驗，渣中FeO+MnO<1.5%。采用所開發的合成渣及相關脫氧工藝，已滿足T[O]≤15×10-6低氧硬線鋼的生產要求。

2.2.4 LF爐埋弧精煉技術

泡沫渣埋弧加熱技術對提高LF爐電氣的加熱設備的熱效率、延長爐襯壽命等方面效果顯著。泡沫渣是氣—渣乳化液，當熔渣溫度、表面張力及粘度等物性條件適宜，同時在熔渣中存在彌散分布的氣泡時，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因素：一是，具有一定儲泡能力的基渣，二是，有彌散的氣泡產生。因此在氣泡存在時，合適的熔渣組成、適宜的物性是氣—渣能充分乳化、熔渣能儲泡的關鍵。目前精煉爐的渣系及堿度，為形成儲泡能力的基渣創造了良好的條件。彌散的氣泡是在氧化鐵含量較高的氧化性爐渣中，利用渣層內碳氧反應提供大量CO氣體作為氣源使熔渣發泡的。目前常用的發泡劑主要有碳粉、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，已經達到造泡沫渣的要求，對提高LF升溫速度并對包襯具有保護的作用。

3 結語

3.1 開發了石灰配合成渣技術，經2000余爐次統計，平均脫硫率71.8%，最低硫含量為6×10-6。

3.2 經過生產實踐，轉爐加頂渣后，精煉爐配一定數量的合成渣，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現。

3.3 用電石、碳化硅、碳粉做脫氧劑，渣子發泡性好，提高LF升溫速度、減少電極消耗及電量消耗并對包襯具有保護的作用。在轉爐沉淀脫氧的基礎上，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低氧硬線鋼的生產需求。

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

【參考文獻】

[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，Fluxes and Salts，2000.

[責任編輯：朱麗娜]