RH精煉渣控制工藝研究

王勃超

（1唐山不銹鋼有限責任公司，河北 063105；2河北省鍍錫基板技術創新中心，河北 063105）

0 引言

隨著高品質鋼需求的增加，品種鋼的潔凈度受到了行業的普遍關注，對鋼水潔凈度的控制也成了研究的熱點[1]。品種鋼在出鋼過程中由于其氧化性較高，目前普遍采用精煉工藝對鋼水進行脫氧、脫硫以及潔凈化處理[2]，因此，精煉渣的成分設計在冶金生產過程當中受到了技術人員以及學者的廣泛關注。RH精煉爐被廣泛用于潔凈鋼的生產，精煉渣的成分對鋼水的質量有重要的影響，精煉渣的主要作用在于吸附鋼液中上浮的夾雜物，防止鋼液的二次氧化，保溫，減少鋼包爐襯耐材以及浸漬管的侵蝕[3]。

RH具有良好的真空脫碳、脫氧、均勻鋼水成分和溫度以及去除夾雜的效果，尤其作為超低碳鋼的冶煉容器被廣泛使用，而精煉渣的成分組成控制是影響RH精煉效果的關鍵因素。為保證潔凈鋼生產要求，本文針對精煉渣的各種組成成分并結合三元相圖，對RH過程使用精煉渣的控制工藝進行了研究，為IF鋼的潔凈化生產提供一定的理論依據和生產經驗。

1 RH精煉渣的熱力學與動力學條件分析

良好的爐渣狀況和合理的爐渣成分對RH精煉渣實現其功能具有重要的影響，不僅對鋼液當中氧化物夾雜具有很好的去除效果，同時，合適的溫度、成分以及堿度能夠保證精煉渣對夾雜物的吸附具有良好的動力學以及熱力學條件，對鋼液的質量控制起到有益的作用。

1.1 吸附夾雜的能力

目前潔凈鋼對鋼液當中的夾雜物要求比較嚴格，而夾雜物的去除主要在精煉過程依靠精煉渣的吸附作用來完成，因此，精煉渣對夾雜物的吸附能力作為其主要功能之一被廣泛研究。鋼液中的夾雜物從脫氧產物的生成，碰撞上浮至鋼渣界面，最后在粘性力和界面張力的作用下被精煉渣吸附，從而達到精煉渣對夾雜物的去除的目的。RH精煉過程主要是通過加入鋁粒來對鋼液進行脫氧以及合金化處理，降低精煉渣中Al2O3的活度能夠有效提高精煉渣對Al2O3夾雜的吸附能力[4]。

通過CaO-SiO2-Al2O3三元相圖可以看出，精煉渣組分越接近CaO的飽和區，Al2O3的活度越小，但是越接近CaO的飽和區，越容易析出固態的CaO顆粒，而固態的CaO顆粒能夠明顯降低精煉渣的流動性。因此RH精煉渣除了具有較低的Al2O3活度之外，為了滿足精煉渣的流動性，還要具有合適的CaO含量。

1.2 精煉渣的氧勢

因為精煉渣是非理想溶液，因此精煉渣中FeO的活度能夠代表精煉渣的氧化性[5]。精煉渣氧勢的降低能夠降低精煉渣對鋼液的傳氧，因此能夠降低鋼液中Al2O3夾雜的生成，進而提高精煉渣對Al2O3夾雜的吸附效果。在CaO-FeO-Al2O3三元相圖中，1600℃時FeO的等活度圖如圖1所示。

圖1 FeO的等活度圖

從圖1中我們可以看出，在1600℃時，越接近CaO的飽和區FeO的活度越低，而且隨著CaO/Al2O3的升高，FeO的活度越低。因此可以通過在轉爐爐后添加鋁質脫氧劑的方式來降低RH進站精煉渣的氧勢，避免因精煉渣氧勢過高導致RH冶煉過程精煉渣與鋼液發生二次氧化、污染鋼水，導致鋼液當中夾雜物含量的升高。

1.3 精煉渣的MgO含量

由于精煉渣對鋼包渣線存在化學侵蝕以及物理侵蝕的現象，因此精煉渣中的MgO含量越高對鋼包渣線的侵蝕越小，研究表明在1200℃～1700℃時，液態渣中的飽和MgO質量分數為4.0～7.7%[6]。但是過高的MgO含量會造成精煉渣的熔點偏高，導致精煉渣的粘度增大，縮小了精煉渣的液相區，嚴重影響了精煉渣吸附夾雜的動力學條件。不同MgO含量對精煉渣的熔點的影響如圖2所示[7]，由圖2可以看出，為了保證冶煉過程精煉渣中的MgO含量處于飽和狀態，并且使其處于低熔點區域的比例盡量增大，應將精煉渣中的MgO含量設定到4～8%。

圖2 不同MgO含量對精煉渣的熔點的影響

1.4 精煉渣的堿度

精煉渣堿度的高低不但能夠影響SiO2和Al2O3的活度，對精煉渣的FeO活度系數也存在一定的影響[8]，精煉渣的堿度CaO/SiO2對FeO活度系數影響如圖3所示。由圖3可以看出，隨著CaO/SiO2的增加，FeO的活度系數出現降低的趨勢，FeO的活度即隨之降低。精煉渣氧勢的降低，同樣能夠避免精煉渣過高氧勢造成的鋼液二次氧化污染。

圖3 精煉渣的堿度CaO/SiO2對FeO活度系數影響

2 RH精煉渣的優化

為了使RH精煉渣具有較好的吸附夾雜的能力以及較低的氧勢，通過以上CaO-SiO2-Al2O3三元相圖的分析，并結合減少對鋼包渣線磚的侵蝕，采用優化后的精煉渣對RH精煉參數進行優化，并進行工業實驗，驗證優化后精煉渣的使用效果。結合現場工藝條件最終確定RH精煉渣的成分范圍如表1所示。

表1 優化后精煉渣成分 /%

3 生產實驗驗證

由于RH精煉過程產生的夾雜主要是小顆粒的Al2O3，因此本實驗采用T[O]來表示鋼水的潔凈度，也在一定程度上說明夾雜物的控制水平。

國內某鋼廠生產超低碳鋁脫氧鋼的主要流程為轉爐→RH精煉→板坯連鑄機，為滿足RH精煉需要，轉爐出鋼后對爐渣進行改質。根據上述優化后精煉渣成分對RH精煉過程的爐渣進行調整：首先在轉爐出鋼至1/3時，將鋁質脫氧劑加入到鋼渣表面來調整鋼渣的氧化性；然后對轉爐出鋼后的爐渣進行成分調整，使RH精煉渣的出站成分滿足設計范圍要求。生產實驗爐次的爐精煉渣成分分析結果如表2所示。

從表2可以看出，10爐實驗爐次RH出站后爐渣的成分能夠穩定控制在設定范圍內，針對RH出站后的氧氮樣進行T[O]含量分析，分析結果如表3所示。由表3可以看出RH出站后的T[O]含量均在25ppm以下，滿足超低碳鋼潔凈度的要求。

表2 實驗爐次精煉渣成分控制情況

4 結語

通過影響RH精煉渣性能的各項因素的分析，并結合CaO-SiO2-Al2O3三元相圖，對IF鋼RH精煉渣進行了優化設計，并對RH精煉渣控制工藝進行了研究。生產實驗表明，優化后的RH精煉渣性能滿足超IF鋼潔凈度的要求。通過實驗可得到以下結論：

（1）精煉渣較低的Al2O3活度和較高的CaO含量，可保證精煉渣具有較好的吸附夾雜的能力。

（2）精煉渣較低的FeO活度，可防止精煉渣氧勢過高導致的精煉渣向鋼水傳氧，減少由此造成的鋼液二次氧化污染。

（3）綜合考慮精煉渣的各種功能要求，RH精煉渣出站成分控制如下：FeO=6～10%，CaO=30～45%，SiO2=3～7%，Al2O3=25～40%，MgO=4～8%，CaO/Al2O3=1.2～1.7。

（4）通過有效控制精煉渣的各種組成成分，RH出站鋼水的T[O]含量能夠控制在25ppm以下，滿足IF鋼的質量控制要求。