含铝钢LF 炉精炼工艺的优化4-60[1]

1、 含铝钢LF 炉精炼工艺的优化 王 谦 何生平（重庆大学材料科学与工程学院，重庆 400044）摘 要 LF 炉精炼渣对钢水脱硫和促进Al 2O 3等脱氧产物从钢水中的去除具有重要作用。针对中、低碳含铝钢转炉生产的粗钢水O含量高和钢水C低的特点，提出了采用CaO-Al 2O 3的LF 炉精炼渣系。为满足脱硫和吸收同化夹杂的需求，控制精炼渣终渣组成中w (SiO2=47，w (CaO/w (Al2O 3=1.71.9。出钢过程中采用渣洗工艺向钢包内加入大部分精炼渣、出钢末期对转炉下渣还原处理，保证足够的软吹Ar 时间，对16MnR 进行精炼，得到了脱硫率为61.8、铸坯TO为22×10

2、6、铸坯中大型夹杂总量为15.68mg ·(10kg1的良好冶金效果。 关键词 LF 炉 精炼 低碳钢Optimization on LF Refining Process for Aluminum Containing SteelWang Qian He Shengping(College of Materials Science and Engineering, Chongqing University, Chongqing, 400044Abstract Ladle furnace (LF refining slag takes important roles in desul

3、furizing and inclusion removal from steel. According to the high O content and low C in the initial liquid steel from BOF furnace, the CaO-Al2O 3 slag system was suggested to use in the LF refining of aluminum containing steel. In order to enhance the desulfurizing and inclusion absorption for the l

4、iquid steel, the compositions of the final refining slag in LF can be chosen as: wtSiO 2=4-7, wtCaO/wtAl 2O 3=1.7-1.9. During the tapping, most of the refining slag was added into the ladle to realize slag filtration. The oxidizing slag tapped into ladle from BOF was reduced in the end of tapping. A

5、nd enough time was kept to killing the liquid steel with Ar soft blowing. By all of above methods, the steel grade of 16MnR was refined with a better result as: desulfurizing ratio was 61.8, the total oxygen content TO in slab decreased to 22×106, and the macro inclusion (50m in slab also dropp

6、ed down to 15.68mg·(10kg steel1.Key words ladle furnace，refining ，low carbon steel随着连铸技术的发展和对钢质量要求的不断提高，钢包精炼炉（LF 炉）在炼钢工艺中起到越来越重要的作用。钢包精炼炉除了采用还原气氛埋弧加热、透气砖吹氩搅拌等技术外，还引进了合成渣精炼技术，达到对初炼钢水进一步调质的作用12。通过采用高碱度、高还原性精炼渣料3可以进一步脱除钢中硫、氧；合成渣料熔化成渣后形成部分泡沫渣，可对电弧进行埋弧加热操作，减少了电弧对包衬和包盖耐火材料的损坏；LF 炉通过底部吹氩搅拌，促使钢中杂物聚集上浮，

7、与熔渣接触被吸收，可以精炼和净化钢液；电弧加热过程电极周围空气中的水分子、氮气极易电离而进入钢液使气体含量增加，通过渣层覆盖钢液，可以有效地防止吸入气体；与脱氧制度配合，对夹杂物进行变性和无害化处理。但是，要充分发挥精炼渣的作用，必须针对不同的钢种，合理设计精炼渣成分，并且在精炼渣的加入制度、LF 精炼炉操作工艺方面协调配合，才能达到预期效果。近年来许多钢厂采用LF 炉生产低碳含铝钢，如08Al 、ML08Al 、16MnR 等钢种，常反映出钢水脱硫效率较低、铸坯夹杂总量较高、脆性夹杂较多、钢水增氮较多等问题。从表象看来，LF 炉及其精炼渣似乎未发挥出应有的作用。针对这些问题，本文结合生产试验

8、研究，提出优化精炼工艺的初步设想。王谦，1966年，男，博士，教授，研究方向：钢质量和连铸及相关技术，E-mail:wangqian662007中国钢铁年会论文集1 中、低碳含铝钢粗钢水特点08Al 或ML08Al 是最典型的低碳含铝钢，成品钢C0.060.08，钢中酸溶铝Al=0.020.06，而16MnR 、A36等钢种，虽然C0.150.18，而酸溶铝含量也在上述范围内。这些钢中含有一定量的酸溶铝，主要是为了细化晶粒、提高韧性4。采用转炉冶炼这些钢种，出钢时的粗钢水具有以下特点：（1）转炉出钢钢水C含量较低，O含量较高，常达到（500800）×106，对钢水脱氧生成的脱氧产物量

9、大；（2）转炉终渣FeO 高，若下渣量过大则对后续精炼造白渣工艺带来很大的危害；（3）在允许增碳量很少的限制下，出钢过程或LF 炉内很少采用电石、碳化硅脱氧，主要采用铝锰铁、钢芯铝、铝块等脱氧，部分钢种允许较高硅含量则采用硅铁或硅锰合金脱氧。若脱氧剂配置不当，使脱氧反应生成的脱氧产物为高熔点固相夹杂，未充分上浮排除则残留在钢水中危害较大；（4）粗钢水中作为表面活性元素的O含量高，有利于减少出钢过程钢水吸氮5，避免大幅度增N，因此，对于N含量要求较低的钢种，在防二次氧化措施不充分的条件下出钢过程不宜大量采用强脱氧剂。更不宜采用电解铝生产过程中产生的铝灰等渣剂，因其氮含量较高。lg L S =lg

10、(%S/%S=lg C S +lg f S lg a 0465/T 964 （1）另外，从式（1）可知，为了加强对钢水脱硫，需要尽快对钢水脱氧和造好还原性精炼渣，以降低氧活度a 0，同时采用硫容量较高的精炼渣系。除此之外，通过分析钢水成分对硫活度系数f S 的影响发现，钢C 中C对S的活度相互作用系数e S 6.45，即钢中C含量越高，硫活度系数f S 越高，反之就越低，因此与中高碳钢相比低碳钢精炼过程脱硫难度更大。若要求成品钢中S较低，则最好采用预脱硫铁水冶炼或对钢水进行专门的深脱硫处理。根据低碳含铝钢的上述特点，应有针对性地设置LF 炉精炼工艺和精炼渣。2 LF 炉精炼渣终渣的设计思路LF

11、 炉常用的精炼渣有CaO-CaF 2、CaO-SiO 2、CaO-Al 2O 3等渣系。由于CaO-SiO 2渣系脱硫能力较弱，并且低碳含铝钢中酸溶铝较高，对渣中（SiO 2）有还原作用，因此在低碳含铝钢上难于采用CaO-SiO 2渣系。由于铝脱氧生成的Al 2O 3较多，这些产物在精炼渣中可达到10以上的含量。因此，低碳含铝钢精炼渣也不太可能采用CaO-CaF 2渣系，而是更多地倾向于采用CaO-Al 2O 3渣系。为了使精炼渣具有较好的脱硫效果和有利于对上浮Al 2O 3等脱氧产物的同化和吸收，常将精炼终渣成分选定在CaO-Al 2O 3-SiO 2相图的12CaO ·7Al 2

12、O 3生成区域，在该区域（见图16 ），Al 2O 3含量为30左右或w (CaO/w (Al2O 3=1.8左右时存在L S 较高的区域，并且在该区域精炼渣熔点较低，有利于与夹杂的结合。更重要的是，在这种渣系条件下由SiO 2引起的钢水中Al的再氧化趋势能得到抑制。所以，设计精炼终渣组成为：w (CaO=5560；w (SiO2 =47；w (Al2O 3=2832，w (CaO/w (Al2O 3 =1.71.9。 图1 CaO-Al 2O 3-SiO 2三元渣系硫分配比(1600，Al=300×10,(MgO=5 6Fig.1 Sulfur distribution ratio

13、s under CaO-Al2O 3-SiO 2 slag system at 16006 6含铝钢LF 炉精炼工艺的优化3 LF 炉精炼渣造渣方式及精炼工艺制度的优化在转炉LF 炉连铸生产流程中，生产节奏都相对较快，一般LF 炉处理钢水的节奏允许时间为2545min 。在短时间内要使精炼渣充分熔化、形成还原性白渣，达到脱硫和吸收Al 2O 3脱氧产物的目的，就需要充分利用出钢及精炼过程的各种条件为上述反应创造良好的动力学条件。为了获得上述精炼终渣成分，通常需要向钢包中添加含CaO 、Al 2O 3的造渣材料。常用的造渣材料有石灰、铝矾土、废碎耐火砖块、铝酸钙预熔料等。选择造渣材料的基本原则是

14、：（1）造渣材料尽可能含有精炼渣所需的各种组分、熔点较低，便于快速成渣。使用铝酸钙预熔料或含P 、S 较低的精炼渣返回料是较好的选择；（2）在不产生粉尘的前提下，尽量避免使用块度大的材料；（3）少用或不用在钢水中溶化成渣速度慢的材料；（4）来源方便、价格合理、对包衬浸蚀弱和不污染环境的材料。根据钢水O含量和脱氧剂用量可以估算出生成的脱氧产物数量，并在统计获得的转炉下渣量基础上，按终渣总量（脱硫和覆盖钢液面需要）和成分要求就可粗略计算出各种造渣材料用量，然后经过取样分析和修正，就能得到合理的造渣材料用量配比。为了加快成渣速度，为脱硫和吸收及排除夹杂提供足够的时间，采用出钢渣洗是一个较好的方案7。

15、在出钢末期加入还原剂对转炉下渣作还原处理。这样，在出钢结束或LF 处理初期就能很快形成白渣，对脱硫和吸收夹杂均有利。在钢水经过815min 的加热升温后，钢中S得到了有效的去除，精炼工艺就可转入软吹镇静阶段。表1列出了作者研究的某厂生产16MnR 时的精炼渣终渣成分，表2为不同精炼模式，即不同造渣方式和软吹Ar 弱搅拌制度下钢水及铸坯质量的试验对比结果。表2中，软吹Ar 时间、钢水和铸坯TO及钢水脱硫率（根据转炉终点和LF 出站钢水硫含量数据计算）各统计了56炉钢的数据，钢水及铸坯夹杂总量各抽取和测试了5炉钢的数据。从表2中可以看到，改进造渣制度以及增加软吹时间后，LF 炉出站钢中TO为29&

16、#215;106，较改进前下降60左右；铸坯TO为22×106，较改进前下降42；铸坯中大型夹杂总量为15.68mg ·(10kg1，较改进前下降约67，从脱硫看，优化精炼渣组成和改进造渣制度后，钢包渣结块现象消失，脱硫率也提高45；铸坯和钢水质量得到提高，连铸过程较改进之前更为顺畅。表1 16MnR 不同精炼模式下LF 炉终渣成分（）Tab.1 Chemical compositions of final slag under different LF refining mode for steel 16MnR ( 精炼模式模式1模式2 CaO 50.8153.72 50

17、.6961.82 SiO 2 12.0215.93 4.548.73 Al 2O 3 24.1331.77 26.4333.56 MgO 4.217.42 4.5311.21 FeO+MnO 0.782.36 0.562.40 S 0.200.29 0.430.85表2 某钢厂16MnR 钢水及铸坯质量Tab.2 Quality of molten steel and strand of 16MnR 注：LF 钢水量为7580t ，表中分子数据为平均值，分母数据为统计的数据变化范围。4 结论（1）设计低碳含铝钢精炼渣时，应考虑钢转炉出钢粗钢水O含量较高导致脱氧产物生成量多、钢水2007中国钢铁

18、年会论文集C含量较低对脱硫不利等因素，确保净化钢水和脱硫的需要。（2）CaO Al 2O 3渣系较适合作为低碳含铝钢的精炼渣，兼顾脱硫和吸收Al 2O 3夹杂的要求时可选取w (CaO=5560、w (SiO2=47、w (Al2O 3=2832、w (MgO=48，w (CaO/w (Al2O 3 =1.71.9作为LF 炉精炼终渣组成。（3）在出钢过程中采用渣洗工艺向钢包内加入大部分精炼渣、出钢末期对转炉下渣还原处理的造渣模式，结合足够的软吹Ar 时间，对低碳含铝钢可达到良好的精炼效果。用该工艺精炼16MnR ，得到了脱硫率为61.8、铸坯TO为22×106、铸坯中大型夹杂总量为15.68mg ·(10kg-1的冶金效果。参 考 文 献1 刘浏. 炉外精炼工艺技术的发展.