白渣技术

摘要：
白渣精练是根据扩散脱氧的原理得来的，所谓扩散脱氧就是在炼钢的过程中钢水中的氧和渣中的氧成一定的比例，利用脱氧剂脱去渣中的氧由于钢渣中的氧被脱去这时钢水中的氧就会进入到钢渣，而这时可以再向钢包中加如脱氧剂再把钢渣中的氧脱去，如此循环几次以达到钢水脱氧的目的。

众所周知，氧在钢水里对连铸浇注很不利可能会出现钢胚气孔鼓肚而且对钢的质量也是有影响的，所以脱氧是炼钢的基本任务之一。

白渣精炼能很好的完成钢包脱氧的效果至于氧到底被脱了多少怎么才能脱氧彻底，那就要根据自己的观察来采取措施。

根据第二炼钢厂LF炉精炼造渣工艺的特点，利用炉渣组元CaO、SiO2、Al2O3、CaF2进行分析研究，制定出合理的渣系配比和快速造白渣制度，尽快形成炉内还原性气氛。

通过实践取得了稳定的脱硫、脱氧效果，成分和温度控制精度较高，充分发挥了LF炉精炼的效果。

1 前言
随着用户对钢材质量的要求越来越高，LF炉精炼作为提升钢材质量的手段得到了迅速的发展。

在LF炉精炼过程中，通过合理快速的造白渣，尽快营造出炉内稳定的还原性气氛，可以达到脱硫、脱氧的目的，可以吸收钢中的夹杂物以及控制夹杂物的形态，可以精确控制成分；通过形成的白泡沫渣，埋弧效果好，热效率高，减少了耐火材料侵蚀。

我厂在原有造渣工艺的基础上，制定出如何快速造白泡沫渣，控制好埋弧、脱硫、脱氧、精确控制成分和温度等主要精炼环节，充分发挥LF炉精炼效果尤为重要。

2 主要设备基本参数
钢包运输车：行走速度 2～20m/min，最大载重量 180t。

加热装置：电极直径Φ400mm，电极最大行程 2700mm，电极分布圆直径680mm，升温
速度 4～6℃/min。

电炉变压器：额定容量 18000KVA，一次电压 35KV，二次电压 335-295-235V，二次额定
电流 35.23KA。

氩气系统：供气压力 1.2MPa，工作压力 0.25～1.0MPa。

冷却水系统：工作压力 0.4～0.6MPa，回水压力 0.2～0.3MPa，进/回水温度≤32/55℃。

3 精炼快速造白渣工艺制定
3.1 转炉渣对精炼造渣的影响
3.1.1 渣中碳粒对精炼造渣及钢中碳含量的影响
冶炼中、高碳钢时，在转炉出钢合金化的过程中，由于加入增碳剂，有部分碳粒混入钢渣中，且加入顶渣后温降较大，使熔渣变稠甚至硬化结壳。

其结果导致就位成分碳含量不准确，并且熔渣中的碳粒参与脱氧，由于熔渣中的碳粒难以量化，使得造渣过程中脱氧程度难以控制。

为了解决这一问题，采用钢包在线吹氩，增加碳粉的回收率，钢包进入LF位后增加供氩气强度，确保混入熔渣中的碳粒完全熔化。

3.1.2 转炉下渣对精炼造渣的影响
转炉出钢过程中下渣时，炉渣受钢流的混冲乳化起到了充分氧化钢液（消耗脱氧剂和铁合金）的作用。

到精炼的运输过程中对钢包中钢液起到长时间的氧化作用，使钢成分、脱氧元素不断变化。

这种原始渣氧化性强，炉渣氧势高且渣中SiO2含量较高、碱度低，给LF精炼脱氧造成极大危害，造渣时间延长。

在LF 精炼过程中发现钢包内转炉下渣渣层厚度小于50mm时，可迅速化渣，送电4～7后熔渣便能获得良好的流动性，也具有良好的埋弧效果，熔渣SiO2含量也较少，精炼过程熔渣粘度变化小，能较早形成白渣。

因此搞好转炉出钢末期的挡渣，下渣量大时进行炉后扒渣，尽可能减少转炉渣进入钢包是发挥LF精炼作用、迅速造白渣的前提。

3.1.3 转炉加顶渣对精炼造渣的影响
为减轻LF炉负荷，将部分造渣及改质材料的熔化及脱氧任务转移到转炉中完成成为一种趋势。

我厂采用在转炉出钢时向钢包配加顶渣，利用钢水动能及钢水显热将顶渣部分熔化，并进行终渣预脱氧。

通过一定强度的吹氩搅拌，确保钢包渣熔化，减少了在LF炉加入的渣量，缩短了LF炉化渣时间。

从渣样的对比可以看出，加入的顶渣对钢包内原始渣起到改质及预脱氧的作用，碱度提高，氧化性降低。

钢包到LF位后，加入其余石灰、精炼剂、萤石等渣料，增加氩气流量，在进行加热前保证精炼渣基本形成，LF炉加热造渣期间进行渣的脱氧和调整渣的碱度、流动性，确保在前期尽快形成白渣。

3.2 合理的精炼渣系
3.2.1 LF精炼目标渣系的选择
炉渣的精炼能力决定于炉渣的化学性能和物理性能。

为确保炉渣尽快形成，具有良好
①
的流动性、发泡埋弧作用、脱硫及吸附夹杂物的能力，根据生产实践和研究资料介绍，我厂选择LF炉精炼目标渣系如表1所示：
表1 LF炉精炼目标渣系（%） CaO 45～55
SiO2 10～20
Al2O3 12～20
CaF2 7～12
MgO 5～10
FeO ＜0.7
MnO ＜0.3
R 2.9～3.6
3.2.2 炉渣碱度对精炼造渣的影响
随着炉渣碱度的提高，CaO活度提高，脱硫能力增强。

但是随着碱度的提高，特别是第二批CaO的加入，炉渣的流动性降低，不利于精炼的化渣，因此应控制炉渣碱度在适当的范围，经实际生产中取渣样分析，碱度控制在3.2左右。

3.
2.3 炉渣中Al2O3对精炼造渣的影响
②
由于渣中Al2O3是两性氧化物，在碱性还原渣中Al2O3呈酸性，当渣中Al2 O3≤30%时，随着渣中Al2O3含量的提高，炉渣的熔点降低，流动性提高，有利于化渣。

但随着渣中Al2O3含量的提高，对于吸附钢中Al2O3基夹杂物不利。

因此要获得良好的冶金性能和物理性能，即渣中应添加一定量的Al2O3，使其含量控制在一个适当的范围。

3.2.4 炉渣中CaF2对精炼造渣的影响
渣中含有一定量的CaF2能帮助化渣，是良好的助熔剂，并且短时间内可以改变炉渣的流动性。

但萤石用量过多时，炉渣变稀,会破坏包衬，并且不利于夹杂物的去除，因此应控制CaF2在一个合适的范围。

3.2.5 熔渣氧化性对精炼造渣的影响
炉渣的氧势对脱氧过程影响极大，氧势越低，脱氧速度越快。

而降低炉渣氧势的可靠措施就是降低炉渣中（%MgO+FeO）含量和提高碱度。

在这种脱氧制度下，渣中MgO、FeO这些不稳定氧化物向钢液中扩散供氧反应成为可能，在白渣化差的情况下钢中氧含量回升以被现场定氧证实，同样LF处理过程中硅元素降低损失也说明了这一点，只有提高炉渣碱度，尽早使炉渣白渣化，才能抑制这一供氧反应的进行。

因此为尽快营造出LF炉的还原性气氛，渣中（%MgO+FeO）含量越少越好，通过转炉挡渣出钢可以避免大量氧化性炉渣进入钢包内，从而降低炉渣氧化性是LF炉迅速造白渣的前提。

3.3 合理的渣量选择
③
稳定埋弧的渣厚应≥100mm（因弧长为70～90mm），而转炉下渣渣层厚度为20～50mm，
3
因此要求新加渣料量厚度至少在50～80mm。

钢包内熔渣面积5.3㎡，熔渣密度2.6g/cm，新加渣料量应为为690～1100kg，充分考虑泡沫渣工艺特点，渣量应适当减少，因此新加渣料量控制在600～1000kg。

根据以上计算及实际渣系成分确定新加渣料总量为900kg（包括转炉顶渣、石灰、精炼剂、萤石、脱氧剂），根据生产实践，埋弧效果较好。

3.4 脱氧剂的选择
根据不同的精炼钢种，我厂主要采用的脱氧剂有：电石、碳化硅、硅钙粉、硅铁粉、铝灰、铝粒。

3.5 LF精炼造渣工艺流程
转炉出钢加顶渣钢包到位加第二批渣料送电加热加脱氧剂造白渣、保白渣。

4 技术效果
4.1 造渣情况
4.1.1 通过跟踪中、高碳类钢68炉次的情况，送电6分钟后，炉渣完全化透，取渣样成分
如表2：
表2 实际生常中炉渣的渣样成分（%）项目平均值
CaO
50.18
SiO2
14.1～19.6 17.12
Al2O3
11.6～21.1 14.68
CaF2
6.1～9.8 8.01
MgO
5.6～10.6 7.78
FeO
0.21～0.89 0.81
MnO
0.04～0.36 0.16
变化范围 45.2～56.8
送电10分钟后取渣样成分如表3：
表3 实际生常中炉渣的渣样成分（%）项目平均值 4.1.2
CaO 49.66
SiO2 13.2～18.8 15.28
Al2O3 12.8～20.2 15.52
CaF2 4.2～8.9 6.86
MgO 6.1～12.1 8.82
FeO 0.18～0.82 0.48
MnO 0.01～0.29 0.08
变化范围 46.8～54.6
通过对渣样的统计分析，基本达到预定的目标值。

通过采用转炉出钢加顶渣并对炉渣进行预脱氧，钢包到位后加第二批渣料，并增加氩气搅拌强度，缩短了化渣时间和造白渣时间，新旧工艺对比效果如表4：
表4 新、旧工艺化渣、造渣效果对比（min）项目
新工艺精炼化
渣 1.0～4.8 2.97
旧工艺精炼化
渣 3.6～22.8 9.55
新工艺精炼造
白渣 4.2～10.6 6.72
旧工艺精炼造
白渣 6.7～26.8 14.32
单炉时间平均时间 4.2
氧控制情况
随机统计了40炉次中、高碳钢精炼造渣工艺更新前后的钢材全氧含量情况，统计分析表明，全氧含量大大降低（平均降低10.8ppm），统计结果如表5：表5 新、旧工艺全氧含量对比（ppm）
项目全氧含量平均全氧含量
4.3
新工艺 16～32 23.8
旧工艺 22～56 39.6
脱硫效果
通过跟踪中、高碳类钢68炉次的情况，统计分析表明，LF炉的脱硫能力较以前（脱硫率66.8%）有所增强，统计结果见表6：
表6 脱硫效果（%）
项目变化范围平均值
4.4
到站 0.011～0.026
0.018
出站 0.001～0.012
0.004
脱硫率 55.5～87.6
78.2
成分和温度控制精度通过跟踪中、高碳类钢68炉次的情况，LF炉对成分和温度控制精度能够满足工艺要求，
统计结果见表7：
表7 成分目标值（%）和温度目标值（℃）控制精度
C ±0.01
Si ±0.02
Mn ±0.01
Al +0.005～0.015
微合金元素±0.002
温度±5
5 结论
通过优化LF炉精炼迅速造白渣工艺，缩短了炉内化渣、造白渣时间，取得了较好的脱硫、脱氧效果，成分和温度控制精确度较高，充分发挥了LF炉优良的精炼效果。

精炼造渣主要包括合理控制渣量，炉渣氧化性和炉渣碱度三个方面。

实际生产中受钢包净空(钢包净空300mm)限制，实际渣量控制在500kg/炉，即10kg/t 钢左右，碱度通过采用高活性小颗粒石灰控制在3～4左右。

转炉炉渣FeO含量一般在10%～25%左右，因此转炉炉渣脱硫能力较差。

为提高LF炉脱硫能力，必须将炉渣中氧含量降低。

实践证明，当炉渣中FeO含量低于2.5%后，炉渣的脱硫能力逐步提高，特别是当FeO含量低于1%后，炉渣脱硫能力显著提高。

一般厂家的生产工艺是，初期使用铝粒造还原渣。

用铝粒造还原渣，造渣较快，脱氧程度较高，但其使用成本高，渣子稀，无泡沫，渣层薄，埋弧差，加热时有增C现象，不能提高吹氩强度，造成脱硫速度慢。

对熔渣碱度也有影响。

相对转炉氧化性炉渣而言，LF炉脱硫是在还原渣条件下进行的，因而其脱硫效率要远远高于转炉。

LF炉精炼脱硫，首先要形成还原性的白渣，将氧化性钢包渣子进行还原，渣中w(FeO-MnO)<1%还原才比较充分。

然后钢水和炉渣中的氧以FeO形式被渣子吸收，在白渣中还原，并达到一定的平衡值。

这是脱硫去夹杂的基本条件，在一定碱度和氩气环境下，CaO被还原渣中A1、C、Si等元素还原出Ca。

Ca与钢水中的硫反应形成高熔点CaS进入炉渣。

LF炉脱硫效率受钢水条件、炉渣状况、动力搅拌及操作多方面影响。

由此，影响脱硫的主要因素如下。

炉渣碱度:渣中含有CaO是脱硫的首要条件，提高渣中CaO浓度有利于脱硫反应的进行。

生产实践表明，碱度R=2.5～3.5时脱硫效果最好；
(2)渣中FeO含量:随着FeO含量的降低有利于脱硫反应进行；
(3)渣量:适当加大渣量可以提高CaO含量，稀释CaS浓度，对脱硫有明显效果；
(4)搅拌能力:满足脱硫的热力学条件后，限制环节变为硫在钢中的扩散与硫在渣中的转移。

因此增强搅拌能力，增大有效反应面积可提高脱硫速率。

济钢一炼钢结合自身的生产特点开发了造白渣脱硫技术。

出钢过程加完合金后，开始加第一批造渣料，到精炼位后加入部分化渣剂化渣，待化透后开始加热，在加热过程中，加第二批渣料，渣料熔化良好后，加入第一批脱氧剂(约为总量的2/3)。

当精炼成份微调后，此时钢渣应变黄白色，接着加入第二批脱氧剂(约为总量的1/3)约3～5min后，钢渣应全部变为白渣，保持白渣时间约为10～
15min。

渣料配比为石灰:萤石=5～6。

(1)渣量控制
适当的渣量是脱硫的首要条件。

渣量小，渣中碱度达不到要求，不利于脱硫；渣量过大，虽可以提高脱硫率，但原材料和电耗也增加。

同时，炉渣过厚，脱硫反应时间过长，不利于调节生产节奏。

目前，济钢一炼钢在生产中对于要求深脱硫的钢种，一般渣量占钢水量的1%左右。

脱硫时实际渣量控制在500kg/炉，即10kg/t钢。

在生产中，0.5t的渣料不是一次性加入，而是分批加入。

第一次在加热前加入0.3t左右，含CaO>50%的精炼渣，剩余0.15～0.2t的则为硅钙粉、碳化硅和石灰等在处理过程中分批次根据炉渣状况加入。

(2)渣况判断及渣性控制正常情况下LF炉渣子颜色随着氧化性变化，渣子氧化性不同，其颜色也不同。

同时炉渣碱度不同，其物理状态也不同，因此可以利用观察渣子状态来判断其氧化性和碱度情况。

为及时了解炉渣特性，需要对炉渣外观物理特性有所了解。

实际生产中，使用烧氧管粘钢包内炉渣，观察炉渣颜色形状，来判断渣子氧化性和碱度等化学性质。

然后做相应调整，保证炉渣合适的理化性能。

白渣是一种碱性渣，具有良好的脱氧和脱硫能力。

造白渣的好坏直接关系到钢液脱硫的效果。

而评定白渣的好坏首先是看渣色，不仅看炉渣白的程度，而且要看白渣保持时间。

白渣颜色稳定，且保持时间长，才能说明钢液脱氧良好。

碱性渣随着炉渣的氧化性而呈现不同的颜色，所以渣色是炉渣与钢液脱氧程度的标志。

随着炉渣氧化性的减弱，炉渣颜色也逐渐变浅，由黑色→棕色→黄色→淡黄色→白色变化。

济钢一炼钢LF炉造白渣脱硫主要是在稀薄渣熔化形成后，添加SiC粉使炉渣具有还原性，逐步使炉渣变白。

由于受设备限制，LF炉在加热前所加精炼渣由天车吊至LF炉平台。

精炼渣主要含CaO>50%，然后进行加热化渣处理。

待精炼渣基本熔化时，加入第1批SiC粉，第1次加热结束，测温取样同时观察炉渣状况，氧化渣一般呈黑色。

如果炉渣呈淡黄色、黄色、棕色以至发黑时，说明炉渣脱氧不良，需进一步脱氧。

如果炉渣呈白色或稍带一点灰色，说明炉渣脱氧良好，可以不加或少加SiC粉。

济钢一炼钢在造白渣处理中，为了加速炉渣脱氧，在加SiC粉时，也采取加适量铝粒进行脱氧。

在造白渣过程中SiC粉的投入量占总渣量的20%左右，即SiC粉投入量在100kg左右，加铝粒是为了加速脱氧，投入量约为20kg。

造好的白渣呈均匀的小泡沫，用渣棒粘渣，渣层均匀。

冷却后表面呈白色鱼子状，断面白色带灰色或细线，且疏松多孔，冷却后会自动粉化成白色粉末。

这是最理想的白渣现象。

如没粉化，则碱度不够，仍须加石灰调整。

所以在处理时，也须人工加精炼渣调整碱度。

将成品硫含量控制在钢种要求上限以下5～10个范围以内，是降低成本的关键。

参考文献
①③赵保国，LF精炼造渣工艺研究，包钢科技，《包钢科技》编辑部，20 03，增刊。

②陈家祥，钢铁冶金学，冶金工业出版社，1990。