LF炉造渣工艺

LF炉造渣工艺摘要本文根据本钢炼钢厂炉外精炼LF生产的实际情况，从渣系的选择，渣料的加入量，加入方式以及影响脱硫效果的因素等各方面，总结了本钢炼钢厂脱硫制度。

关键词LF炉脱硫炉渣Technology of slag for LFAbstract The writing basis of LF product of practice. From slag system change、material amount、how to add and influence element of desulphurization.Key words LF Desulphurization Slag1 前言随着用户对钢材质量的要求越来越高,炉外精炼作为提升钢材质量的手段得到了迅速的发展。

在炉外精炼过程中,通过合理地造渣可以达到脱硫、脱氧甚至脱氮的目的;可以吸收钢中的夹杂物;可以控制夹杂物的形态;可以形成泡沫渣淹没电弧提高热效率,减少耐火材料侵蚀。

因此,在炉外精炼工艺中要特别重视造渣。

在我厂现有ＬＦ设备的基础上制定合理的造渣工艺,控制好埋弧、脱硫、脱氧等主要精炼环节,充分发挥ＬＦ精炼效果尤为重要。

2 LF炉的设备特点和能力本钢炼钢厂的LF&IR炉设备，引进于意大利·达涅利公司，是一座双工位处理站，于2001年11月进行热试、投产，现年处理钢水量在160万吨以上。

LF炉变压器的功率为28MV A，最高升温速率可达5℃/min，LF炉盖的微正压设计，可有效减少处理过程的吸氮现象、二次氧化现象及电极的侧面氧化。

LF整个处理过程可控制增氮量0.0010%以下；经LF炉造渣深脱硫处理后钢中全氧在0.0030%以下；LF炉的电极消耗≤0.01kg/kWh。

采用LF 炉造还原渣处理或LF炉改渣+喷粉处理，可将钢中[S]脱至0.0010%以下。

3造渣脱硫原理分析3.1 热力学原理造渣脱硫过程中，常采用石灰做为脱硫剂，其脱硫反应按离子理论可写做(O2-)+[S]=(S2-)+[O] (3-1)△Gº=71965-38T,J/molK S=[a S2-·a O]/ [a O2-·a S]=[(%S)·γS2-]/[ao2-·[%S]f S]或[%S]=1/ K S（[(%S)·γS2- ·a O]）/（[a O2-·f S] (3-2) 由式(3-2)可以看出，强化脱硫的热力学条件是：高碱度的渣（即增大ao2-）；低氧位或强还原性（即降低a O）；降低（%S）（即换渣）；以及高温操作（因△H≈71965＞0，提高温度使K S值变大）。

3.2 炉渣脱硫反应的限制性环节炉渣脱硫可分为以下几个环节：①钢液中[S]向钢渣界面扩散；②渣中(O2-)向钢渣界面扩散；③扩散到钢渣界面的[S]与(O2-)在发生反应；④反应产物(S2-)向炉渣扩散；⑤反应产物[O]向钢液中扩散。

在以上五个环节中，步骤③、⑤速度很快，不是反应的限制环节；当钢中[S]含量较低时，步骤①将成为反应的限制性因素；当炉渣碱度低时，步骤②将成为反应的限制性因素；当炉渣粘度高、流动性差时，步骤④将成为反应的限制性因素。

所以在生产实践的控制中，应控制炉渣具有较高的碱度、较好的流动性、足够的吹氩搅拌来满足动力学条件。

4精炼造渣工艺制定4. 1转炉渣对精炼效果的影响4.1 1渣中碳粒对钢中碳含量的影响在转炉出钢合金化的过程中,由于加入增碳剂(沥青焦),有部分碳粒混入钢渣中,且白灰、合金的加入温降较大,使熔渣变稠甚至硬化结壳。

其结果导致精炼前期化渣困难时间较长和就位成份碳含量不准确。

为了解决这一问题,采取了转炉按钢种下限碳含量控制,减少转炉下渣和ＬＦ送电5～8ｍｉｎ后取样的措施,确保在ＬＦ碳含量的准确控制。

4.1 2转炉下渣对精炼效果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,使钢成份、脱氧元素不断变化[1]。

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,精炼与铸机匹配不畅。

在ＬＦ精炼过程中发现钢包内转炉下渣超过100ｍｍ时加入较大数量的渣料和脱氧剂及熔剂都难以使熔渣获得良好的流动性及良好的白渣化程度,白渣化困难的主要原因是渣中ＦｅＯ含量高,脱氧剂很难在粘稠的渣中扩散,脱氧时间长。

取渣样分析的结果表明渣中(ＦｅＯ+ＭｎＯ)含量较高,这种熔渣吸收夹杂物的能力也较差。

渣厚在50～10ｍｍ之间时,化渣仍然较慢,熔渣流动性一般,白渣化程度一般,较难形成粉白渣,停电后熔渣在2～3ｍｉｎ后粘度迅速增大,这种熔渣吸收夹杂物的能力也较差。

渣厚小于50ｍｍ时,化渣迅速,送电5～8ｍｉｎ后熔渣便能获得良好的流动性,也具有良好的埋弧作用,熔渣ＳｉＯ2含量也较少,熔渣过程粘度变化小,能较早形成白渣。

分析结果表明渣中(ＦｅＯ+ＭｎＯ)含量较低。

搞好出钢末期的挡渣,尽可能地减小转炉渣进入钢包是发挥ＬＦ精炼作用的基本前提,这一点要引起高度地重视。

4.2合理的脱硫渣系炉渣的精炼能力决定于炉渣的化学性能和物理性能。

为确保熔渣具有较好的流动性、发泡埋弧作用、脱硫及吸收夹杂物的能力,钢液脱硫常用的渣系主要有 CaO—CaF2、CaO—CaF2—AL2O3、CaO—AL2O3—SiO2等渣系。

①CaO—CaF2渣系中，从脱硫考虑，CaF2含量在40%左右为最佳组成，但该渣系对耐材寿命影响较大。

②CaO—CaF2—AL2O3渣系硫容量比CaO—CaF2低，据报道，该渣系的组成在CaO≥50%，CaF2≥20%，AL2O3≤25%范围，特别是CaO：30~60%，CaF2：45~55%，AL2O3＜10%范围为最佳组成。

③CaO—AL2O3—SiO2渣系是人们研究最多，应用最广泛的一个基本渣系渣样成分CaO% MgO%SiO2% TFeO AL2O3范围19~3728 8~12107~20%144~15%9.520~30%25从表四可以看出，本钢炼钢厂精炼前渣系属于CaO—AL2O3—SiO2渣系，因此在脱硫渣系的选择上应以此渣系为基础进行研究。

根据生产实践和研究资料介绍,我们选择表2所示渣系为我厂应选择的ＬＦ精炼目标渣系。

表2 LF精炼目标渣系（％）ＣａＯＳｉＯ2 Ａｌ2Ｏ3 ＭｇＯＦｅＯＭｎＯＣａＦ2 Ｒ45～55 10～20 15～20 5～10 <0.8 <0.3 7～12 2.9～3.6 5 LF造渣脱硫实践5.1炉渣改质的方法通常转炉出钢时会有一定的氧化性转炉渣随钢流进入钢包中，在脱氧及合金化后钢包顶渣的氧化性会有所下降，但对LF炉造渣脱硫来说，其氧化性还是很高的。

同时由于渣中SiO2的含量较高，炉渣的碱度较低，不能满足LF炉进一步深脱硫的需要。

要实现深脱硫或较高的脱硫率就必须将低碱度的氧化渣改成高碱度的还原渣。

这一目的可通过两种方法实现。

方法一：转炉出钢前后不对炉做任何处理，直接到LF炉加入大量造渣材料及扩散脱氧剂，进行供电造还原渣。

方法二：在转炉出钢前和出钢过程中向钢包中加入钢包改性渣（具有脱氧及调节炉渣成分的作用），然后在LF加入适量造渣材料和扩散脱氧剂，进行供电造还原渣。

两种方法都可实现深脱硫的效果，但方法二具有成渣快、脱硫速度快、脱氧剂消耗少、处理周期短的优点。

按方法二对炉渣成分进行改质，转炉出钢过程不加改性渣与出钢过程中加改性渣及LF炉处理后的最终炉渣成分的变化对比情况如表3所示。

钙前 5.33 30.96 47.46 0.01 1.03 0.24 14.13 0.24 98.90 9.66 2.84 钙后 5.32 33.26 44.90 0.01 1.02 0.27 14.53 0.18 99.49 8.53 2.62 从表1可以看出，转炉出钢后碱度较低而氧化性很高，若在出钢过程中加入改性渣，则可使碱度明显提高、氧化性明显降低，经过LF炉继续造渣处理后，炉渣变成十分有利于的高碱度的还原渣。

5.2 炉渣氧化性与脱硫率的关系由式(3-1)可知，在脱硫反应过程中会在反应界在产生[O]，若炉渣中含有较多的（FeO+MnO）将会直接阻止脱硫反应的进行。

因此在实际生产中必须严格控制炉渣的氧化性，尽可能降低炉渣中的（FeO+MnO）含量，并持续保持。

图1从图1可看出，随着炉渣中的（FeO+MnO）含量的降低，脱硫率呈明显上升趋势。

当炉渣中的（FeO+MnO）含量大于是2.9%时，脱硫率小于25%；当炉渣中的（FeO+MnO）含量小于是1.9%时，脱硫率大于55.6%；当炉渣中的（FeO+MnO）含量为1.5%时，脱硫率为69.7%。

因此在实际生产中若取得深脱硫效果或较高的脱硫率，应将当炉渣中的（FeO+MnO）含量控制在1.5%以下的水平。

5.3 炉渣碱度的控制炉渣中的(O2-)为脱硫反应的反应物，因此需要向炉渣中提供足够的(O2-)，同时还要减少炉渣中的（SiO2），以减少二氧化硅络离子对(O2-)的争夺。

炉渣中的(O2-)主要由向（CaO）、（MgO）提供，转炉出钢后通常炉渣中的（MgO）含量为8~13%，随着造渣材料的加入，炉渣中（MgO）的含量逐渐降低，但应注意适当保持其含量，否则会影响钢包的使用寿命。

而炉渣中的（CaO）含量也不能太高，过高的（CaO）含量会导致炉渣熔点升高、流动性变差，使脱硫的动力学条件变差，对脱硫效果的影响很大。

合适的炉渣成分控制为（CaO）50~55%、（MgO）7~9%、（SiO2）＜10%。

随着ＣａＯ的加入炉渣碱度升高,炉渣硫容量增大,脱硫能力增强。

当碱度达到一定值时,随着炉渣碱度增大,渣中ＣａＯ含量升高,熔渣粘度增大,渣钢界面硫扩散成为限制环节,使炉渣脱硫的动力学条件变差,再继续提高炉渣碱度,脱硫率反而下降。

5.4 ＳｉＯ2对脱硫、脱氧的影响熔渣中ＳｉＯ2含量普遍较高,主要是转炉下渣较多。

含Ｓｉ、Ｍｎ较高的钢原始渣中ＣａＯ低、ＳｉＯ2高,熔渣基本成中性,渣中ＳｉＯ2高达20%以上,精炼后ＦｅＯ<0 5%的较少,而在1 0%左右的较多且脱硫效果差。

原因在于渣量多、精炼新加ＣａＯ等渣料熔化时间长使渣中脱氧剂扩散困难,ＳｉＯ2含量高,碱度低,熔渣组元活度受到影响。

5.5Ａｌ2Ｏ3含量对脱硫的影响脱硫率随Ａｌ2Ｏ3含量的增加呈下降趋势。

这是由于渣中Ａｌ2Ｏ3是两性氧化物,在碱性还原渣中Ａｌ2Ｏ3呈酸性,随着Ａｌ2Ｏ3含量的增加炉渣碱度降低,使炉渣的脱硫能力降低。

但从生产中可以看出,渣中适当添加Ａｌ2Ｏ3可以明显降低渣系熔点,促进化渣。

因此,要获得良好的冶金性能兼顾其脱硫能力和物理性能,即渣中应添加一定量的Ａｌ2Ｏ3。