临钢炼钢厂LF精炼炉工艺实践
临钢炼钢厂LF精炼炉工艺实践
摘要概述了山西新临钢钢铁有限公司炼钢厂30t钢包精炼炉投产3个月以来的基本工艺状况、冶金效果,包括钢水加热、底吹氩、成分控制、脱氧和钢液纯净度控制。
近年来,钢铁冶金新技术、新工艺得到了长足的发展,而炉外精炼技术作为其中重要的一环,及它对提高钢的内在质量、改善钢材的性能、满足品种钢冶炼的需求已经越来越引起人们的重视。LF精炼炉因其设备投资较少、精炼效果明显而迅猛发展,已成为开发钢种、提高质量的主要精炼设备之一,国内已形成了转炉+LF炉+连铸的工艺路线。山西新临钢钢铁有限公司LF钢包精炼炉于2005年8月投产热试,经过3个月的工艺实践,LF精炼炉已发挥其良好的精炼脱氧优势,有效地起到了改善钢的内在质量和控制钢水温度的作用。1LF炉的设备概况工艺技术参数公称容量:30t
正常处理钢水量:30t最大处理钢水量:32t最小处理钢水量:20t
变压器额定容量:5500kVA+20%一次电压:10kV
二次电压:215V189V150V
调压方式:无励磁调压前三档为恒功率,后三档为恒电流精炼周期:~22min
2LF精炼工艺制度及钢水处理效果工艺流程:转炉2×LF炉连铸转炉的冶炼周期为22min,连铸的生产周期为16min~17min。为保证生产连续快速进行,临钢炼钢厂采用2座LF炉配1座连铸机的生产工艺,且本厂LF工艺的特点是精炼周期较短,这就给LF精炼造渣工艺带来了较大难度。在热试期间,炼钢厂采取了多种造渣脱氧工艺,经过反复比较,最终形成了比较适合炼钢厂的一套工艺制度。2.1转炉控制
2.1.1出钢下渣控制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的作用,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,给精炼脱氧造成极大危害。根据临钢目前的转炉设备工艺状况,具有较好精炼效果的转炉下渣的渣层厚度不大于70mm。2.1.2转炉成分控制
在转炉出钢脱氧合金化的过程中,由于加入增碳剂(碳粉),有部分碳粒混入钢渣中,且合金、脱氧剂、精炼渣的加入使出钢温降较大,使熔渣变稠甚至硬化结壳,导致精炼前期化渣困难、时间较长和就位成分碳含量不准确。另外,由于LF炉加料口较小,精炼周期较短,我们采取了精炼过程不进行合金的成分微调,转炉按钢种中限控制合金成分,按钢种下限控制碳含量,减少转炉下渣的工艺措施,确保在LF炉合金和碳含量的准确控制。2.1.3出钢时加渣料
研究表明,单独用脱氧剂如Fe-Mn脱氧,发生如下反应:[Mn]+[O]=(MnO)[Fe]+[O]=(FeO)
生成Mn(Fe)O,并不能把氧脱到很低的程度。但是随着脱氧产物Mn(Fe)O在渣溶解,其热力学活度降低,促进了脱氧反应的进行,使钢中溶解氧降低,如图1所示。无渣的情况下脱氧产物为Mn(Fe)O,钢中溶解氧较高,故出钢前应将配好的渣料加入钢包中且放在钢流冲击处,充分利用出钢时钢水冲击的动能,加强渣金属的混合,达到脱氧、脱硫的目的。为此,我们采取了出钢过程加精炼渣的工艺制度,采取的精炼渣渣系为:CaO-Al2O3-MgO,主要成分见表1:表1精炼渣系的主要成分
成分W(CaO)W(Al2O3)W(MgO)W(Fe2O3)W(TiO2)精炼渣%45.929.51.91.31.6钢包中的w(Mn)/%
图1在有渣和无渣条件下Fe-M的脱氧情况2.2加热制度
30t钢包精炼炉的二次测电压范围为150V~加热制度215V,分为4档,调方式为有载或无载。热调试数据表明,实际的钢液升温速度与初始钢液温度、出钢时合金和脱氧剂的加入量、造渣剂的加入量、钢包运转周期等因素有关。实践表明,处理初期采用中等电压、大电流操作以快速化渣提温,当炉渣化好后可根据钢水温度情况,采用不同电流,短电弧加热,弧流变化范围为10000A~16800A。2.3吹氩制度
底吹氩在LF炉处理过程中发挥的作用十分重要。底吹氩对化渣、调节成分、脱硫、脱氧及夹杂物的上浮均有较大影响。搅拌强度与钢包带渣量和钢水温度也有较大关系。实践表明,LF精炼炉到吊包工位后,接吹氩管进行旁吹破壳,破壳后流量稍微变小,以钢水不裸露为准。到加热工位后,根据透气砖透气情况,采取中等强度的氩流量进行搅拌。钢包出加热工位喂Ca-Si丝后,进行软搅拌。氩气流量变化范围约为300NL/min~50NL/min~20NL/min~10NL/min。2.4造渣工艺
LF炉精炼造渣过程的核心任务是尽快形成FeO含量小于1%的强还原性渣,即白渣。能否尽快形成白渣,并使钢水在还原气氛中有足够的精炼时间是保证钢液脱硫和净化钢水质量的关键。在LF炉热试期间,考虑造渣剂成本和精炼周期等因素,经多次实践,形成了较好的精炼造渣工艺制度。即钢包至LF炉,底吹氩旁吹破壳后,首先喂铝线把钢中的溶解氧脱到最低限度,Al脱氧反应为,然后加入电石、铝粉等脱氧剂,转至精炼工位后,测温取样,供电精炼。精炼过程中,根据实际情况分批加入石灰、电石、铝粉等渣料,总量约为350kg~400kg。供电结束后,LF炉转至等待工位,喂硅钙线,软吹3min~5min,吊包出工位。精炼过程白渣形成时间约需6min~10min。3LF钢水处理效果
3.1渣中(FeO+MnO)含量和熔渣碱度
有关资料表明,当熔渣中w(FeO+MnO)在1.0%以下时,钢液内的氧将向与之接触的熔渣内扩散,从而降低了钢液中的氧浓度,保证一定的炉渣碱度,控制包渣碱度R在3~4.5之间,会使炉渣具有较高的脱硫和吸附夹杂能力。
热试过程的数据表明,在出钢挡渣正常的情况下,对于出钢时w(FeO+MnO)为7%~14%,碱度R为2.5~3的钢包顶渣,经LF炉精炼后,大部分炉次渣中w(FeO+MnO)变为1%左右,碱度提高到3~4之间,有效降低了钢中的氧含量。3.2成分控制
经LF炉处理后钢水成分变化不大,在渣厚小于100mm情况下,经喂丝、添加碳粉、加入渣料后,可适当增加部分合金元素的含量。w(C):由于转炉C含量按规格下限控制,考虑石墨电极加热增碳量,根据目标要求加入碳粉,可使钢中w(C)增加0.01%~0.08%。w(Si):由于精炼还原脱氧和加入硅钙线使钢中平均上升-0.01%~0.04%之间。w(Mn):由于加入碳粉、电石和铝粉,使部分MnO被还原,回锰量约为0.01%~0.06%。w(P):精炼处理时,随着炉渣脱氧反应的进行,存在回磷现象,回磷量为0.001%~0.006%。w(S):随着炉渣氧化性降低,钢水流动性渐好,脱硫条件得到改善,处理结束后,脱硫率平均为14.96%,最高达41.66%。3.3钢中气体和夹杂
在实际生产时,转炉出钢采用硅铁、锰铁、钢芯铝、硅钙等合金和脱氧剂进行脱氧,钢包精炼时,进一步采用喂铝线脱氧,可以使钢中的氧含量降低,而炉渣中(FeO+MnO)含量的降低和炉渣碱度的提高,使钢中氧向炉渣中扩散成为可能,但在白渣化较差的情况下,钢中氧有可能回升。经过3个月的工艺实践,LF炉发挥了较好的脱氧优势,脱氧率最高为84.04%,平均为66.61%。钢中氮含量稍有增加,平均为32×10-6,氮含量控制都在标准范围内。
转炉出钢过程加部分硅钙,精炼结束喂硅钙线,使钢中Al2O3夹杂和MnS夹杂由链条状转变为易上浮排除的液态球状氧化物,起到了提高钢液纯净度,消除机械性能影响的作用。金相检验表明,经精炼后的铸坯中只有级别较低的球状氧化物夹杂。4结论
(1)LF炉发挥了较好的脱氧优势,脱氧率平均为66.61%,铸坯纯净度得到改善。
(2)转炉下渣量不稳定给精炼操作带来一定难度,钢包内渣层厚度不大于70mm是今后一段时间内的攻关目标。
(3)LF炉的工艺制度还需要继续研究,对于如何解决渣料快速熔化,提高渣铁的硫容比,以进一步提高脱硫率是今后需要解决的问题。
扩展阅读:LF精炼炉实习总结
LF精炼炉实习期工作
总结
学习是不能盲目的,一味的东一头西一头的去学习只会事倍功半,所以我在进入实习期以前就拟定了一个学习提纲。大致提纲如下:
1.了解LF炉生产工艺,及炼钢厂工艺流程。2.掌握精炼工作岗位各项操作的操作方法。
3.学习精炼冶炼技术相关知识,并通过实践应正所学知识。通过两个月的实习,我已能够完成测温、取样、喂线、看渣、更换电机、底吹氩气控制、台车控制、升温、送料等操作。在培训期间独立主操炼钢26炉次,所炼钢种包括195L、SPHC和Q235B。下面结合本人所掌握LF炉理论知识和实践操作做简要总结如下:
从精炼的作业顺序来看,LF的操作工艺主要分为以下几个方面:
1.钢包的控制和吹氩的控制。2.脱氧的控制。3.温度的控制。4.造渣的控制。
5.成分控制和钢水纯净度的控制。一.冶炼前相关准备和要求:冶炼前必须确认LF炉设备是否正常,包括电极准备、设备确认、通电准备、冷却水准备、合金辅料准备、氩气准备。与此同时LF炉冶炼虽然具有较大的可调控能力,但LF炉的冶炼是基于转炉冶炼后对转炉钢水进行进一步处理,为了LF的高效运转,LF精炼炉冶炼一般对转炉的出钢有一定的要求,以保证钢水精炼处理过程的顺利实施,高效LF炉对转炉钢水的主要要求有:1.转炉出钢成分要控制好,中高碳钢尽量高碳出钢,低碳钢尽量把出钢碳含量控制在0.45%以上。出钢碳含量越低钢水氧化度越高,进而使脱氧操作困难。
2.转炉出钢应尽量避免下渣出钢,否则会加大LF脱氧操作的难度。同时挡渣可以减少各类脱氧剂的消耗量,并减少回磷量。3.转炉出钢时应加入足量的合金及脱氧剂(铝线、钙线或其他脱氧剂),从而降低钢水中的氧含量。
4.转炉出钢应控制合适的出钢温度,以便于钢液的温度控制和脱
氧。
二.LF炉温度的控制:
影响温度控制的主要因素包含有:
1.包况:包壁蓄热,特别是是距包壁内表面40mm以内区域的包衬蓄热对出钢温度影响较大,钢包内壁温度对出钢温降有明显影响。
2.加入合金料对温度的影响:大部分的合金料熔化需要吸收热量,控制好加入合金料的量对温度的控制相当关键。3.加热的基本要求和操作如下:
(1)如果钢水到站测温值低于LF开始处理的温度要求,应先供电升温。
(2)如果熔渣较干不易埋弧,应采用抵挡电压加热。(3)加合金料、测温取样时应断电操作。
(4)电弧加热可使钢液的升温速度达到0.5--4.5℃/min。备:熔渣稀薄时,散热速度较快。
(5)连续升温10分钟以上应停止加热1--5分钟,并适当增加吹氩强度,使钢水温度均匀。三.脱氧的控制:
LF的脱氧方式分为沉淀脱氧和扩散脱氧两种。沉淀脱氧就是添加合金或者脱氧剂进入钢液内部,在合金化的同时,达到脱氧目的的方法。沉淀脱氧包括合金化、添加铝铁脱氧等方法;扩散脱氧主要是利用了氧在钢渣间的浓度存在着定量关系的原理,通过不断的降低钢渣中的含氧量,促使钢液中的氧不断的向钢液中扩散,达到降低钢液中氧含量的一种脱氧方法。四.造渣的控制:
一)炉渣碱度的控制:以CaO-SiO2-Al2O3为主的熔渣,精炼炉渣的碱度主要取决于CaO/SiO2的量,CaO/SiO2在2.5-3.0之间,精炼渣中不稳定氧化物(FeO+MnO)的量在1%-5%之间,对夹杂物的吸附有一定的效果。
以CaO-SiO2-Al2O3-MgO为主的熔渣,碱度越高,炉渣的熔点越高,保持合理的炉渣碱度(1.5-4.0)很重要。其中造渣的碱度是随着冶炼的进程逐渐增加的。二)LF造渣的控制步骤:
LF炉造渣对钢水精炼效果和提高包衬使用寿命很关键,造渣的要求如下:
1.造渣材料主要为石灰、萤石以及造白渣用的还原剂,其加入比例为石灰:萤石为(6-8):1出钢时向钢包中加入约占出钢钢水0.5%-0.8%的石灰及相应的萤石。在精炼开始后可根据情况适当补加石灰及萤石,但石灰加入总量应控制在钢水量的0.8%-1.0%,并且精炼渣量一般为钢液重量的1.5%-2.0%,渣层厚度应在90-160,以确保良好的精炼效果。
2.根据钢水中硫含量及成品硫的要求,可适当调整渣量,转炉加入的渣料熔清,合金熔化均匀以后开始加入渣料,分批加入石灰及预熔合成渣。第一批加入石灰150-300kg预熔渣50-150kg,处理过程再追加1-2批石灰,每批50-200kg一般等上批料溶化后在加入下一批。
3.造渣期间,要随时观察渣的流动性,太稠则加入萤石,太稀则加入石灰进行调整。
4.造白渣操作:对冶炼合金含量比较高或对气体、夹杂物要求比较严格的钢种,为提高合金收得率或达到良好的脱气及去除夹杂物的目的,要求进行白渣操作。具体操作方法是:LF炉初期渣形成之后,观察炉渣的颜色和流动性,向钢包内炉渣中加还原剂进行炉渣脱氧,使渣中FeO含量降至0.8%-1.0%以下并且颜色变为白色。还原剂的加入原则是少量、多批次,操作期间应注意观察,白渣形成并稳定之后就可以了。
5.还原剂选择的一般原则是:对质量要求不高的钢种(如碳素结构钢、低合金等),可以使用SiC;对质量要求比较高(高合金钢、弹簧钢等),则应使用硅铁粉、铝粉造还原渣,以提高钢水的洁净度。使用SiC时应当特别注意,当炉渣氧化性较强时,加SiC的速度应该尽量缓慢,以避免炉渣剧烈反应,突然大量发泡溢出钢包。
6.在整个精炼期间应密切注意精炼渣的情况,根据情况随时补加渣料,以确保良好的精炼效果。白渣形成之后应尽量少开启炉门,以保持良好的炉内还原气氛。此时可以通过电弧噪声判断炉内情况。
五.精炼冶炼过程中各项操作的相关注意事项:
1.测温:应尽量避免在扎抢过程中扎到渣块上,影响所测温度的准确性甚至导致测温失败。测温枪要注意时常降温,否则也会影响所测温度的准确性。
2.取样:在取样过程中由于低吹氩气的搅拌力,取样器会发生一定程度的晃动,需尽量稳定取样器,并确保取样器插入钢水而不是渣层,从而造成取样失败。
3.喂线:喂线分别喂送的是钙线和铝线,钙线线体较软,比较容易在喂线过程中断线,需控制好速度。喂线前必须将喂线管放下,以防所喂线体打到钢包以外。
4.地吹氩气控制:地吹氩气时需注意不要将钢水溅出。5.更换电机:更换前必须先断电,并听从炉长指令,协作完成操作。
6.台车控制:控制钢包车进入冶炼位置时,必须确认炉下氩气管已对接完毕,以防发生人身伤亡事故。移动钢包车时,需确认电极和炉盖是否均已上升到位,否则钢包车无法移动。
7.升温:升温过程中应将氩气压力关小,一般≤0.5公斤,已便更大效率升温。升温开始时间应以连铸大包称及拉速作参考,尽量把电力消耗降到最低。
六.在实践操作中总结的相关经验:1.冶炼流程:
钢水到站→开至冶炼位置→低吹氩气(破壳)→测温/取样→加热→喂线/加脱氧剂→吹氩搅拌均匀化→取样→微调合金→加热→测温→软吹→开至吊包位→吊包2.熔渣:
(1)渣量:理论计算渣量为2.20t--4.40t,精炼渣量=造渣料加入量+脱氧剂+覆盖剂
(2)根据升温过程中的溅渣情况分析熔渣的黏度:1)熔渣从包盖顶溅出:
原因:熔渣粘度大,流动性差,埋弧渣层薄。措施:加入一批渣料并加入一定量萤石2)熔渣从观察门溅出:
原因:低吹压力大,把熔渣卷到电弧上,使熔渣溅出。措施:调整低吹压力。3)熔渣从包盖下部溅出:原因:熔渣稀。措施:加渣料。
(3)根据电极晃动情况分析熔渣情况:1)上下晃动幅度大:
原因:电极头接触到固态熔渣或下的渣料影响电极正常起弧。
措施:避免电极碰触硬壳,液化熔渣。2)左右晃动幅度大:
原因:钢液面不稳定,导致电极起弧起弧点不稳定。措施:调整好底吹压力,使钢液面稳定。3)电极上下微晃动,正常起弧。(4)渣料的作用:
1)埋弧、减少热辐射。2)吸附夹杂、提高钢水纯净度。3)与空气隔离、减少二次氧化。
4)钢渣反应,减少有害元素、提高合金回收率。备:石灰使熔渣变稠,萤石使熔渣变稀。3.冶炼技术:(1)LF精炼出站温度高炉次处理方法:1)提高底吹压力,增加热损失。
2)加入冷料,使一部分湿度用于化冷料上。(2)脱氧剂加入时机的选择:
在加热过程中投入脱氧剂时,熔渣温度高,电极起弧面反应快,加入脱氧剂后,脱氧反应快,白渣形成时间短,但会烧掉一部分脱氧剂。所以投入时尽量离电极远处,并平均分布在弧面上,从而达到最大的反应面积。
(3)吹氩搅拌对钢包内钢液温的影响:
钢液损失于包衬中的热量与钢液和耐材的温度差成正比。钢水入钢包后会出现钢液温度分层现象,温度分层随时间的延长而加剧,在包底形成低温区,靠近包壁处有温度梯度出现,由于温度分层的出现,极大的降低了钢液和包壁的温差,从而有效的降低了钢液向包壁的热传导能力,尤其钢包底低温区的形成。吹氩搅拌消除了包内钢液的温度分层,钢液内温度分布均匀,没有低温区的形成,使高温钢液与包壁接触,钢液与包壁有较大的温差,增加了钢液向包壁的热传导能力,损失于包衬的热量相应增大,钢液温降明显。(4)低碳低硅钢种冶炼:
主要脱好钢水中的氧和渣中的氧。并且注意脱氧顺序和程度。
处理措施:钢水到站后先喂铝线搅拌使钢水中的氧脱净,再对熔渣进行脱氧处理。但要注意熔渣脱氧程度,还原程度过大会使渣中的二氧化硅还原到刚始终,造成回硅现象。
转炉下渣量大或后期补吹时,注意钢水脱氧,因为此时钢水中的氧含量高,加入脱氧剂后只能与钢水接触面发生反应,达不到钢水完全脱氧。冶炼这类钢水要注意钢水脱氧。
备:铝线和钙线都要喂时间隔3分钟以上,先喂钙线,使形成的夹杂物有一定的上浮时间后再进行该处理。(5).钢包精炼炉的主要功能有:
1)钢液升温和保温功能。钢液经过电弧加热获得新的热能,这不但能使钢包精炼时可补加合金和调整成分,也可补加渣料,便于钢液深脱硫和脱氧。而且连铸要求的钢液开浇温度得到保证,有利于铸坯质量的提高。
2)氩气搅拌功能。氩气通过装在钢包底部的透气砖向钢液中吹氩,钢液获得一定的搅拌动能,钢液的搅动至少有以下几点好处:
a.钢液温度均匀。
b.钢液与渣层底部有洗刷的作用,迅速脱硫。c.去除钢液中夹杂物。d.控制夹杂物形态。e.便于增碳或脱碳。f.降低氧含量。
3)真空脱气功能。通过钢包吊入真空罐后,采用蒸汽喷射泵进行真空脱气,同时通过包底吹入氩气搅动钢液,可以去除钢液中的氢含量和氮含量,并进一步降低氧含量和硫含量。最终获得较高纯度的钢液和性能优越的材质。
钢包精炼炉的应用从整个企业来看,至少可以带来以下益处:
a.加快生产节奏,提高整个冶金效率,据统计,在熔化炉后增加钢包精炼装置后,可使生产量提高25%;
b.由于提供给连铸机的钢液温度十分适中,可降低连铸机的拉漏率,提高生产作业中的成品率;
c.提高钢液纯净度,可以熔炼材料性能要求较高的各种冶金产品。
(6)喂铝线的注意事项:
Al的脱氧性极强,反应生成Al2O3熔点能达到2050度,易于在钢液内上浮去除,滞留在钢液中的Al2O3,将在钢液中聚集成链状夹杂,对钢质量有不良影响。钢包中喂铝线具有使铝迅速溶于钢液中,显著提高铝的收得率,脱氧效果良好的优点。(7)如何防止LF精炼过程钢液增氮:
1)采用短弧操作或长弧加泡沫渣操作;2)采用微正压操作;3)保证钢液面不裸漏;4)避免大量补加合金和增碳;5)控制吹氩搅拌功率。(8)给钢水加热时必须进行吹氩搅拌:
钢包精炼炉精炼加热钢液的方法是利用三相交流变压器输送的电能,一般采用低电压大电流,在三相电极与钢液间产生电弧对钢水进行加热。由于钢包内的钢液深度较大,上部被加热的钢水不易向下流动,传热速度慢,造成上下温差较大,钢包底部钢液冷结钢,为了避免该种现象的出现,在整个加热过程中,必须吹氩搅拌,使在钢包内的钢液进行良好循环流动,确保钢包内的钢液温度均匀。七.总结:
通过为期近两个月的实习,我深切地体会到LF炉冶炼技术是门深奥的学科,随着实习的逐渐延长,我越觉得自己掌握的知识还存在相当的不足。想干干好一份工作就要尊重它,重视它。同时想干好一份工作不简单是掌握知识就可以的,必须通过实践操作来历练自己,只有通过理论联系实际才能够干好一份工作。我热爱这份工作,同时也被LF炉冶炼的奥妙所吸引。我喜欢证明自己,我对自己负责,同样也对工作负责。希望能通过自己的努力为公司的发展做出一份贡献。
张云乔201*年9月14日
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