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
TechnologyofslagforLF
AbstractThewritingbasisofLFproductofpractice.Fromslagsystemchange、materialamount、howtoaddandinfluenceelementofdesulphurization.
KeywordsLFDesulphurizationSlag1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。2LF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201*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28MVA，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)△G=71965-38T,J/molKS=[aS2-aO]/[aO2-aS]=[(%S)γ或
[%S]=1/KS（[(%S)γ
S2-
S2-
]/[ao2-[%S]fS]
aO]）/（[aO2-fS](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aO）；降低（%S）（即换渣）；以及高温操作（因△H≈71965＞0，提高温度使KS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4.11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。4.12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CaOCaF2、CaOCaF2AL2O3、CaOAL2O3SiO2等渣系。
①CaOCaF2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。②CaOCaF2AL2O3渣系硫容量比CaOCaF2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。
③CaOAL2O3SiO2渣系是人们研究最多，应用最广泛的一个基本渣系本钢炼钢厂硅镇静钢精炼前钢渣的主要成分如下：(表1)
渣样成分范围
CaO%19~3728
MgO%
SiO2%7~20%14
TFeO4~15%9.5
AL2O320~30%25
8~1210
从表四可以看出，本钢炼钢厂精炼前渣系属于CaOAL2O3SiO2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2LF精炼目标渣系（％）
ＣａＯ45～55
ＳｉＯ210～20
Ａｌ2Ｏ315～20
ＭｇＯ5～10
ＦｅＯ钙前钙后5.335.3230.9647.4633.2644.900.010.011.031.020.240.2714.1314.530.240.1898.9099.499.668.532.842.62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。5.4ＳｉＯ2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强缓的加入量根据埋弧效果及脱氧效果进行增减；炉渣流动性不好时加入萤石改善流动性；炉渣较稀时补加石灰，提高炉渣碱度。6.3LF脱氧制度
在造渣材料加入前要先对钢水进行铝的脱氧和预合金化，将[Als]控制在内控上限左右。炉渣基本熔化后，分批加入铝屑、电石造还原渣，直到顶渣转为白色（即FeO+MnO≤1%），并继续分批少量加入铝屑、电石，来持续保持白渣。6.4LF供电制度
在起弧阶段采用低电压以利于埋弧；起弧稳定提高电压以加快渣料熔化并使钢水温度升高；在供电造渣后期采用低电压，以避免电弧裸露和保持还原性气氛。6.5LF吹氩搅拌制度
在造渣材料加入过程中要进行强吹氩搅拌，以加快渣料的熔化和避免渣料结团；在供电造渣过程中采用弱吹氩搅拌，但要在保证电极不过分波动的前提下适当增加底吹氩气量；在供电结束及测温、取样之前采用强吹氩搅拌，以促进钢、渣的充分接触加快脱硫速度。7结束语
通过生产实践，我们摸清了造渣材料使用性能，优化出炉渣改质的方法，探索并掌握炉渣氧化性、炉渣碱度、炉渣流动性与脱硫效果的关系，最终确定了造渣深脱硫工艺制度。201*年1~6月期间，按此工艺我们成功批量生产X52、X60钢147炉，成品硫内控合格率为100%，脱硫率在60％～80％占75％，达到了LF精炼脱硫的目的。
薄板生产方面，通过造白渣，提高了钢水纯净度，提高了钙铝比，保证了薄板铸机的正常浇铸，减少了粘结、水口堵塞等生产事故的发生。
ＬＦ渣系的选择是合理的,但转炉下渣的问题影响了ＬＦ的渣处理效果,要下功夫解决挡渣出钢的问题。。
参考文献
1梁连科等著《冶金热力学》，东北工学院，19882梁英教主编《物理化学》，东北工学院，1983.113梁连科等著《冶金热力学》，东北工学院，19
扩展阅读：LF炉工艺技术规程
目录
1、工艺流程
2、主要工艺设备参数3、主要原料技术条件4、正常工作的必要条件5、精炼工艺制度
5.1、吹氩制度5.2、供电制度5.3、造渣制度5.4、温度制度5.5、成分调整6、环保要求
7、事故预防及处理1、工艺流程
2、主要工艺设备设备参数2.1变压器额定功率二次电压二次电流电弧长度升温数率功率因数2.2电极直径长度行程
极心圆直径2.3炉盖直径
电极空直径2.4钢包车运行速度设备总重
外形尺寸（长、宽、高）2.5新钢包内衬上口直径内衬下口直径包沿距包底高耐火材料总重钢结构总重钢水210吨净空透气砖
2.6料仓及下料速度
合成（埋弧）渣：3t/min、萤石、铝矾土：1.5t/min铁合金：1.5t/min2.7称量斗量程
3、主要原料技术条件3.1氩气纯度压力水分
3.2合成渣3.2.1化学成分成分二元(%)三元(%)CaO65－7562-68MgO85－8Al2O356－10SiO255CaF210－208－15S0.050.05水分0.50.3.2.2其他要求
粒度5－10mm，其中5mm的数量不超过10％；干燥防潮，在仓内储存3天。3.3埋弧渣3.3.1化学成分成分无碳(%)三元(%)CaO≥35MgO≥5Al2O3≤106－10SiO2≤205S0.05水分10.5脱氧剂5－1062-685－83.3.2其他要求粒度5－15mm，其中5mm的数量不超过10％；干燥防潮，在仓内储存3天。3.4萤石
3.4.1化学成分成分含量(%)CaF2≥85SiO2≤14S≤0.15P≤0.06水分≤23.4.2其他要求
粒度5－15mm，其中5mm的数量不超过10％，杂质5，干燥防潮。3.5合成渣3.5.1化学成分成分含量(%)Al2O3≥75SiO2≤10水分≤0.53.5.2其他要求
粒度5－15mm，其中5mm的数量不超过10％，干燥无杂质。3.6增碳剂3.6.1化学成分成分石油焦(%)低氮(%)固定碳≥95≥89S≤0.6≤0.1N/≤0.15灰分≤1≤8水分≤0.5≤0.5挥发分/≤2.53.6.2其他要求
粒度：大颗粒3－8mm，小颗粒1－4mm，洁净干燥防潮。3.7电石
符合国家一级标准，粒度0.3－5mm。3.8铁合金
成分等指标符合SG/JS008－201*标准，粒度10－30mm，按品种、成分分类存放。3.9铝粒
Al≥99.5%，粒度3－10mm。3.10丝线
铝线：符合SG/JS008－201*标准硅钙线：Ca≥28％、Si55－65％
∮10mm：芯粉重130±5g/m，铁皮重120g/m。∮13mm：芯粉重130±5g/m，铁皮重120g/m。
S线：芯粉重120±5g/m，铁皮重120g/m。
C线：∮10mm，芯粉重80±5g/m，铁皮重120g/m。3.11电极按YB/T4090－201*标准和技术协议进行验收。4、LF炉正常工作的必要条件4.1对转炉的要求4.1.1需要经过LF炉处理的钢种出钢后钢包净空400－600mm。
4.1.2转炉采用有效的渣钢分离措施，钢包渣层控制在100mm以下。4.1.3出钢过程加入合成渣500－600Kg/炉，进行预造渣。
4.1.4进LF炉钢水化学成分按国标中下限控制，进站温度按钢种液相线温度加50－70℃控制，具体执行各钢种冶炼技术操作要点。4.2对钢包的要求
4.2.1底吹砖通气良好，其他部位可正常工作4.2.2钢包洁净，无包沿。
4.2.3正常周转包，冶炼重点品种时，新包和小修后第一次不用，具体见品种操作要点。4.3LF炉水冷系统4.4LF炉液压系统4.5LF炉启动系统5精炼工艺制度5.1吹氩制度
5.1.1氩气流量确定原则。
氩气的翻腾效果满足LF炉各阶段如下工艺需求：
预吹期保证渣面结壳快速熔化，加料期保证渣料不结砣，升温时吹氩氩保证电弧稳定，钢水温度基本均匀，等待时保证钢水不裸露，软吹氩时渣面微微涌动，不露钢水。
5.1.2各阶段吹氩参考流量：123456时期预吹加渣料调成分升温等待软吹流量Nl/min400-600500－700500－700300－500200－30050－200时间min3－5≥8可根据钢水实际翻腾情况，依照氩气流量确定原则进行适当调整。钢包到站氩气小或底吹不通时可使用氩气增压系统进行处理。5.2供电制度5.2.1配电表
5.2.2抽头及曲线选择原则
5.2.3除初期起弧化渣外，处理全过程均须采用埋弧操作，严禁采用高电压裸弧强制提温，减少包衬侵蚀及钢水增碳。测温取样时必须抬起电极。5.3造渣制度
LF炉造渣原则是：快、白、稳5.3.1“快”：LF须尽快形成流动性良好的白渣。给电加热渣壳熔化后开始加渣料，先根据氧化渣粘度及渣层厚度加助溶剂，再加入埋弧渣400－600Kg/炉，接着加入预熔渣500－800Kg/炉，最后加入合成渣800－1200Kg/炉。根据脱硫任务和初渣形成后的流动性适量补加合成渣或助溶剂。5.3.2“白”：LF炉造出的炉渣必须有良好的还原性，(FeO)＜1%，炉渣冷却后呈白（灰白）色。钢水进站后，依钢种和渣层厚度铝粒10－30Kg。渣料加入后迅速加入脱氧剂：硅铁粉100－200Kg/炉，电石(碳化硅)30－80Kg/炉，3min后适量补加铝粒和硅铁粉。
5.3.3“稳”LF炉白渣形成后必须保持住，同一炉前后期及不同炉次之间的白渣尽可能减少波动。白渣形成后每隔3－5分钟加入硅铁粉及铝粒10－20Kg，根据埋弧情况补充电石（碳化硅）5－10Kg，保证炉渣的还原性。5.4温度制度
严禁升温过高加冷却剂的操作，新包前3次及小修凉包等异常情况终点温度可提高5－10度，中包温度高时也可下浮3－5度，以保证中包温度合格为准。具体执行各钢种冶炼操作要点。
5.5成分控制
5.5.1成分调整采用两步控制法，根据到站成分初调，根据过程样进行精调，异常情况可一步调整。
5.5.2含碳量0.60%以下依据吹氩三分钟成分初调，其他依据吹氩5分钟成分进行初调；精调必须依据白渣形成后的成分进行。
5.5.3采用石油焦及碳线结合增碳，软吹时可以喂碳线。
5.5.4调Al可使用钢心铝及铝线，按中上限控制,必须在其他成分调整完成，白渣良好的情况下进行。调Al后严禁强吹氩，否则，可根据情况重新调整。5.5.5合金加入量计算及参考吸收率
合金加入量＝钢水量×(目标值－实际值)有效元素含量×其吸收率合金吸收率参考值元素吸收率％C、Si、Mn、V、Mo、Ni、Cr、Nb、90-98Al、Ti50-60B70-80
5.6后续处理
5.6.1钢水成分温度符合出站要求，炉渣还原性良好，即可进行喂线作业。喂硅钙线或钙线必须在软吹之前进行，速度5－7m/s，硅钙线必须打入钢水，喂线量执行钢种冶炼操作要点。5.6.2喂钙线或钙线结束，吊包前加覆盖剂30－35袋（5Kg/袋），保证不露亮面。6事故的预防及处理
6.1严禁在包盖漏水的情况下进行精炼处理。
6.2钢包异常或发生漏钢时立即停止精炼作业，将钢包车开出加热位，通知调度，防止事故扩大。6.3
7安全及环保
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