宣钢LF炉渣料优化的生产实践

宣钢LF炉渣料优化的生产实践孙贵平郝忠任剑波李贵平马志伟（宣钢炼钢厂）摘要LF炉精炼是宣钢品种钢生产的关键技术，目前宣钢LF炉使用的精炼渣料配方单一，限制了品种钢优势作用的充分发挥。本文通过对LF炉的渣料进行优化，渣的碱度大幅度提高，改善了LF炉的精炼效果，满足宣钢品种钢生产的需要。关键词LF炉精炼渣优化脱硫炉渣碱度ProductionPracticeofSlagMaterialsOptimizationinLFFurnaceatXuanhuaSteelSunGuipingHaoZhongRenJianboLiGuipingMaZhiwei(SteelMakingPlantofXuanhuaSteel)AbstractLFrefiningtechnologyisthekeytechnologyinvarietysteelproductionofXuanhuaSteel.atpresent,theformulationofrefiningslagmaterialsissingle,whichlimitedingivingfullplaytotheadvantagefunctionatvarietysteelproduction.SlagbasicityandLFrefiningeffectaregreatlyimprovedbyslagmaterialsoptimizationinLFrefiningtosatisfyvarietysteelproduction.KeywordsrefiningslagofLFfurnace，optimization,desulfurization,slagbasicity1引言炉外精炼作为炼钢流程中重要的生产工序，具有调节钢水成分，改善钢的内在质量，控制钢水温度、去除夹杂等功能，在转炉和连铸之间起到了良好的缓冲调节作用，提高了生产效率，对扩大炼钢品种范围、提高产品质量具有重要作用。随着科技的发展，对钢铁材料的纯净度的要求日益提高，炉渣在精炼钢水方面的作用表现的更为突出。没有好的炉渣，炉渣的吸附能力得不到保证，不可能生产出优质钢，不造埋弧渣LF炉的精炼能力也会受到限制，连铸坯的表面质量也无法得到保证，选择合适的渣料加入控制是造好炉渣的基础和关键。2宣钢LF炉精炼用渣现状宣钢现有两座LF精炼炉，主要承担着宣钢品种钢的生产和开发任务。2009年10月以前LF炉一直应用合成渣精炼技术即造渣原料为合成渣、萤石、铝钒土、埋弧渣，该技术的缺点是炉渣碱度低、成渣量大、成渣速度慢、脱硫效率低，如果氩气控制不当极易造成钢水絮流，影响连铸正常浇铸速度和质量并易造成大量的废品。并且所使用的合成渣由多个厂家供应，各个厂家的理化指标不尽相同，造成合成渣质量不稳定，性能波动幅度大。渣的碱度及成份常达不到目标要求，并且炉渣吸附夹杂物的能力也较差，不利于钢质量及渣料消耗的控制。有必要对炉渣组成进行优化，满足高质量品种钢生产的需要。宣钢LF炉渣料优化的生产实践8-4993渣料选择的原则[1]选择造渣原料的基本原则是：（1）造渣材料需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。4宣钢LF炉优化后精炼渣料组成配方4.1优化后使用精炼渣料组成情况：用CaO含量95%的小块白灰代替CaO含量62～69%的合成渣，用以控制炉渣的碱度，以适合不同种类的品种钢碱度要求，提高萤石的品位，减少其用量，以保护包衬，同时配以适量的硅铁粉调整SiO2的含量，调整炉渣碱度。硅镇静钢物料组成：（1）低碳钢白灰加入量10kg/t·s,根据钢水硫含量适当调整。表1低碳钢物料加入量出钢S含量/%白灰/kg萤石/kg铝矾土/kg含铝造渣剂/kg≤0.02390010015060～800.024～0.028120015015060～100≥0.028140020015060～100（2）中、高碳钢白灰加入量控制在7kg/t·s。表2高碳钢物料加入量白灰埋弧渣碱度w（SiO2）/%W(Al2O3)/%w(CaO)/%7kg/t·s3kg/t·s2-2.517-2015%45%-50%含铝钢物料组成：用钢包改性剂及含铝造渣剂进行扩散脱氧，尽可能脱除渣中的（FeO）、（MnO）,使炉渣保持良好的还原性，适当增加渣中CaO含量，把炉渣碱度控制在较高程度，一般碱度在3.0～3.5，提高渣的反应能力，防止渣中SiO2的还原。并且适当降低铝矾土用量以控制钢中残余铝的含量。采用CaO-Al2O3渣系，将炉渣成分调整到易于去除Al2O3夹杂物的范围。Al2O3过高时还不利于钢种Al2O3的去除，但是Al2O3可以显著的降低精炼渣的熔点，提高渣的流动性，促进脱硫反应的进行。含铝低氧钢种要严格控制渣中的Al2O3的含量，使w(CaO⁄Al2O3)控制在1.7～1.8之间。4.2渣料的理化指标表3合成渣的理化指标w(CaO+MgO)/%wSiO2)/%w(Al2O3)/%w(CaF2)%w(S)/%水分/%熔点/℃62～6955～85～15≤0.05≤0.5＜1500第八届（2011）中国钢铁年会论文集8-500表4清洁小块石灰的理化指标w(CaO+MgO)/%w(SiO2)/%w(P)/%w(S)/%活性度/mL粒度/mm≥902≤0.05≤0.05≥3105～15表5预熔精炼渣的理化指标w(CaO)/%w(SiO2)/%w(Al2O3)/%w(MgO)/%其他熔点/℃48～52≤538～42621350表6优质萤石的理化指标化学成分/%牌号CaF2SiO2SPFL-90≥90≤9.3≤0.1≤0.065渣料优化的工艺措施5.1优化炼钢工艺（1）稳定转炉装入量，控制供氧强度及终点降枪时间，避免钢液过氧化。（2）做好转炉出钢挡渣工作。我厂采取出钢前挡渣帽堵出钢口，出钢后期利用挡渣球挡渣，统计数据表明挡渣成功率仅为85%左右。针对这种情况如何昀大限度减少转炉出钢过程下渣成为关键。我厂与挡渣球厂家改进了球的比重、耐火度等，挡渣成功率有所提高。对少数挡渣不成功炉次采取抬炉反向走车、提高钢包车行走速度、遇到下渣量大时采取炉后扒渣等，尽可能减少转炉渣进入钢包。4.2优化炉后出钢渣洗工艺（1）为了加快成渣速度，缩短LF炉加料化渣等辅助时间，转炉采用在出钢时向钢包配加预融渣（熔点1350℃）替代原用合成渣（熔点1500℃），为脱硫、吸收并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。在出钢末期加入还原剂对转炉下渣作还原处理。表7优化前后顶渣加入量（kg）合成渣白灰预熔渣加入时间方法脱硫率优化前600200转炉出钢3/4时加入氩气搅拌及钢水高温将预融渣全部熔化20%～25%优化后600200转炉出钢量1/3～1/2时加入氩气搅拌及钢水高温将预融渣全部熔化30%～40%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8～15min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。5.3优化LF炉造渣工艺在转炉→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45min左右。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Al2O3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。在LF精炼过程中要求钢包内转炉下渣渣层厚度小于50mm，可迅速化渣，送电4～7min后熔渣便能获得良好的流动性，同时具有良好的埋弧效果，熔渣SiO2含量大幅降低能满足渣系14～18%的要求，精炼过程熔渣黏度变化也小，能较早形成白渣。宣钢LF炉渣料优化的生产实践8-5016优化效果6.1渣料优化前后对精炼时间的影响采用转炉出钢加顶渣工艺，促使高氧化性的终渣向还原性渣转变，进而为LF炉造渣精炼创造了有利条件。钢包到位后，调整好氩气后直接供电，节省了加渣料（活性石灰和优质萤石）的时间，较优化前缩短了化渣时间平均每炉钢水约3min，给还原气氛下白渣深脱硫脱氧并保证软吹节约了时间，大大地缩短了精炼周期。表8优化前后化渣时间数据图１优化前LF炉10min渣样图２优化后LF炉10min渣样（白渣）经过LF炉造渣工艺优化实践后白渣形成时间明显提高。6.2渣料优化前后炉渣成分的变化表9生产的低碳钢ER70S-6的炉渣成分表钢种CaOMgOSiO2MnOAl2O3FeCaF2Rmin43.855.9919.250.2613.600.451.892.2max56.1310.3227.360.6928.450.877.963.4优化前均值48.077.5622.30.4021.770.63.172.8min48.135.5312.450.2211.350.271.532.8max58.619.3619.360.8320.850.728.563.9ER70S～6优化后均值53.377.716.460.3718.220.562.853.36.3渣料优化后的脱硫情况宣钢炼钢厂现使用的LF炉精炼脱硫情况是：精炼后[s]昀好≤0.005％，一般[s]≤0．015％，昀差[s]≤0．023%。对比本次设计的精炼渣脱硫结果，对低碳钢、高碳钢，多数炉次的渣脱硫效果达到了一般“标准”(0．015％)。化渣时间／min缩短时间／minmaxmin平均maxmin平均优化前15912优化后13810212第八届（2011）中国钢铁年会论文集8-5026.4渣料优化前后炉渣的碱度宣钢LF炉对渣料进行渣料优化后，炉渣的碱度得到了控制。由于品种钢的种类不同对炉渣碱度和硫含量的要求不同，所以分别采用浅、中、深三种脱硫方式。根据CaO-SiO2–MgO–A12O3渣系脱硫实验表明，渣碱度R对渣钢硫分配比k具有较大影响。生产实践中发现，碱度过高反而不易脱硫，一般碱度控制在2.5时，硫的分配比比较高，精炼结束时可达80以上。渣的碱度控制在2.5～3.0时熔渣的脱硫能力较强，碱度过高会因渣中(CaO)的增加使渣流动性变坏，影响(CaS)在渣中的扩散[2]，见图5。图7炉渣碱度与硫分配系数的关系表9优化后炉渣碱度控制表钢种碱度钢种碱度钢种碱度低碳钢3.0～3.5中碳钢2.5～3.0高碳钢2.0～2.56.5炉渣的埋弧和成渣效果经过炉后顶渣工艺的执行，按操作规定加入后，根据电压、电弧声音和现场观察，其起弧很快，开始埋弧时间都在2分钟左右，电弧稳定、埋弧效果好，渣熔化速度快，渣面活跃，渣面未发现结团或结块现象。成渣时间、化渣时间明显加快，全熔态的白渣形成时间早，白渣保持时间长，使脱氧剂消耗减少。化渣剂使用批量减少，减少了调整次数，炉渣流动性得到保障，物化反应活跃，脱硫、脱氧效果良好，减少了絮流现象，钢水的质量得到大大提高。6.6低碳钢ER70S-6优化后夹杂物组成情况（1）在LF座包时钢中的显微夹杂物主要由硫化物、硅酸盐以及二氧化硅等组成。硅酸盐及二氧化硅的形成主要是由于加入的硅铁脱氧，而精炼初期，钢中的硫含量较高，故形成较多的硫化物夹杂，但尺寸都较小。在LF吊包时，钢中的夹杂物主要有硫化物、硅铝酸盐、A12O3、SiO2、镁铝尖晶石及铝酸钙等。硅铝酸盐主要是Si–Al脱氧产物在上浮过程中聚集而成。因为LF精炼时间较长，钢液侵蚀炉衬较严重，部分耐火材料脱落进入钢液，在钢中形成镁铝尖晶石夹杂物。（2）各炉次大型夹杂物组成基本一致，见少量的复合夹杂，主要为硅酸盐，其次为硅铝酸盐、二氧化硅、硅铝酸钙、尖晶石等，还有少量的CaO、MgO、FeO、A12O3等。大型夹杂物的形状则以球状居多，也有少量片状、长条状的夹杂。观察所有炉次中可以发现大型夹杂物较少，少量的大型夹杂物均以含Si的夹杂为主，且其中SiO2含量较高，其次是含Al类夹杂物，含Mg和Ca类夹杂很少。这主要是Si脱氧形成的SiO2在上浮过程中不断聚集长大，有些SiO2则