济钢LF炉的工艺探讨

济钢LF炉的工艺探讨发表日期：2007-9-20阅读次数：376摘要：通过对转炉终点控制、氩站操作、LF炉造渣、吹氩模式控制等方面进行工艺改进，实现缩短LF炉冶炼周期、加快LF炉的成渣速度、稳定成分、降低钢中[0]，使LF炉的工艺得到完善，提高了产品质量。关键词：工艺改进白渣吹氩模式[O]1前言河南济源钢铁(集团)有限公司炼钢厂(以下简称济钢炼钢厂)50t钢包精炼炉(LF炉)建于2003年11月，并于2004年6月正式投入使用，目前已经成功开发出中高碳钢、27SiMn、GT02、20CrMo等一系列新钢种，实现济钢炼钢厂产品由建筑用钢向工业用钢的转型，对完善企业的产品结构、提高产品质量、增强抵抗市场冲击的能力起到了重要作用。2LF炉的工艺参数与冶炼工艺2.1LF炉的设计参数型式：双钢包车移动式公称容量：50吨最大处理量：55吨最小处理量：30吨电极直径：350mm电极极心圆直径：～590mm电极升降速度：100mm/s电极升降行程：～2400mm变压器容量：8000KVA加热方式：交流电弧炉盖形式：间接排烟全水冷管式双层罩升温速度：～4.5℃/min精炼时间：～40min吹氩方式：采用单块底吹透气砖氩气搅拌氩气搅拌量：10～300L/min，压力0.2～1.2Mpa2.2LF炉生产工艺50t氧气顶吹转炉采用低C低P的生产工艺，终点[C]：0.08～0.12％，[P]≤0.018％，出钢过程中加入合金、碳粉、脱氧剂以及部分渣料，在心站处理后到LF炉工位，采用石灰、预熔型精炼渣进行造渣，使用电石、Si—Fe粉、Al粒等作为还原剂造白渣，总渣量控制在15～18kg/t，并根据钢种确定相应的渣系，以及生产中各个阶段的供电模式和吹氩模式，尽快形成合适的白渣，最后进行Ca处理，软吹结束后加入覆盖剂上四机四流小方坯连铸机。3原材料的选用3.1造渣料：石灰、萤石、预熔型精炼渣是LF炉的造渣料，其质量直接关系到精炼渣系的稳定性。石灰、萤石、预熔型精炼渣的质量差，会造成渣难化、碱度低、白渣出现时间迟、吸附夹杂物的能力差等。较大渣量有利与配电操作，但盲目加大渣量，精炼过程中会造成合金收得率低、能耗大、延长精炼周期、钢水卷渣等一系列问题。因此我厂对渣量进行控制的同时，对造渣料的标准也进行修改，从严要求，石灰、萤石、预熔型精炼渣在保证新鲜干燥无泥污前提下，应满足如下要求标准(分别见表1，表2，表3)：石灰的标准表1CaO％Si02％MgO％S％P％生过烧率％活性度ml/mol≥85≤2.55.0≤0.1≤0.02≤14≥290萤石的标准表2CaF2％Si02％S％P％H20％l≥90≤9.3≤0.1≤0.060.5预熔型精炼渣的标准表3CaO％Si02％A1203％H20％熔化温度℃50—602—630—45≤0.5≤13603.2还原剂的选用初期采用电石、SiC作为还原剂，但是SiC易出现增碳现象，造成成分波动比较大，而且有厂家认为：SiC有可能会产生大型夹杂物，因此目前采用Si-Fe粉代替部分SiC作为还原剂。同时对电石的包装及粒度进行控制，减少电石的粉化失效，提高反应效率。4转炉控制4.1终点控制转炉终点的氧含量是钢中内生夹杂物的源头，我厂3样转炉因原材料及设备条件的限制(无铁水预处理、铁水S、P的含量不稳定、温度波动大)，冶炼过程为了达到温度和终点的[P]含量要求，拉后吹现象严重，造成终点[C]比较低。因为当钢液中大量元素氧化后，钢液含有较高的氧，其量与碳量有关，当终点[C]含量在约0.10％以下，与熔渣平衡的[％O]、钢液实际氧量以及1个大气压下钢液中的[％0]均随碳量降低急剧升高，为此我们进行工艺改进，严格要求铁水及废钢的质量，摸索合适的终点C控制，并在LF炉的能力范围内降低转炉的终点温度，以保证P满足要求。另根据我厂一贯操作模式，要求[C]：0.08～0.12％，这样既可以有效控制钢水和渣的氧化性，减少钢中的内生夹杂，又可以稳定后序的操作。4.2下渣量控制转炉渣属于强氧化性的渣，平均(FeO)≥15％，(P205)≥1.5％，下渣量太大，会导致钢水二次氧化，并发生来自顶渣的回P反应，对钢包精炼效果有显著影响，对此我们进行改进，转炉采用多面体挡渣球，同时加强出钢口的维护，尽量避免下渣。通过计算，可得出转炉下渣量的控制值：按转炉冶炼终点[P]：0.015％，LF炉精炼结束[P]：0.020％，精炼渣中(P205)平均在0.03％以下，为保证钢中[P]不超过内控，则要求下渣量必须小于7.8kg/t，对应的渣层厚度则应该小于50mm，即总渣量小于390kg/炉。当下渣量超过50mm，则要根据转炉氩站的调渣情况以及LF炉进站渣样的氧化性上判断渣的性能，从而决定LF炉的后序造渣操作。5提高精炼效果精炼效果主要是指脱0、脱S、吸附夹杂，其中脱氧包括两个方面，一是钢水中的溶解氧，二是悬浮钢中非金属夹杂物中的氧。而发挥精炼效果主要是靠精炼渣，即白渣。精炼渣吸附夹杂的原理有三：一是由于钢渣界面上的氧化物夹杂与熔渣之间的化学反应而使夹杂物进入渣相：二是氧化物夹杂停留在渣钢界面上并熔解于渣中；三是由于界面能的作用，渣钢界面上的氧化物夹杂自发的转入渣相。据此为提高精炼效果主要对以下几个工艺点进行改进：5.1加强吹氩站的功能氩站吹氩是出钢后对钢水的初次精炼，氩站功能的发挥直接影响LF炉的操作，为此从以下几个方面对氩站操作进行完善，以充分发挥氩站功能：(1)通过调整吹氩力度与吹氩时间；(2)增加Ar站的调渣来代替部分精炼功能：(3)增加氩站成分调节功能。效果显示氩站工艺改进后从渣况及成分控制(尤其是C成分)上都有明显改善：(1)钢包渣中(MnO)由原来的1.7％左右降为目前的1.0％左右，缩短精炼的造渣时间。(2)转炉成分真实、稳定，利于LF炉的成分调整操作。以45钢为例，随机抽取其中两组数据(4月份代表工艺改进前，样本数为44；11月份代表工艺改进后，样本数为32)对比前后转炉吹氩结束后的C与LF炉的初次取样(指没有调成分前)的C的相差值，以此衡量转成分控制的稳定性。见下图3由图3可见，4月份转炉取样与LF炉初次取样C偏差的波动范围为：±0.07％，在波动±0.01％范围内的占19个，比例仅为43.2％；11月份C偏差的波动范围为：-0.02％～0.03％，在波动±0.01％范围内的占23个，比例为71.9％，改进前后转炉C成分的均匀性及准确性明显提高。5.2LF炉白渣控制白渣是精炼炉发挥精炼效果的关键。在白渣控制上，我们主要从延长白渣保持时间、制定合适的渣系以及合适的渣况三个方面把握：5.2.1快速造白渣尽快造出白渣，延长白渣保持时间，可以使钢渣界面上的氧化物夹杂与熔渣之间的化学反应进行充分，加强对夹杂物的吸收，降低钢中[TO]，同时可以在保证有效精炼的前提下，缩短冶炼周期，提高脱s效率。对白渣操作的改进具体为：形成标准化操作，即：进站先打开氩气、测温，如果温度偏低，先升温再造渣以确保渣况的稳定性，如果温度合适加入第一批渣料，采用高电压、低电流化渣，以及早形成碱度合适的渣，化好渣后加入还原剂送电3—5分后取渣样观察，如果渣未变白，再加入还原剂，造渣提倡“三勤”，即勤看、勤调、勤加。如果渣已经变白再加入少量的还原剂保持白渣即可。5.2.2确定不同钢种的渣系。确定渣系标准稳定操作，使渣系具有合适的界面能，给渣钢界面上的氧化物夹杂自发的转入渣相创造条件，通过实践，确定中高碳钢、27SiMn、GT02、Q195L、Q235、20CrMo等一系列钢种的渣系标准，如下：钢种A1203％MgO％MnO％RQ235≤6.08—12.0≤1.02.0—3.0Q195L≤6.08—12.0≤1.02.8—3.527SiMnGT02≤6.08—12.0≤0.72.5—3.5中高碳钢≤6.08—12.0≤0.52.8—3.520CrMo≤6.08—12.0≤0.72.5—4.05.2.3保证渣良好的流动性。改善动力学条件，提高熔渣对夹杂物的润湿性，使停留在渣钢界面上的氧化物夹杂熔解于渣中，加快熔解后夹杂物在渣中的迁移速度，促进夹杂物的上浮和吸收，发挥渣洗的作用。5.3吹氩模式控制LF炉精炼是利用还原性渣洗的精炼原理，钢包吹入Ar气对钢水进行搅拌以达到均匀成分、温度和去除夹杂的双重效果，因此过程Ar气量的控制就是重要的一个环节，通过理论与实践相结合，摸索出不同精炼阶段对应的吹Ar力度(钢包透气量正常情况下)，具体为：供电其间：采用小强度吹氩，钢液裸露直径在200mm左右，Ar气压力控制在0.4～0.6MPa，在满足混匀搅拌的作用时，降低电极的冲刷和消耗，埋弧稳定，避免产生过流，减少钢水增碳和吸N。成分调整：根据混匀时间的计算公式：τ=[ε(M/ρ)一2/3]一1/3可知当钢水质量与密度恒定的情况下，混匀时间随着搅拌功的增大而减小。因此在调整成分期间采用强吹氩搅拌，整个钢包液面剧烈翻腾，Ar气压力控制在0.8～1.2MPa，以保证合金迅速溶解，尽快均匀，以提高合金、碳粉的收得率及吸收的稳定性。测温取样：先强搅拌2分左右，保证温度和成分均匀后，将Ar气量调小，力度参照供电期间控制进行测温取样操作，使温度、成分更加均匀真实。软吹：以钢液面不裸露、整个钢包钢液有轻微波动为原则，其Ar气压力控制在0.2—0.3Mpa，促进钢中夹杂物长大上浮。5.4成分调整众所周知，成分的窄范围控制有利于产品质量的稳定，如何保证在LF炉调成分准确，增强控制能力是我们必须进行工艺改进的地方，其中中高碳钢的C成分控制最为棘手，经常出现波动大，收得率不稳定。在产品质量上反映出物理性能不稳定，拉丝过程易出现断丝、开裂等现象，对此我们主要对成分调整操作工艺进行改进，下面以45钢的C调整(使用C粉调C)为例：(1)成分控制：合理分配各工序点成分控制标准，转炉按0.40～0.44％，加强Ar站的功能，强吹氩8分钟以上，保证转炉成分的可靠性。LF炉按0.43～0.46％控制，力争0.44～0.46％，实行在LF炉进行微调，避免大量加入C粉造成熔化不完全，进而保证成分的稳定性(2)加入位置：利用混匀理论：加入位置距钢包中心1/3R范围内加入，混匀时间短，利于添加物的混匀及夹杂物的上浮。因此选择将C粉加入吹氩区，靠近钢包中心的位置，使C粉尽快与钢水混匀，保证钢水成分均匀。(3)加入时机：在白渣出现后加入，以获得高收得率及真实成分。(4)吹氩力度：采用吹氩模式中的成分调整模式。(5)最后一次调整后，必须保证3分以上的强搅拌，以保证终点成分的真实以及钢坯成分的均匀性。5.5改进前后效果对比以45钢为例，随机抽取其中两组数据(4月份代表工艺改进前，11月份代表工艺改进后，其中冶炼周期是4月份与11月份分别取44个样本的平均值)对比前后冶炼周期、白渣保持时间以及精炼结束钢水定[0]情况，分别见下图4、图5、图6(1)由图4可见，冶炼周期明显降低，周期由原来的平均44.2min降为41.18min，为提高生产效率提供了条件，减少了因精炼周期过长造成钢水跟不上而产生的生产事故，保证生产顺行。(2)由图5可见，在冶炼周期缩短的情况下，白渣保持时间仍有明显提高，4月份总样本数为25个，白渣保持时间在6～35min之间波动，平均为23.16min，其中自渣保持时间在25min以上的有12个，比例仅为48％；而11月份总样本数为29个，白渣保持时间在20～38min之间波动，平均为28.71min，其中白渣保持时间在25min以上的有25个，比例为85.71％；平均白渣保持时间提高了5.55min；(3)由图6可见，精炼结束钢水溶解[0]明显降低，4月份总样本数为25个，溶解[0]在13～22ppm之间，平均15.74ppm，15ppm以下的有8个，比例仅占33.3％；11月份总样本数为31个，溶解[0]在7～20ppm之间，平均13.08ppm，15ppm以下的有24个，比例占77.4％，11月份平均溶解[0]比4月份降低2.66ppm，而且波动比较小。由于我厂检验手段达不到，夹杂物的变化无法定量测定，但从溶解[0]的变化以及钢中氧