1 前 言
L F 精炼炉是通过吹氩搅拌钢水、 微调合金 成分、三相电极电弧使钢水升温、造渣去硫等操作, 以达到对钢水进行精炼。湘钢现有一台改造 后的 90 t L F 钢包精炼炉, 改造前由于没有加料 系统, 靠人工加料, 造渣不理想, 原始渣厚而粘, 白渣化困难, 因此很难发挥L F 炉的精炼效果。
2001 年该公司对原L F 炉进行了改造, 通过改造 基本实现了自动控制, 各项技术参数、设备性能达到了设计要求, 通过不断完善改造后的L F 精 炼炉新工艺日趋成熟, 取得了明显的效果。同时为今后湘钢新品种的开发和进一步提高产品质量提供了新的保证。
2 L F 炉精炼工艺的研究
211 L F 炉配电制度
根据九级无载调压每级运行时的升温情况,结合现场的实际操作, 决定采用 3~ 5 级进行升温( 为确保变压器的用电安全和延长变压器使用寿 命一般不使用 1~ 2 级送电) , 升温速率可达 215~ 315 ℃?m in , 而化渣采用 5~ 6 级则电极工作较 为平稳, 化渣快, 如用 3~ 4 级化渣电极工作稳定性差, 7~ 8 级化渣电极工作虽平稳但化渣较慢,采 用 7~ 8 级工作时, 钢水升温速率< 015℃/m in。根据上述情况选择了如下配电制度, 见图 1。
212 L F 炉精炼工艺流程
经过对比分析, 确立基本工艺流程为: 精炼 站→加第一批渣料→送电 5 m in →取样、 测温→
加第二批渣料、 第一批脱氧剂→送电 5 m in →加 第二批脱氧剂→取样、测温→升温至合格温度、调
整成分至内控→C a 处理→连铸。
213 工艺改进效果
改造后的L F 精炼炉工艺基本满足现有的冶 炼工艺, 满足 8 流连铸机的生产, 目前已实现 17炉 连浇, 生产了 70G、 ER 70S - 6、 45 碳结圆、SW R CH 35K、20g、82B 等钢种, 冶炼电耗达到设 计值。 图 2 为 45# 钢的精炼电耗值, 平均为 42kW h ?t。
3 L F 炉精炼效果研究
311 钢包炉内转炉渣对精炼效果的影响
31111 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, 有一部分碳粒混入钢渣中, 使熔渣变稠甚至硬化结板, 在L F 炉送电处理过程中, 混入渣中的碳粒逐渐进 入钢液而使钢液增碳, 为解决这一问题, 采取了 转炉按钢种下限碳含量控制, 减少转炉下渣量和 L F 炉送电 5 m in 后取样的措施, 确保L F 炉碳含 量命中钢种内控成分。
31112 转炉进站渣对精炼效果的影响 在 L F 炉精炼过程中发现钢包内渣厚超过 100 mm 时, 加入较大数量的渣料、脱氧剂及熔剂都难以使熔 渣获得良好的流动性及白渣化程度。白渣化困难的主要原因是脱氧剂很难在粘稠的渣中扩散, 取 渣样分析的结果表明, 渣中 (F eO + M nO ) 含量 较高, 吸收夹杂物的能力也较差。
渣厚在 50~ 100 mm 之间时, 化渣仍然较慢, 熔渣流动性一般, 较难形成粉白渣, 停电后熔渣 在 2 m in 后粘度迅速增大, 此种渣吸收夹杂物的 能力也较差。
渣厚小于 50 mm 时, 化渣迅速, 送电 5 m in 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 S iO 2 含量也较低, 熔渣过程粘度变 化小, 能较早形成白渣, 分析结果表明, 渣中 (F eO + M nO ) 含量较低。
搞好出钢末期的挡渣, 适量减小转炉渣进入 钢包内, 是发挥L F 炉精炼作用的基本前提, 同时出钢合金化过程中向钢包内加入适量的合成渣,可减少渣中 S iO 2、M nO 和 F eO 含量。
312 精炼渣的控制
为确保熔渣具有较好的流动性、发泡埋弧、脱硫及吸收夹杂物的能力, 根据生产实践和研究资料介绍, 湘钢 L F 炉精炼目标渣系的选择成分 为, % : C aO 50~ 58, S iO 2 15~ 20, A l2O 3 10~ 15,M gO 3~ 6, F eO < 110, M nO < 013, C aF 2 7~ 10, R 215~ 310, M I 0122~ 013 (M I 为曼内斯曼指 数, M I= R ?A l2O 3 )。合金化后钢包内熔渣成分如表 1 所示。
在表 1 所示的情况下, 要调整至目标渣成分和确保 25~ 30 m in 的处理时间维持泡沫渣, 按稳 定埋弧的渣厚≥80 mm (因弧长为 70~ 80 mm ) , 进站渣厚 30~ 50 mm 及罐内熔渣面积 6116 m 2 , 熔渣比重 215 g ?cm 3 计, 确定渣料加入量为每炉 钢加石灰 300~ 400 k g, 加萤石 80~ 120 k g, 加埋 弧渣 200 k g, 加脱氧剂 30~ 50 k g。
表 2 为L F 炉精炼后的渣成分, 从表 2 所示
313 L F 炉熔渣分析
L F 炉所处理的 SW R CH 35KC、45、70G 等 钢种所形成的精炼渣成分见表 2。从表 2 中还可以看出, 熔渣中 S iO 2 含量普遍较高, 这主要是钢 包进站渣量较多, 含硅、锰较高的合金钢进站渣中 C aO 低, S iO 2 高, 熔渣基本呈中性, 渣中 S iO 2 达到 30% 以上; 中高碳钢渣中M nO 较高, 还原 后的白渣中 F eO < 015% 的较少, 而在 110% 左右的较多, 这主要是中高碳钢等钢种熔渣粘度大, 渣量多使渣中脱氧剂扩散困难所至; 合金钢 钢渣主要受 S iO 2 含量, 碱度, 熔渣组元活性的影 响。以便改善熔渣组元活性, 提高白渣吸收 夹杂物的能力和脱氧剂的脱氧效果。
314 白渣状态下钢中熔解氧平衡值和实测值的
对比分析
根据表 1 所示进站渣成分, 设定L F 炉白渣 成分为, % : C aO 57, S iO 2 21, M gO 510, F eO 110, A l2O 3 10, C aF 2 5。
根据熔渣分子离子共存模型理论可以计算出熔渣碱度 R :
在 1 570 ℃ 时L ag [O ] = - 01695 2
[O ]= 01201 7×ΑF eO = 01201 7×0102
= 01004 (% )
此渣系在 1 570 ℃ 时白渣状态下处理钢水 的平衡氧含量为 40×10- 6。在L F 炉所做品种钢中实测钢中 [O ] 可达 10×10- 6 左右, 从理论计算的平衡氧含量和实测值 比较, 说明湘钢在转炉出钢合金化过程中采用含或含钙的强复合脱氧剂制度是合理的, 但表 2所示的数据说明在脱氧制度下, L F 炉扩散脱氧反应几乎不可能发生, 而使渣中M nO 、F eO 这些 不稳定氧化物向钢液中扩散供氧反应成为可能,在白渣化状态差的情况下, 钢中氧含量回升已被现场定氧证实。同样L F 炉处理过程中硅含量降 低也说明了这一点, 为了防止这一扩散供氧反应的进行, 提高熔渣碱度, 尽早使熔渣白渣化可抑 制这一反应进行, 表 3 所示的钢中全氧量远远大于钢中 [O ], 这说明现行熔渣去除夹杂物的能力 还不强, 要使钢中全氧含量降到较低水平, 必须在出钢过程中挡好渣, 采取强脱氧方式, 降低钢中 [O ], 尽早化渣并控制好熔渣粘度, 促使还原 性渣尽早形成, 确保充足的精炼处理时间。
从表 3 中可看出, 经L F 炉处理后钢中全氧 含量降低了 40%~ 60% , 钢中氮含量有所增加,基本在正常范围。
315 L F 炉脱硫效果分析
L F 炉脱硫效果分析结果见表 4。
在正常浇次的钢水处理中, L F 炉的脱硫率平均为 2317% , 脱硫率不高的原因一是进站渣 多, 渣中 S iO 2 高; 二是进站硫较低。但总的来讲基本上达到了L F 炉的脱硫目的。
4 结 论
( 1) 钢包炉改造后达到了较好的冶金效果,改造是成功的。
(2) L F 炉达到了一定的脱硫、去除夹杂和脱 氧的目的, 但仍没有达到理想效果, 须进一步研 究。
(3) L F 炉熔渣的选择是合理的, 但转炉下渣 的问题影响了L F 炉的渣处理效果, 必须解决挡 渣出钢的问题。
(4) L F 炉的生产工艺实践证明是较为合理 的, 能满足现有 8 流连铸机的生产要求。