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1、钢水 LF 炉精炼成分稳定控制的措施陈永金 覃 强 周汉全 （转炉炼钢厂）刘川俊 （技术中心）摘 要：总结稳定控制 150 t LF 炉精炼钢水中 C、Si、Mn、P、S、Al、Ti、气体等的措施及其效果。关键词：钢水精炼；LF 炉；稳定；C；Si；Mn；P；S；Al；Ti；气体1 前 言随着柳钢高附加值钢种的不断开发以及客户要求的不断提高，确保连铸钢水成分在一个小的范围内波动，保证连铸坯成分的连续性和稳定性，最终实现材质性能的稳定，显得日益重要。尤其是在精炼处理过程中钢水成分的精确控制。目前，柳钢通过 LF 精炼炉一般能控制 w（C） 在0.02 %，w（Si）、w（Mn） 在0.03%，w
2、（S）、w（P） 目标值。在 LF 精炼炉实现钢液成分的精确控制，必须遵循下列原则：钢液脱氧良好；造好精炼渣；取样具有代表性；钢水质量；准确的合金成分；在线快速分析。2成分稳定控制措施2.1 钢中 C 的控制在精炼过程中，LF 电极、钢包内衬特别是渣线部位的侵蚀等都是增碳过程。LF 电极增碳主要是由于大电流的冲击造成电极端部剥落，加热过程中大幅度升温飞溅的钢渣粘附于电极，电极质量或操作原因造成电极掉块等造成1。因此为了避免上述因素造成的碳控制失误，要做到如下控制：（1） 注意观察精炼过程，若发现电极高度突然下降或钢液面漂浮有电极头，要将其造成的增碳进行考虑，并在调碳过程中适当减少增碳剂使用量。
3、（2） 尽量避免在 LF 炉大幅度升温，尽量减少电极长时间通电，且每次通电时间要求不超过10 min。停止通电后待钢水成分、温度搅拌均匀后再次通电。避免长时间通电引起钢水表面过热，过度侵蚀、冲刷钢包砖造成的增碳。（3） 选用合理的造渣制度，尽早营造还原性气氛，并使炉渣泡沫化，降低电极与物料之间的摩擦侵蚀以及大块物料的飞溅。造渣过程中，合理布料，减少萤石使用量，从而降低萤石对钢包砖的强烈侵蚀。（4） 选用合理的吹氩强度，保证钢水迅速传质、传热，避免大吹氩对钢包的冲刷。（5） 保证电极质量，减少处理过程中电极侵蚀。（6） 加强操作如接电极、放电极紧固等，减少并避免电极误操作。（7） 取样前，留意顶
4、渣状态，避免形成电石渣在炉渣化透后造成钢液增碳。（8） 事故钢水回精炼炉升温时，需考虑覆盖剂增碳量。（9） 精炼过程中，需补加大量高碳合金如高碳铬铁、高碳锰铁等进行成分调整时，应考虑加入合金后的增碳量。此外，在转炉出钢脱氧合金化的过程中，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、结壳，在 LF 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，采取了炉前按钢种下限碳含量控制，减少转炉下渣量，优化石灰加入量和 LF 炉第一次通电结束后中强搅 35min后取样的措施，确保 LF 炉碳含量命中钢种成分设计要求。2.2 钢中 Si 的控制在高温、强还原性、二氧
5、化硅含量高和高还原性炉渣条件下，会发生回硅反应1。因此，在精炼工序钢水 Si 含量能否稳定控制在预定范围内，主要取决以下因素：转炉终渣成分和下渣量、LF炉的脱硫负荷、钢包顶渣的化学成分、钢包顶渣成渣路线与钢水中酸溶铝含量的合理匹配等。2.2.1 低硅控铝系列低硅控铝系列，Al 起主要脱氧作用。此外，Ti、Ca 元素与 O 结合能力都比 Si 要强。因此，它们均可将 SiO2中 Si 置换出来，发生回硅反应。为了避免 Si 失控，采取的主要措施：（1） 根据钢种成分设计特点、出钢下渣量，确定各工序合理的石灰加入量，保证炉渣碱度及良好流动性，从而降低二氧化硅活度。（2） 出钢过程严禁加铝系合金。如
6、必须加铝铁，应在合金化前加入少量进行弱脱氧，使其第一时间与钢水中氧发生反应，而不会上浮至表面将渣中 SiO2还原。（3） 合金量比较大的低硅钢种，应尽可能减少合金中含硅量。并由炉前与调度提前联系，要求使用铝钢用罐。（4） 严格控制使用含硅较低的精炼渣和改质剂等造渣原材料，避免钢水增硅。同时，造渣过程中的顶渣脱氧剂尤其是铝粒要分散加入，避免局部脱氧过深而增硅。（5） 在满足夹杂物上浮要求、温度符合浇注要求的情况下，尽量减少通电时间。（6） 减少精炼过程脱氧加铝量，钢水到站后将 w钢水（A）l 调至 0.01%0.03 %，即可满足脱硫要求。Al 控制过高，既增加了钢中酸溶铝的损失，又会导致钢液回
7、硅趋势增加。（7） 事故钢水待精炼期间，严禁加入任何脱氧剂，如钢芯铝、铝粒、改质剂、精炼渣等。待生产节奏正常后，方可进行调渣、控铝。（8） 规范吹氩制度，避免全程大吹氩，减少渣钢间回硅反应。（9） 保证一定的渣厚并选择合适的钙线喂入点，控制好喂线量和喂线速度，减少或避免钢液“沸腾”造成钢水回硅。2.2.2非低硅控铝、不控铝系列非低硅控铝系列，在调整硅时，尽可能在炉渣变白后加入；非低硅不控铝系列，采用硅锰合金进行成分调整时，注意增硅量。此外，渣面需加强脱氧，减少钢中硅烧损。采用硅钙钡强化脱氧、硅钙线进行钙处理时，增硅量也需考虑。2.3 钢中 Mn 的控制在 LF 处理过程中，特别是在强还原性渣工
8、艺条件下，渣中MnO 将会被还原进入钢水中，出现精炼过程中的“回锰”现象。回锰量主要取决于钢包渣中的MnO含量和顶渣的还原性，并且发生在LF处理前期、造白渣结束这一时期。因此，在 LF 进行合金微调时，必须根据转炉终点氧化性、出钢下渣量、LF 处理工艺状况等预判回锰量，尽量在渣面脱氧结束、回锰反应基本结束后再调整锰，尤其是对于锰含量范围非常窄的钢种一定要注意。2.4 钢中 P 的控制钢中 P主要决定于转炉终点 P 含量和出钢过程下渣量，LF 精炼过程基本不承担去 P 任务。在 LF 造白渣处理过程中，由于强烈的还原性气氛，钢包渣中的 P2O5基本全部被还原进入钢水中。而在出钢过程由于加入顶渣，
9、渣量增加，降低了渣中的 P2O5含量，同时由于钢包渣中的氧化性氛围降低，发生回磷。因此有效地控制出钢下渣量、降低转炉渣中的P2O5含量、降低转炉终点钢水中的 P 含量是控制钢中 P 含量的重点。在减少精炼过程回磷方面，主要是增加石灰加入量，保证顶渣碱度，降低渣中五氧化二磷活度等，这些措施对抑制回磷的作用比较有限，往往需要牺牲精炼工艺的完整性，尤其是冶炼低硫控铝系列的钢种。2.5 钢中 S 的控制实践证明，脱硫是导致精炼时间延长的主要因素。转炉终点 S 含量过高，势必造成 LF 处理的渣料加入量大，造成 LF 处理时间延长，消耗增加。因此在冶炼低硫钢时，应采用铁水预脱硫、优质废钢，控制入炉铁水
10、S 含量和转炉终点 S 含量，以减轻 LF 脱硫负担。当然，钢包底吹状况、处理周期、来钢条件、精炼操作等都会对脱硫造成影响。在提高 LF 脱硫效率方面，主要有以下几点：（1） 控制转炉出钢钢水质量，如降低钢水初始氧化性、减少出钢下渣量、合适的硫含量和温度等；（2） 尽快造好还原性强炉渣是快速脱硫的前提条件，控制好钢中Al含量是保持白渣的必要条件；（3） 确保一定的渣量亦是实现高脱硫率的必要条件；（4） 监控好钢包底吹状况，生产 w钢（S）0.010 %的钢种，严禁使用氩气小或单边通气的钢包。2.6 钢中 Al、Ti 的控制Al、Ti 由于自身化学性质的特点，即强还原性和易氧化性，因此会发生Al
11、、Ti 的烧损现象。为稳定控制钢中 Al、Ti 含量，主要采取的措施：（1） 造渣工艺前移。根据出钢氧、下渣量，加入适量的渣料，在出钢、炉后吹氩过程，完成脱氧、初造渣工艺；（2） 顶渣采用 CaO- SiO2- Al2O3渣系，将钢包顶渣控制在合适范围内，保持顶渣良好的流动性和较高的渣温，保证脱氧、脱硫效果，同时避免顶渣过稀；（3） 造白渣时，加入仅供造白渣脱氧需要的铝，等到炉内精炼白渣成形，再加入的增铝剂也不容易被二次氧化；（4） LF 调铝控钛时，需考虑精炼过程中Al、Ti 的烧损以及浇注过程中 Al、Ti 的正常损失；（5） 全程尽量避免大吹氩减少 Al、Ti 烧损。脱硫时，需考虑铝的烧
12、损；（6） 喂钙线过程中，控制好喂线速度，避免钢液翻滚严重，造成 Al、Ti 二次氧化。2.7 钢中气体的控制由于在 LF 处理过程中，电弧冲击区处于高温状态下，O、N 在钢水中的平衡溶解度增加，并且在电弧的作用下气体分子发生电离，造成LF处理过程中钢水增氮和钢水中的自由氧浓度增加。因此在 LF 处理过程中要控制好顶渣的特性，形成发泡能力良好的精炼渣，保证埋弧加热，同时在LF处理过程中可以加入适量的埋弧渣，以提高精炼渣的发泡能力。此外，保持好精炼过程炉内还原性气氛，有利于减少钢水二次氧化和吸氮现象，保证钢水纯净度。2.8操作与管理（1） 生产组织：生产组织是否合理，生产节奏是否稳定，对成分精确
13、控制、钢水洁净度均产生较大影响。通过加强与调度、钢包、行车的沟通，确保精炼周期和工艺操作的完整性；（2） 钢包净空：正常合金加入量是以一定的钢包净空下钢水装入量进行计算，因此钢包在净空较大或较小时应该适当减少或增加合金用量，尤其是加入量本来就很少的合金如硼铁等；（3） 渣厚控制：要保证加入的合金顺利进入钢水中，避免炉渣的阻粘造成合金加入浪费和成分控制难度大；（4） 渣的氧化性：减少合金在炉渣中的氧化烧损。精炼过程造渣效果不好，使各种反应不能正常进行，造成钢液中的元素成分不稳定；（5） 贵重合金的使用及管理：加强贵重合金的分类存放与管理，避免加错合金等低级事故的发生；（6） 钢液未得到充分搅拌，
14、特别是在LF炉精炼过程中大量补加合金后尚未均匀就开始取样，也会造成成分的不稳定；（7） 吹氩控制不合理，导致易氧化元素损失量比较大，合金回收率较低。生产中，注意加强吹氩监控，执行好精炼吹氩工艺。3结 语通过提高工序交接质量如将铁水入炉标准、转炉终点 C- T- O- P 控制目标、炉前上精炼的接收标准等纳入各小组经济责任制、加强放钢操作及挡渣锥的烘烤与管理、规范炉前操作、优化生产工艺等措施，使得精炼炉的化学成分的波动范围进一步缩小，成分综合中限命中率由2010 年的 87.7%提高到 2011 年的 90.5%，品种钢内控命中率由 2010 年的 98.27%提高到 2011年的 98.94%，提高了炼钢的效率，为柳钢 150 t系统新产品的开发打下了坚实的基础。参考文献1 倪勤盛. 钢水精炼处理过程中化学成分的精确控制. 见：中国金属学会. 第七届中国钢铁年会论文集. 北京：冶金工业出版社，2009.6366
