30t EAF-LF-VHD流程冶炼精钢材的工艺实践

李忠伟, 安 杰, 耿振伟

(抚顺特殊钢股份有限公司第二炼钢厂， 辽宁 抚顺 113001)

抚顺特殊钢股份有限公司第二炼钢厂(简称抚钢二炼钢)冶炼的精钢材系列钢，是生产高温合金、高强钢等品种使用的原料钢。要求精钢材的锰、硅、硫、磷等元素成分极低，为保证精钢材化学成分合格的冶炼难度大。本文就抚钢二炼钢利用30tEAF、LF炉以及VHD精炼炉联合工艺冶炼精钢材的钢水脱磷、脱硫等冶炼技术进行分析研究。

1 精钢材成分要求

精钢材的化学成分见表1。

表1 精钢材的化学成分 /%

2 精钢材冶炼工艺

冶炼工艺路线：30t电炉(EAF)—LF炉—VHD炉。

2.1 冶炼工艺

2.1.1 冶炼难点

由表1可知，本精钢材磷的质量分数要求极低，电炉氧化脱磷难度很大。同时精钢材本身脱氧元素含量少，脱氧剂使用受到极大地限制，导致LF、VHD脱氧脱硫异常困难。所以要求入炉原料及辅助材料都必须杂质含量低。冶炼过程中重点是确保电炉、LF炉以及VHD炉之间创造良好的温度、钢液化学成分条件。

2.1.2 电炉冶炼过程

电炉操作的重点是深脱磷，即要求电炉出钢w(P)≤0.001%，甚至更低。电弧炉在氧化性气氛下，使用CaO脱磷，反应方程式如下：

4(CaO)+5(FeO)+2[P]=(4CaO·P2O5)+5[Fe]

(1)

3(CaO)+5(FeO)+2[P]=(3CaO·P2O5)+5[Fe]

(2)

本精钢材的电炉冶炼过程过量使用CaO，以反应式(1)为主。

将矿石加入钢液或吹氧后形成氧化性炉渣，氧通过渣层进入钢液将磷氧化生成P2O5。脱磷反应是渣钢界面反应。电炉熔化期利用低温早期去磷，全熔后吹氧升温脱碳，清洁沸腾，这种操作可以将磷的质量分数降到0.005%以下。进一步脱磷是先吹氧去碳，使钢液过氧化后再脱磷至符合控制要求。这种操作的危害是钢水氧化后同泡沫渣一起大量排出炉外，金属收得率低。电炉(EAF)-LF炉-VHD炉工艺流程冶炼时，采取以下措施。

(1)原材料使用低硫、磷、硅的碳素钢或工业纯铁，降低初始硫、磷的质量分数。

(2)装料前炉底垫白灰、矿石，使炉料在熔化过程就形成高碱度的氧化性熔渣，实现低温早期去磷，使出钢时磷降到0.0005%。

(3)换渣脱磷控制渣中氧化铁的质量分数以15%～20%为宜，在换渣操作的同时取化学分析样，边等分析结果边进行氧化脱磷操作，分析结果为w(P)≤0.001%时立即出钢扒渣。为防止钢液严重过氧化造成的不良影响，脱磷过程中采用专用增碳剂增碳，保证冶炼终点碳控制在0.05%～0.08%范围内。

2.1.3 LF炉精炼过程

(1)理论依据

精钢材钢液在LF炉操作的主要目的是钢液脱氧脱硫，用石灰作为脱硫剂。脱硫过程，可以看成钢、渣之间硫与氧的交换，反应式为：[S]+(CaO)=(CaS)+[O]

实际冶炼过程中，脱氧与脱硫操作存在较多共同点。脱氧脱硫操作同时进行，LF炉造白渣，是向渣面添加Al粉、CaSi粉、C粉等，既能促进扩散脱氧，又有利于营造还原性气氛脱硫。

依照表1中要求的化学成分，LF炉操作的难点在于本钢种限制脱氧剂的品种，只能应用电石、C粉和少量Al粉，使用大量的石灰和萤石造白渣，同时采用扩散脱氧方式避免钢液大量进碳。因为精钢材所含脱氧元素极少，增大了LF炉的脱氧脱硫难度。

(2)LF炉操作

电炉出炉后应迅速在钢包底吹氩气情况下扒净氧化渣，然后喂入Al线预脱氧。

入LF炉后，加入造渣剂石灰、萤石，尽快造白渣脱氧脱硫。当造渣剂全熔后，可集中加入电石脱氧。依据取样的硫的质量分数，判断是否需要补加造渣剂和电石,此时钢中硫的质量分数应小于0.005%。但仍需进一步脱硫处理，即扒除部分炉渣后加入石灰和萤石二次造渣。整个LF炉操作过程，还必须时刻进行扩散脱氧操作，即频繁向渣面铺洒少量C粉和Al粉保持炉内还原性气氛，但二次造渣后杜绝用Al粉扩散脱氧，避免钢液增Si增Al。经过LF炉二次造渣操作，能够保证LF出炉时钢中w(S)≤0.003%。

2.1.4 VHD炉精炼过程

VHD炉具有电弧加热、吹氩搅拌、真空脱气、包内造渣、合金化等多种精炼功能，本流程LF炉操作结束后，进入VHD进行深入脱硫及脱气操作。VHD精炼精钢材时主要利用在真空条件下加热造渣进行脱氧、脱硫。

VHD冶炼操作通常是在真空状态下造白渣或加入Al粉、CaSi粉扩散脱氧，更有利于渣钢之间的脱氧反应。除真空度要求外，VHD精炼的其它脱氧操作类似于LF炉的精炼方式。VHD炉处理含w(C)0.30%～0.35%，w(Si)0.40%～0.60%的钢液时，当初始硫的质量分数为0.010%～0.015%时，一次真空处理可将硫的质量分数降低至0.001%；当采用石灰、萤石、铝粉处理低Si、Mn、Al及Ti含量的精钢材，要求入VHD的钢中w(S)≤0.003%，在真空状态下，利用电石和C粉脱氧脱硫，最终保证钢液中w(S)≤0.001%。

3 结语

电炉(EAF)-LF炉-VHD炉流程冶炼精钢材，由于本精钢材所含脱氧元素合金量极低，需在各个冶炼工序特殊处理才能满足控制要求。

(1)电炉需使用低磷低硫原料，如工业纯铁。电炉冶炼实现早期脱磷，并做换渣深脱磷处理。

(2)LF炉需二次造渣脱硫，同时利用电石、C粉和少量Al粉扩散脱氧，但二次造渣后杜绝使用Al粉扩散脱氧。

(3)VHD精炼是在真空状态下造白渣深脱硫，同时扩散脱氧保证钢中w(S)≤0.001%。