LF精炼钛合金化稳定性工艺实践

李志广 张苓志 孙 拓

(安阳钢铁股份有限公司)

LF精炼钛合金化稳定性工艺实践

李志广 张苓志 孙 拓

(安阳钢铁股份有限公司)

针对安钢第二炼轧厂LF精炼过程中钛铁合金收得率低的实际，通过分析影响Ti元素稳定性的因素，制定相关工艺改进措施，稳定了产品质量。

钛微合金化 钛损失 工艺措施

0 前言

随着钢铁产能过剩和产品同质化的加剧，稳定产品质量、降低生产成本已成为企业提高竞争力的重要手段。安阳钢铁股份有限公司(以下简称安钢)第二炼轧厂在1 780 mm产线热轧卷板产品的成分设计中，基于钛铁合金价格相对低廉、且可以提高和改善钢材性能的考虑，通常将钛作为微合金元素加入钢中。但是由于钛性质活泼，在LF精炼过程中易与钢中的氧、氮等反应，降低了钢中的有效钛，影响钛的吸收率，从而造成合金成本升高、产品性能波动大。为了提高钛微合金化钢种钛吸收率，稳定产品性能，有必要对现有钛微合金化控制工艺进行优化。

1 工艺概况

1.1 工艺路径

铁水预处理→复吹转炉→LF精炼→(RH真空)→双流板坯连铸机。

1.2 主要设备参数

安钢第二炼轧厂目前炼钢区主要设备包括2座160 t铁水预脱硫设施；3座150 t顶底复吹转炉；3座150 t LF精炼炉；2座150 t RH真空精炼炉；两条双流板坯连铸机生产线，两机两流，正常拉速控制在0.9 m/min～1.2 m/min。

1.3 钛控制现状

因Ti元素具有较强的氧化性，钛合金化过程中，为保证收得率，钛铁合金通常在LF精炼工序加入。LF精炼过程中普遍存在的钛铁合金加入过早，加入后，精炼补热时间过长、钢包底吹流量控制不合理、渣中不稳定氧化物(FeO)和(MnO)的含量高等问题，这些都容易造成钛铁的收得率低、过程损失大。以安钢某一控钛钢种为例，LF精炼钛微合金化情况见表1。

表1 钛合金化情况

钛非常容易形成氧化物，造成冶炼过程中钛的收得率偏低，钢中ω[Ti]难于准确控制。

2 影响钛吸收率原因分析

2.1 LF精炼过程钛脱氧损失

确定钢中钛能不能发生氧化反应首先要确定Ti元素在钢中以哪种氧化物形式存在。钢液中有溶解氧存在，Ti与氧发生反应，生成氧化钛夹杂物，有TiO、TiO2、Ti2O3、Ti3O5[1]，反应方程式如下：

[Ti]+[0]= TiO(S)

△Gθ=-360250+138.8T

(1)

[Ti]+2[0]= TiO2(S)

△Gθ=-675720+224.6T

(2)

[Ti]+2[0]= Ti2O3(S)

△Gθ=-1100450+356.7T

(3)

[Ti]+2[0]= Ti3O5(S)

△Gθ=-1392344+407.7T

(4)

式中：—温度，K。

根据式(1)～式(4)及其等温方程可得到1 600 ℃时析出各种钛化物的钢液钛氧平衡关系，如图1所示。

图1 1 600 ℃时生成钛氧化物的钛、氧平衡关系

从图1可以看出，当钢液温度为1 600 ℃，氧活度相同条件下，钛、氧反应生成Ti2O3所需ω(Ti)低于生成TiO、TiO2、Ti3O5，因此钢中钛优先以Ti2O3形式存在。

当钢液中有Al存在时，Al和Ti相互竞争与氧反应。

假设 ：

△GAl2O3=△GTi2O3

2[Ti]+( Al2O3)= 2[Al]+ Ti2O3

(5)

得出：

(6)

根据式(5)～式(6)可计算出温度为1 600 ℃时，使钢液中的钛与氧发生反应的最小质量分数之比ω(Ti)/ω(A1)为5.20。实际生产中钢液ω(Ti)/ω(Al)=0.8左右。所以精炼过程中，钢液中有酸溶铝存在的情况下，不能能生成Ti2O3。

2.2 钢液二次氧化造成钛含量损失

Ti与空气中的氧发生氧化反应[2]为:

4[Ti]+3O2(g)=2Ti2O3(s)

△Gθ=-1394100+328.66T

(7)

1 600 ℃时，当钢液中ω(Ti)=0.02% 时，

△G=△Gθ+RTlnK=-461.94 KJ/mol<0

(8)

根据式(8)可以得出：Ti与空气中的氧气发生氧化反应能自发进行。所以精炼过程及连铸过程钢液中Ti含量减少，可能是由于钢液中的钛与大气中的氧发生了二次氧化所致。

2.3 Ti与钢液及大气中氮反应

钢液中TiN形成的热力学条件[3]：

[Ti]+[N]=TiN(s)

lgK=15218/T-5.64

某一钢种实际控制的ω(Ti)=0.093%，当温度为1 600 ℃时，通过计算，生成TiN需要最低ω(N)为0.003 5%，实际生产中钢中的ω(N)=0.007 1%。因此，钢液中的钛可以与钢液中的氮及大气中的氮气反应。

2.4 精炼渣氧化性对钛收得率的影响

钢液中的Ti会与渣中的MnO及FeO不稳定氧化物反应，生成钛氧化物，进入渣中，造成Ti收得率降低。跟踪两炉高钛炼钢生产，取精炼过程渣样，研究精炼渣中不稳定氧化物对钛吸收率的影响，结果分别见表2和表3。

表2 高钛钢精炼过程渣样分析结果

表3 高钛钢精炼过程部分成分变化

从表2和表3可以看出，精炼渣中TFeO和MnO含量高时，钛铁吸收率低，渣样分析结果显示，当(TFeO+MnO)=2.54%时，钛铁吸收率为76.4%；当(TFeO+MnO)=1.40%时，钛铁吸收率为85.7%。

3 工艺优化措施效果

3.1 工艺优化措施

结合前文对冶炼过程中钛损原因的分析，提出以下几项工艺改进措施：

1)转炉冶炼过程加强终点控制，采用滑板挡渣，严格控制下渣量，减少渣中氧化性。同时对转炉顶渣进行改质，向钢包渣表面加入铝基钢包改质剂进行顶渣改质，来降低渣中不稳定氧化物(FeO+MnO)含量。

2)优化了生产工艺流程，强化转炉—连铸机的匹配，根据连铸机断面，合理控制生产节奏，杜绝转炉提前甩钢；提高转炉出钢温度10 ℃～20 ℃，加强钢包热周转，减少钢包温降，将精炼加热总时间控制在10 min以内。

3)转炉出钢提前进行顶渣改质，LF精炼过程快速造白渣，造白渣不得太稀，应保持一定黏度；优化精炼渣料结构，保证埋弧效果；根据精炼过程冶金功能不同，合理调节除尘阀门开口度，保证炉内微正压气氛；禁止升温时加钛铁操作，待钢水脱硫任务完成后，一次性加入钛铁。

4)钛合金化时需综合考虑钛铁合金钛含量、钢水量、渣层厚度等因素，按照冶炼钢种目标成分中上限控制，合金化完成后，严禁大氩气搅拌和长时间送电升温操作。

5)针对高炉铁水质量不稳定，精炼生产节奏紧张，精炼前期升温脱硫易造成钢中氮含量升高等因素，要求铁水预处理务必保证扒渣效果，扒渣后亮面≥95%，避免精炼因脱硫过程时间紧而采取大氩气搅拌。

3.2 工艺优化效果

通过采取上述措施，冶炼过程钛损大的现象得到了有效控制。经过优化过程控制，取近期共100炉控钛钢钛合金化后成分，每10炉作为一组，取平均值，计算出钛铁合金吸收率，优化后钛铁合金吸收率如图2所示。

图2 优化后钛铁合金吸收率

从图2可以看出，工艺优化后钛平均吸收率为89%，其中最大吸收率为92%，最小吸收率为88%，对比优化前钛铁平均吸收率79%，升高了10%，冶金和经济效益明显。

4 结论

1)影响钛微合金化稳定性的因素有：钢水氧化性、钢渣氧化性、钢水二次氧化、钢中气体含量、钛铁加入时机及氩气流量控制等；

2)通过采取钢渣改质、采用强脱氧剂脱氧、LF快速造白渣、降低钢中氮含量等一系列工艺改进措施，钛损平均减少0.010%，钛铁合金吸收率达到89%；

3)钛合金吸收率提高，提高ω[Ti]0.001%可降低钛铁合金成本0.06 元/t·坯，经济效益明显。

[1] 刘祥钧，吴佳龙，廖家庆.Ti-O系相图之建立[J].中国稀土学报，2000,6(2):75.

[2] 曲英.炼钢学原理[M].北京：冶金工业出版社，1980:68.

[3] 李京社，李涛，阮小江，等.兴澄特钢GCr15轴承钢中TiN析出与控制[J]. 特钢年会论文集，2009,9(4):138-142.

THE TECHNOLOGY PRACTICE OF LF REFINING TITANLUM ALLOY STABILITY

Li Zhiguang Zhang Lingzhi Sun Tuo

(Anyang Iron and Steel Stock Co., Ltd)

In view of the low yield of titanium ferroalloy during LF refining process in the second steel making and rolling plant of Anyang Steel, by analyzing the factors affecting the stability of Ti, relevant technological improvement measures were made and the quality of the product was stabilized.

titanium microalloyed titanium loss process measures

2017—3—9

联系人：李志广，工程师，河南.安阳(455004)，安阳钢铁股份有限公司第二炼轧厂技术质量科；