浅析LF炉精炼渣冶金性能的研究现状

张卫卫

（唐山不锈钢有限责任公司，河北 唐山 063100）

1 LF炉精炼原理及其冶金功能

1.1 LF炉精炼原理

LF炉在应用中具有良好的脱氧脱硫效果。LF炉采用扩散脱氧法，脱氧产物直接送入渣中，在氩气流量大、搅拌强度高、精炼渣环境减少的情况下，可进一步提高渣钢间的氧传递率，提高沉淀和脱氧能力。在高碱熔化池搅拌、精炼和还原环境中，冶炼钢具有良好的脱硫能力。LF炉的脱氧效果与脱硫效果密切相关，如果LF炉的脱氧效果较好，则LF炉中CAO的质量分数较高，FEO的质量分数会降低，从而为脱硫提供了条件[1]。

LF炉除气除杂效果明显。氩气通过底部吹入的通气砖供给冶炼钢，使冶炼钢中出现小气泡。当气泡上升时，钢液中的气体会逐渐膨胀并排出钢液，气泡的漂浮运动对提高非金属夹杂物的漂浮运动速度有明显影响。

1.2 LF炉精炼渣含量

在LF炉精炼过程中，将按特殊比例配制的混合渣注入钢包，在电弧加热处理下熔化成液态渣，从而达到精炼钢水、保温的目的。精炼渣在钢铁精炼过程中的冶金作用主要是利用还原性高和碱强度高等特性进一步去除钢中的硫和氧；提高热效率，实现炉衬保护；吸收钢中所含的非金属夹杂物，使夹杂物变性，净化钢液。根据LF精炼渣的冶金功能，精炼渣的成分必须包括、脱硫剂、脱氧剂、熔剂、发泡剂等主要原料，这些在很大程度上决定了LF精炼渣的冶金性能。

2 精炼炉渣

中频炉精制炉渣的基本功能如下：深部脱硫、深部脱硫、亚合并电弧、钢中非金属介入物的去除、熔融钢的精制、介入物的形态的变更。炉渣的熔点一般控制在1300℃～1450℃，炉渣的粘度在1500℃时一般控制在0.25～0.6pa*s。精制钢渣的基本钢渣一般是三元状态图中熔点较低的Ca0-SiO2-Al2O3钢渣系统，底板最重要的功能是控制炉渣的碱度，这对精制过程中的脱硫和脱硫有很大的影响。提高炉渣的碱度可减少钢中的平衡氧，增加炉渣和钢之间的硫分配比，促进脱硫和脱硫，但是，精制炉渣的碱度不能太大，碱度大于5时下，精制炉渣难以溶解，并且如果炉渣的粘度太大、流动性不好，也会影响脱酸和脱硫效果。

一般来说，对于有特殊要求的钢，如代码钢、钢缆钢、轴承钢等，必须使用低碱度钢渣，例如碱度约为1的中性钢渣。在这些钢中，为避免脱酸过程中氧化铝过量，采用SiMn用于脱酸，甚至还使用中性精炼渣或酸性渣。精制后，形成圆形或椭圆形的低熔点复合夹杂物。这个在处理中有变形的可能性，受害变少。精制的钢渣用白板（无脱酸剂）精制而成，可减少钢中氧气、硫及夹杂物的含量，还可将Al粒子、SIFE及其他脱氧剂添加到炉渣中，提高炉渣的精炼能力。此外，还可在精炼炉渣中添加硅-钙合金，去除焚烧钢中的Si或Al的脱氧产物。也就是说，单一的脱酸固体生成物被转换成复合低熔点液体夹杂物，生成的铝酸盐。夹杂物为达到炼钢的目的而漂浮。精制炉渣的脱硫反应对炉渣中FeO+MnO的含量有很大影响。因此，精制炉渣中的MnO和FeO必须尽量降低[2，3]。

3 精炼渣冶金技术在LF炉中的应用

3.1 LF精炼渣

开发、制造时，虽然使用转炉攻丝板球，但由于渣的一部分流入钢水槽，所以渣中的MnO+FeO的含量变多，同时脱酸时产生会SiO2。根据这一过程，炉渣的碱度会进一步降低。熔融钢经过硫化，增加了LF炉的脱硫负荷。LF炼钢一般使用铝酸钙渣系统，应用该系统的炉渣形成速度快、扩散性好，具有脱硫能力高的物理和化学特性。电弧可埋在钢渣下，达到理想的LF炉精制效果，取锅精炼炉基本上是还原性的气氛。在攻丝过程中，带进转换器的氧化渣越少越好，炼钢脱酸越好。一般来说，精制炉渣中MnO+FeO的含量必须小于1%。大量数据表明，由于脱硫，合成炉渣必须具有高碱性和低FeO。纯曹的熔点高达2600℃，渣料的熔点应低于钢的熔化温度，以利于钢短时间内迅速熔化成液态渣。炉渣被钢流乳化，为降低其熔点，可加入一些稀渣剂，降低熔点，会加速石灰熔化，提高炉渣流动性，可以添加CaF2、Al2O3、SiO2、MgO、FeO等改善这一情况，一般主要使用CaF2和Al2O3。常用的合成渣体系有Cao cafz、Cao-Al2O3和Cao-Al2O3-CaF2。对于CaO-CaF2渣体系，当CaF2含量大于20%时，渣的熔点明显降低。当CaF2含量为20-30%时，炉渣的熔点为1500-1400℃。因此，用CaF2炉渣处理钢包钢水时，炉渣中CaF2含量应大于20%。在钢包精炼条件下，当精炼渣碱度为1.0～2.5时，渣本身具有良好的发泡性能，即基渣的黏度和表面张力适宜。

3.2 LF脱硫技术

降低炉渣的氧化性，促进反应向导致脱硫的方向发展。由于钢渣之间存在氧的物质转移，所以如果炼钢的氧含量高，必然会影响脱硫反应，并向右移动。转炉炉渣中Fe0含量一般在15%～20%左右，转炉炉渣的脱硫能力较低，为提高LF炉的脱硫能力，需要减少炉渣中的氧气含量。如果钢渣中Fe0含量不足2.5%，钢渣的脱硫能力会逐渐提高，特别是当Fe0含量不足1%时，钢渣的脱硫能力会大大提高。普通钢通过使用一定量的SiC粉末和Fe的Si粉末，添加脱氧剂交替使炉渣泡沫并有良好的还原气氛脱氧。为加强对各种钢的脱氧，钙Si粉末的量在整个精炼期间加入，和一定量的粒状碳化物颗粒（颗粒尺寸10mm～30mm的）在精炼脱氧的中间阶段加入。为保持还原气氛，炉盖需要加固，根据炉渣条件添加炉渣材料。 LF钢包总渣量要求为钢水量的1%。当炉渣的组成是不容易变成白色，由于大量的、氧化的矿渣，可以为脱氧加入的碳化物颗粒或铝粉末的少量迅速使炉渣变成白色。

为确保良好的脱氧，必须在精炼期间进行氩的喷涂和搅拌。底布罗杰的混合是影响脱硫速度的主要因素，二次氧化会增加炼钢的氧含量，减少钢中炉渣和硫的平衡分布。通过透光砖进行的氩气吹风，其目的是通过将氩气泡分散得很小，从而减缓炼钢中气泡的上升速度，提高净化效果。在精制过程中，一定压力的氩通过取锅底部的多孔渗透性砖连续灌入熔融池，熔融池内形成多个小气泡，由于浮力气泡上升。在上升过程中，炼钢可以用泵抽水，从气液区向下向上流动。气泡到达上面时，气泡会水平方向改变流向，然后向附近逆流。取锅壁，以及再次用泵抽水的取锅下部的气液区域，这样循环流形成“循环流”。搅拌氩有助于钢渣之间的化学反应。在回收过程中，大的夹杂物和脱酸产品在上渣的下部区域流动时会移动到上渣。由此，炉渣对钢的液体脱氧和脱硫反应有好处。另外，这些小气泡中，作为炼钢中有害气体氮和氢的分压几乎为零，所以这些小气泡相当于氮和氢的“真空室”。因此，溶入炼钢中的有害气体不断扩散到氩气泡内，随着氩气泡的上升，氩气泡内的氢和氮的分压持续上升。由于浮在炼钢上时的氩气泡的热膨胀和体积增加，氢和氮的分压得以保持较低，所以直到炼钢最终被除去并溢出为止，都可吸收氢和氮。像多边形的泡沫浮起来一样。由氩吹形成的气泡在熔钢内形成比较真空，捕捉并除去钢铁内的气体。在取锅底部的铝箔技术不仅有助于消除气体的混入，还改善了熔池的组成和温度的均匀性。在LF涂敷工序中，在底部吹风机的搅拌下，钢中的氢和氮会被氩气泡吸收并附着在炼钢上。通过增加真空度和搅拌作业，提高了脱氧能力。

3.3 精炼技术

待钢水到达工位并驱车至处理位置后，方可开始底吹，可控制底吹氩气流量，最大限度减少钢水外露，保证单炉吹出钢水外露直径小于100mm。预吹氩气3分钟后，测量温度并取样，以石灰、铝土矿和萤石为造渣材料，根据站内硫含量，渣量控制在1000kg～2000kg，在炉渣表面加入铝颗粒进行脱氧，铝颗粒的参考添加量为100kg～300kg，铝粒用量可根据精炼过程中的渣样进行调整，初渣供电时间大于10min，终渣FeO小于1.0%。在造渣过程中保持炉内的还原气氛，成分可根据3分钟取样分析结果粗略调整，排渣后可根据取样分析结果调整成分。

3.4 热钢渣回收生产技术

3.4.1 对钢水脱硫的影响

精制炉渣脱硫速度慢的主要理由如下:精炼炉渣的回收次数增加，氧化钙的浓度会慢慢降低，氧化铝的浓度会慢慢上升，抗硫钢渣量会变低。重复使用炉渣2次以上时，可以减少炉渣的量，适当增加炉渣材料，达到维持高温钢炉渣硫容量的目的。因此，第一次回收热钢炉渣时，必须将炉渣添加到LF炉中。第二次使用热钢矿渣时，可减少炉渣量，可适当增加炉渣材料和高温钢渣，使其保持硫容量；硫容量减少，渣量增加。要排出钢丝杆，必须执行以下操作：将钢丝杆的上层注入特殊的钢丝杆，下部只需要回收少量的钢。

3.4.2 对炼钢温度上升的影响

根据实际计算，精炼的炼钢铸造后，取锅内的高温渣量为2.5～5.5吨，温度为1525～1550℃。高温钢渣回收后，根据具体情况，钢渣和精制钢渣会追加到取锅上部，减少了钢渣过程中的热损失，缩短了炼钢加热时间，节省了电力。当预计温度达到相同温度时，钢渣回收后，各炉可节省4-5分钟的供电时间，每吨钢可节省5～7分钟kWh的供电时间[4,5]。

4 总结

LF炉外精炼主要依赖于白色炉渣在钢包产生的高碱度渣量。在低氧气氛下，将氩气吹入盛钢桶底部搅拌，将钢水送入一次精炼炉用于进行脱氧石墨电极、脱硫、合金等冶金反应来细化加热钢水。氩气搅拌可使钢液与精炼渣充分接触，促进炉渣和钢之间的化学反应，促进钢液温度和合金组合物的均质化，并确保该组合物和钢液相遇的温度浇注过程中温度满足要求，提高产品质量。LF炉用途电弧加热进行温度补偿，这可确保长时间精炼，以便减少钢中氧和硫含量（以下l0ppm）。LF精炼炉以其操作过程简单、精炼效果好等优点成为炉外精炼的主要手段， 可与氧气转炉、电炉配套使用，对钢水进行还原和精炼，提高钢的质量，扩大生产线的产品种类，同时可对钢水进行调质和调温，协调初炼炉和连铸机之间的生产节，因此成为冶金过程中非常必要的工艺环节。