張衛(wèi)衛(wèi)

（唐山不銹鋼有限責任公司，河北 唐山 063100）

1 LF爐精煉原理及其冶金功能

1.1 LF爐精煉原理

LF爐在應用中具有良好的脫氧脫硫效果。LF爐采用擴散脫氧法，脫氧產(chǎn)物直接送入渣中，在氬氣流量大、攪拌強度高、精煉渣環(huán)境減少的情況下，可進一步提高渣鋼間的氧傳遞率，提高沉淀和脫氧能力。在高堿熔化池攪拌、精煉和還原環(huán)境中，冶煉鋼具有良好的脫硫能力。LF爐的脫氧效果與脫硫效果密切相關，如果LF爐的脫氧效果較好，則LF爐中CAO的質(zhì)量分數(shù)較高，F(xiàn)EO的質(zhì)量分數(shù)會降低，從而為脫硫提供了條件[1]。

LF爐除氣除雜效果明顯。氬氣通過底部吹入的通氣磚供給冶煉鋼，使冶煉鋼中出現(xiàn)小氣泡。當氣泡上升時，鋼液中的氣體會逐漸膨脹并排出鋼液，氣泡的漂浮運動對提高非金屬夾雜物的漂浮運動速度有明顯影響。

1.2 LF爐精煉渣含量

在LF爐精煉過程中，將按特殊比例配制的混合渣注入鋼包，在電弧加熱處理下熔化成液態(tài)渣，從而達到精煉鋼水、保溫的目的。精煉渣在鋼鐵精煉過程中的冶金作用主要是利用還原性高和堿強度高等特性進一步去除鋼中的硫和氧；提高熱效率，實現(xiàn)爐襯保護；吸收鋼中所含的非金屬夾雜物，使夾雜物變性，凈化鋼液。根據(jù)LF精煉渣的冶金功能，精煉渣的成分必須包括、脫硫劑、脫氧劑、熔劑、發(fā)泡劑等主要原料，這些在很大程度上決定了LF精煉渣的冶金性能。

2 精煉爐渣

中頻爐精制爐渣的基本功能如下：深部脫硫、深部脫硫、亞合并電弧、鋼中非金屬介入物的去除、熔融鋼的精制、介入物的形態(tài)的變更。爐渣的熔點一般控制在1300℃～1450℃，爐渣的粘度在1500℃時一般控制在0.25～0.6pa*s。精制鋼渣的基本鋼渣一般是三元狀態(tài)圖中熔點較低的Ca0-SiO2-Al2O3鋼渣系統(tǒng)，底板最重要的功能是控制爐渣的堿度，這對精制過程中的脫硫和脫硫有很大的影響。提高爐渣的堿度可減少鋼中的平衡氧，增加爐渣和鋼之間的硫分配比，促進脫硫和脫硫，但是，精制爐渣的堿度不能太大，堿度大于5時下，精制爐渣難以溶解，并且如果爐渣的粘度太大、流動性不好，也會影響脫酸和脫硫效果。

一般來說，對于有特殊要求的鋼，如代碼鋼、鋼纜鋼、軸承鋼等，必須使用低堿度鋼渣，例如堿度約為1的中性鋼渣。在這些鋼中，為避免脫酸過程中氧化鋁過量，采用SiMn用于脫酸，甚至還使用中性精煉渣或酸性渣。精制后，形成圓形或橢圓形的低熔點復合夾雜物。這個在處理中有變形的可能性，受害變少。精制的鋼渣用白板（無脫酸劑）精制而成，可減少鋼中氧氣、硫及夾雜物的含量，還可將Al粒子、SIFE及其他脫氧劑添加到爐渣中，提高爐渣的精煉能力。此外，還可在精煉爐渣中添加硅-鈣合金，去除焚燒鋼中的Si或Al的脫氧產(chǎn)物。也就是說，單一的脫酸固體生成物被轉換成復合低熔點液體夾雜物，生成的鋁酸鹽。夾雜物為達到煉鋼的目的而漂浮。精制爐渣的脫硫反應對爐渣中FeO+MnO的含量有很大影響。因此，精制爐渣中的MnO和FeO必須盡量降低[2，3]。

3 精煉渣冶金技術在LF爐中的應用

3.1 LF精煉渣

開發(fā)、制造時，雖然使用轉爐攻絲板球，但由于渣的一部分流入鋼水槽，所以渣中的MnO+FeO的含量變多，同時脫酸時產(chǎn)生會SiO2。根據(jù)這一過程，爐渣的堿度會進一步降低。熔融鋼經(jīng)過硫化，增加了LF爐的脫硫負荷。LF煉鋼一般使用鋁酸鈣渣系統(tǒng)，應用該系統(tǒng)的爐渣形成速度快、擴散性好，具有脫硫能力高的物理和化學特性。電弧可埋在鋼渣下，達到理想的LF爐精制效果，取鍋精煉爐基本上是還原性的氣氛。在攻絲過程中，帶進轉換器的氧化渣越少越好，煉鋼脫酸越好。一般來說，精制爐渣中MnO+FeO的含量必須小于1%。大量數(shù)據(jù)表明，由于脫硫，合成爐渣必須具有高堿性和低FeO。純曹的熔點高達2600℃，渣料的熔點應低于鋼的熔化溫度，以利于鋼短時間內(nèi)迅速熔化成液態(tài)渣。爐渣被鋼流乳化，為降低其熔點，可加入一些稀渣劑，降低熔點，會加速石灰熔化，提高爐渣流動性，可以添加CaF2、Al2O3、SiO2、MgO、FeO等改善這一情況，一般主要使用CaF2和Al2O3。常用的合成渣體系有Cao cafz、Cao-Al2O3和Cao-Al2O3-CaF2。對于CaO-CaF2渣體系，當CaF2含量大于20%時，渣的熔點明顯降低。當CaF2含量為20-30%時，爐渣的熔點為1500-1400℃。因此，用CaF2爐渣處理鋼包鋼水時，爐渣中CaF2含量應大于20%。在鋼包精煉條件下，當精煉渣堿度為1.0～2.5時，渣本身具有良好的發(fā)泡性能，即基渣的黏度和表面張力適宜。

3.2 LF脫硫技術

降低爐渣的氧化性，促進反應向導致脫硫的方向發(fā)展。由于鋼渣之間存在氧的物質(zhì)轉移，所以如果煉鋼的氧含量高，必然會影響脫硫反應，并向右移動。轉爐爐渣中Fe0含量一般在15%～20%左右，轉爐爐渣的脫硫能力較低，為提高LF爐的脫硫能力，需要減少爐渣中的氧氣含量。如果鋼渣中Fe0含量不足2.5%，鋼渣的脫硫能力會逐漸提高，特別是當Fe0含量不足1%時，鋼渣的脫硫能力會大大提高。普通鋼通過使用一定量的SiC粉末和Fe的Si粉末，添加脫氧劑交替使爐渣泡沫并有良好的還原氣氛脫氧。為加強對各種鋼的脫氧，鈣Si粉末的量在整個精煉期間加入，和一定量的粒狀碳化物顆粒（顆粒尺寸10mm～30mm的）在精煉脫氧的中間階段加入。為保持還原氣氛，爐蓋需要加固，根據(jù)爐渣條件添加爐渣材料。 LF鋼包總渣量要求為鋼水量的1%。當爐渣的組成是不容易變成白色，由于大量的、氧化的礦渣，可以為脫氧加入的碳化物顆?；蜾X粉末的少量迅速使爐渣變成白色。

為確保良好的脫氧，必須在精煉期間進行氬的噴涂和攪拌。底布羅杰的混合是影響脫硫速度的主要因素，二次氧化會增加煉鋼的氧含量，減少鋼中爐渣和硫的平衡分布。通過透光磚進行的氬氣吹風，其目的是通過將氬氣泡分散得很小，從而減緩煉鋼中氣泡的上升速度，提高凈化效果。在精制過程中，一定壓力的氬通過取鍋底部的多孔滲透性磚連續(xù)灌入熔融池，熔融池內(nèi)形成多個小氣泡，由于浮力氣泡上升。在上升過程中，煉鋼可以用泵抽水，從氣液區(qū)向下向上流動。氣泡到達上面時，氣泡會水平方向改變流向，然后向附近逆流。取鍋壁，以及再次用泵抽水的取鍋下部的氣液區(qū)域，這樣循環(huán)流形成“循環(huán)流”。攪拌氬有助于鋼渣之間的化學反應。在回收過程中，大的夾雜物和脫酸產(chǎn)品在上渣的下部區(qū)域流動時會移動到上渣。由此，爐渣對鋼的液體脫氧和脫硫反應有好處。另外，這些小氣泡中，作為煉鋼中有害氣體氮和氫的分壓幾乎為零，所以這些小氣泡相當于氮和氫的“真空室”。因此，溶入煉鋼中的有害氣體不斷擴散到氬氣泡內(nèi)，隨著氬氣泡的上升，氬氣泡內(nèi)的氫和氮的分壓持續(xù)上升。由于浮在煉鋼上時的氬氣泡的熱膨脹和體積增加，氫和氮的分壓得以保持較低，所以直到煉鋼最終被除去并溢出為止，都可吸收氫和氮。像多邊形的泡沫浮起來一樣。由氬吹形成的氣泡在熔鋼內(nèi)形成比較真空，捕捉并除去鋼鐵內(nèi)的氣體。在取鍋底部的鋁箔技術不僅有助于消除氣體的混入，還改善了熔池的組成和溫度的均勻性。在LF涂敷工序中，在底部吹風機的攪拌下，鋼中的氫和氮會被氬氣泡吸收并附著在煉鋼上。通過增加真空度和攪拌作業(yè)，提高了脫氧能力。

3.3 精煉技術

待鋼水到達工位并驅車至處理位置后，方可開始底吹，可控制底吹氬氣流量，最大限度減少鋼水外露，保證單爐吹出鋼水外露直徑小于100mm。預吹氬氣3分鐘后，測量溫度并取樣，以石灰、鋁土礦和螢石為造渣材料，根據(jù)站內(nèi)硫含量，渣量控制在1000kg～2000kg，在爐渣表面加入鋁顆粒進行脫氧，鋁顆粒的參考添加量為100kg～300kg，鋁粒用量可根據(jù)精煉過程中的渣樣進行調(diào)整，初渣供電時間大于10min，終渣FeO小于1.0%。在造渣過程中保持爐內(nèi)的還原氣氛，成分可根據(jù)3分鐘取樣分析結果粗略調(diào)整，排渣后可根據(jù)取樣分析結果調(diào)整成分。

3.4 熱鋼渣回收生產(chǎn)技術

3.4.1 對鋼水脫硫的影響

精制爐渣脫硫速度慢的主要理由如下:精煉爐渣的回收次數(shù)增加，氧化鈣的濃度會慢慢降低，氧化鋁的濃度會慢慢上升，抗硫鋼渣量會變低。重復使用爐渣2次以上時，可以減少爐渣的量，適當增加爐渣材料，達到維持高溫鋼爐渣硫容量的目的。因此，第一次回收熱鋼爐渣時，必須將爐渣添加到LF爐中。第二次使用熱鋼礦渣時，可減少爐渣量，可適當增加爐渣材料和高溫鋼渣，使其保持硫容量；硫容量減少，渣量增加。要排出鋼絲桿，必須執(zhí)行以下操作：將鋼絲桿的上層注入特殊的鋼絲桿，下部只需要回收少量的鋼。

3.4.2 對煉鋼溫度上升的影響

根據(jù)實際計算，精煉的煉鋼鑄造后，取鍋內(nèi)的高溫渣量為2.5～5.5噸，溫度為1525～1550℃。高溫鋼渣回收后，根據(jù)具體情況，鋼渣和精制鋼渣會追加到取鍋上部，減少了鋼渣過程中的熱損失，縮短了煉鋼加熱時間，節(jié)省了電力。當預計溫度達到相同溫度時，鋼渣回收后，各爐可節(jié)省4-5分鐘的供電時間，每噸鋼可節(jié)省5～7分鐘kWh的供電時間[4,5]。

4 總結

LF爐外精煉主要依賴于白色爐渣在鋼包產(chǎn)生的高堿度渣量。在低氧氣氛下，將氬氣吹入盛鋼桶底部攪拌，將鋼水送入一次精煉爐用于進行脫氧石墨電極、脫硫、合金等冶金反應來細化加熱鋼水。氬氣攪拌可使鋼液與精煉渣充分接觸，促進爐渣和鋼之間的化學反應，促進鋼液溫度和合金組合物的均質(zhì)化，并確保該組合物和鋼液相遇的溫度澆注過程中溫度滿足要求，提高產(chǎn)品質(zhì)量。LF爐用途電弧加熱進行溫度補償，這可確保長時間精煉，以便減少鋼中氧和硫含量（以下l0ppm）。LF精煉爐以其操作過程簡單、精煉效果好等優(yōu)點成為爐外精煉的主要手段， 可與氧氣轉爐、電爐配套使用，對鋼水進行還原和精煉，提高鋼的質(zhì)量，擴大生產(chǎn)線的產(chǎn)品種類，同時可對鋼水進行調(diào)質(zhì)和調(diào)溫，協(xié)調(diào)初煉爐和連鑄機之間的生產(chǎn)節(jié)，因此成為冶金過程中非常必要的工藝環(huán)節(jié)。