王勃超

（1唐山不銹鋼有限責(zé)任公司，河北 063105；2河北省鍍錫基板技術(shù)創(chuàng)新中心，河北 063105）

0 引言

隨著高品質(zhì)鋼需求的增加，品種鋼的潔凈度受到了行業(yè)的普遍關(guān)注，對鋼水潔凈度的控制也成了研究的熱點(diǎn)[1]。品種鋼在出鋼過程中由于其氧化性較高，目前普遍采用精煉工藝對鋼水進(jìn)行脫氧、脫硫以及潔凈化處理[2]，因此，精煉渣的成分設(shè)計(jì)在冶金生產(chǎn)過程當(dāng)中受到了技術(shù)人員以及學(xué)者的廣泛關(guān)注。RH精煉爐被廣泛用于潔凈鋼的生產(chǎn)，精煉渣的成分對鋼水的質(zhì)量有重要的影響，精煉渣的主要作用在于吸附鋼液中上浮的夾雜物，防止鋼液的二次氧化，保溫，減少鋼包爐襯耐材以及浸漬管的侵蝕[3]。

RH具有良好的真空脫碳、脫氧、均勻鋼水成分和溫度以及去除夾雜的效果，尤其作為超低碳鋼的冶煉容器被廣泛使用，而精煉渣的成分組成控制是影響RH精煉效果的關(guān)鍵因素。為保證潔凈鋼生產(chǎn)要求，本文針對精煉渣的各種組成成分并結(jié)合三元相圖，對RH過程使用精煉渣的控制工藝進(jìn)行了研究，為IF鋼的潔凈化生產(chǎn)提供一定的理論依據(jù)和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。

1 RH精煉渣的熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)條件分析

良好的爐渣狀況和合理的爐渣成分對RH精煉渣實(shí)現(xiàn)其功能具有重要的影響，不僅對鋼液當(dāng)中氧化物夾雜具有很好的去除效果，同時(shí)，合適的溫度、成分以及堿度能夠保證精煉渣對夾雜物的吸附具有良好的動(dòng)力學(xué)以及熱力學(xué)條件，對鋼液的質(zhì)量控制起到有益的作用。

1.1 吸附夾雜的能力

目前潔凈鋼對鋼液當(dāng)中的夾雜物要求比較嚴(yán)格，而夾雜物的去除主要在精煉過程依靠精煉渣的吸附作用來完成，因此，精煉渣對夾雜物的吸附能力作為其主要功能之一被廣泛研究。鋼液中的夾雜物從脫氧產(chǎn)物的生成，碰撞上浮至鋼渣界面，最后在粘性力和界面張力的作用下被精煉渣吸附，從而達(dá)到精煉渣對夾雜物的去除的目的。RH精煉過程主要是通過加入鋁粒來對鋼液進(jìn)行脫氧以及合金化處理，降低精煉渣中Al2O3的活度能夠有效提高精煉渣對Al2O3夾雜的吸附能力[4]。

通過CaO-SiO2-Al2O3三元相圖可以看出，精煉渣組分越接近CaO的飽和區(qū)，Al2O3的活度越小，但是越接近CaO的飽和區(qū)，越容易析出固態(tài)的CaO顆粒，而固態(tài)的CaO顆粒能夠明顯降低精煉渣的流動(dòng)性。因此RH精煉渣除了具有較低的Al2O3活度之外，為了滿足精煉渣的流動(dòng)性，還要具有合適的CaO含量。

1.2 精煉渣的氧勢

因?yàn)榫珶捲欠抢硐肴芤?，因此精煉渣中FeO的活度能夠代表精煉渣的氧化性[5]。精煉渣氧勢的降低能夠降低精煉渣對鋼液的傳氧，因此能夠降低鋼液中Al2O3夾雜的生成，進(jìn)而提高精煉渣對Al2O3夾雜的吸附效果。在CaO-FeO-Al2O3三元相圖中，1600℃時(shí)FeO的等活度圖如圖1所示。

圖1 FeO的等活度圖

從圖1中我們可以看出，在1600℃時(shí)，越接近CaO的飽和區(qū)FeO的活度越低，而且隨著CaO/Al2O3的升高，F(xiàn)eO的活度越低。因此可以通過在轉(zhuǎn)爐爐后添加鋁質(zhì)脫氧劑的方式來降低RH進(jìn)站精煉渣的氧勢，避免因精煉渣氧勢過高導(dǎo)致RH冶煉過程精煉渣與鋼液發(fā)生二次氧化、污染鋼水，導(dǎo)致鋼液當(dāng)中夾雜物含量的升高。

1.3 精煉渣的MgO含量

由于精煉渣對鋼包渣線存在化學(xué)侵蝕以及物理侵蝕的現(xiàn)象，因此精煉渣中的MgO含量越高對鋼包渣線的侵蝕越小，研究表明在1200℃～1700℃時(shí)，液態(tài)渣中的飽和MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.0～7.7%[6]。但是過高的MgO含量會造成精煉渣的熔點(diǎn)偏高，導(dǎo)致精煉渣的粘度增大，縮小了精煉渣的液相區(qū)，嚴(yán)重影響了精煉渣吸附夾雜的動(dòng)力學(xué)條件。不同MgO含量對精煉渣的熔點(diǎn)的影響如圖2所示[7]，由圖2可以看出，為了保證冶煉過程精煉渣中的MgO含量處于飽和狀態(tài)，并且使其處于低熔點(diǎn)區(qū)域的比例盡量增大，應(yīng)將精煉渣中的MgO含量設(shè)定到4～8%。

圖2 不同MgO含量對精煉渣的熔點(diǎn)的影響

1.4 精煉渣的堿度

精煉渣堿度的高低不但能夠影響SiO2和Al2O3的活度，對精煉渣的FeO活度系數(shù)也存在一定的影響[8]，精煉渣的堿度CaO/SiO2對FeO活度系數(shù)影響如圖3所示。由圖3可以看出，隨著CaO/SiO2的增加，F(xiàn)eO的活度系數(shù)出現(xiàn)降低的趨勢，F(xiàn)eO的活度即隨之降低。精煉渣氧勢的降低，同樣能夠避免精煉渣過高氧勢造成的鋼液二次氧化污染。

圖3 精煉渣的堿度CaO/SiO2對FeO活度系數(shù)影響

2 RH精煉渣的優(yōu)化

為了使RH精煉渣具有較好的吸附夾雜的能力以及較低的氧勢，通過以上CaO-SiO2-Al2O3三元相圖的分析，并結(jié)合減少對鋼包渣線磚的侵蝕，采用優(yōu)化后的精煉渣對RH精煉參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，并進(jìn)行工業(yè)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證優(yōu)化后精煉渣的使用效果。結(jié)合現(xiàn)場工藝條件最終確定RH精煉渣的成分范圍如表1所示。

表1 優(yōu)化后精煉渣成分 /%

3 生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

由于RH精煉過程產(chǎn)生的夾雜主要是小顆粒的Al2O3，因此本實(shí)驗(yàn)采用T[O]來表示鋼水的潔凈度，也在一定程度上說明夾雜物的控制水平。

國內(nèi)某鋼廠生產(chǎn)超低碳鋁脫氧鋼的主要流程為轉(zhuǎn)爐→RH精煉→板坯連鑄機(jī)，為滿足RH精煉需要，轉(zhuǎn)爐出鋼后對爐渣進(jìn)行改質(zhì)。根據(jù)上述優(yōu)化后精煉渣成分對RH精煉過程的爐渣進(jìn)行調(diào)整：首先在轉(zhuǎn)爐出鋼至1/3時(shí)，將鋁質(zhì)脫氧劑加入到鋼渣表面來調(diào)整鋼渣的氧化性；然后對轉(zhuǎn)爐出鋼后的爐渣進(jìn)行成分調(diào)整，使RH精煉渣的出站成分滿足設(shè)計(jì)范圍要求。生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)爐次的爐精煉渣成分分析結(jié)果如表2所示。

從表2可以看出，10爐實(shí)驗(yàn)爐次RH出站后爐渣的成分能夠穩(wěn)定控制在設(shè)定范圍內(nèi)，針對RH出站后的氧氮樣進(jìn)行T[O]含量分析，分析結(jié)果如表3所示。由表3可以看出RH出站后的T[O]含量均在25ppm以下，滿足超低碳鋼潔凈度的要求。

表2 實(shí)驗(yàn)爐次精煉渣成分控制情況

4 結(jié)語

通過影響RH精煉渣性能的各項(xiàng)因素的分析，并結(jié)合CaO-SiO2-Al2O3三元相圖，對IF鋼RH精煉渣進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，并對RH精煉渣控制工藝進(jìn)行了研究。生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)表明，優(yōu)化后的RH精煉渣性能滿足超IF鋼潔凈度的要求。通過實(shí)驗(yàn)可得到以下結(jié)論：

（1）精煉渣較低的Al2O3活度和較高的CaO含量，可保證精煉渣具有較好的吸附夾雜的能力。

（2）精煉渣較低的FeO活度，可防止精煉渣氧勢過高導(dǎo)致的精煉渣向鋼水傳氧，減少由此造成的鋼液二次氧化污染。

（3）綜合考慮精煉渣的各種功能要求，RH精煉渣出站成分控制如下：FeO=6～10%，CaO=30～45%，SiO2=3～7%，Al2O3=25～40%，MgO=4～8%，CaO/Al2O3=1.2～1.7。

（4）通過有效控制精煉渣的各種組成成分，RH出站鋼水的T[O]含量能夠控制在25ppm以下，滿足IF鋼的質(zhì)量控制要求。