120吨LF炉造渣工艺研究及应用
富 强 姚志龙
（北营钢铁（集团）股份有限公司炼钢厂，辽宁 本溪 117017）
摘 要：为解决LF冶炼钢水可浇性差，浇注水口结瘤以及连浇炉次少等问题，北营炼钢厂通过优化LF炉渣组分、降低熔点、提高流动性等方式，降低了钢水夹杂物含量，铸坯质量明显提高，提高了钢水纯净度以及连浇炉数，有效的降低了生产成本。
关键词：精炼渣；低熔点；流动性；夹杂物
1 前言
精炼渣的基本功能是对钢水进行脱氧脱硫、吸收钢水中的夹杂物以净化钢液、起泡埋弧以防止钢水吸气和保温等等。炼钢厂铝镇静钢生产传统工艺采用高碱度、大渣量炉渣以达到脱氧、脱硫、去夹杂的目的，生产过程存在以下几点问题：
（1）钢水可浇性差，时常出现水口结瘤甚至断浇现象，铸机连浇炉次少。平均连浇12炉次，更换2.5支水口。
（2）硅易超标，硅超标炉次达到5%。
（3）铸坯质量较差。
（4）合金物料使用量较大，生产成本较高。
根据精炼渣性能进行分析，高碱度、大渣量炉渣钢水流动性差，渣—钢界面反应差，动力学条件不足，并且熔点高，易形成高熔点CaO-6Al203、CaO-2Al203、CaO-6Al203（见图1），钢水夹杂物难于被吸附。因此，实际生产中，合理使用造渣料，促使早化渣、化好渣，改善炉渣的流动性和组元活性，促进渣一钢界面反应；并且降低炉渣熔点，使其形成低熔点的3CaO-Al203、7CaO-12Al203（见图1），提高熔渣脱氧、脱硫和吸收夹杂物的效果，是提高精炼渣吸附夹杂物能力的关键，CaO-Al203平衡相图如图1所示。
2 LF炉渣优化研究
炼钢厂结合精炼渣性能以及生产实际情况，通过优化炉渣组分、降低熔点以及提高炉渣流动性等方面开展工作，提高炉渣的吸附夹杂能力，对LF炉造渣工艺进行了优化。
2.1 造渣料使用优化
通过降低造渣物料使用量以及加入方式的优化，使其达到快速化渣，降低熔点以及提高炉渣流动性的目的，下面通过二种工艺进行对比分析。
原工艺：石灰一次性加入1000-1200kg，铝粒分批次加入60-80kg，观察化渣后渣色情况以及流动性情况。
优化工艺：石灰分批次加入300-600kg，铝粒随石灰每批次加入20-25kg，观察化渣后渣色情况以及脱硫情况。
通过两种不同工艺的对比试验可以看出，优化工艺炉次脱氧效果、炉渣流动性良好。两种工艺渣色对比如图2所示。
2.2 炉渣组分优化
通过造渣工艺不断优化，造渣料以及炉渣组分对比情况如表1所示。优化工艺炉次精炼渣组分较为合理，具备以下几点优势：
（1）快速化渣、化好渣。
（2）熔点适当，炉渣吸附能力提高。
（3）炉渣的流动性提高，改善动力学条件，表面张力小，提高了渣钢界面反应。
（4）脱氧程度适当，有利于硅元素控制。
表1 LF渣组分对比
|
阶段 |
熔炼号 |
LF渣样组分/% |
石灰 |
萤石 |
电石 |
铝粒 |
|||||
|
SiO2 |
CaO |
MgO |
TFe |
R |
AL2O3 |
||||||
|
原工艺 |
5E31824 |
5.85 |
54.12 |
6.83 |
1.27 |
9.25 |
29.21 |
1159 |
85 |
20 |
144 |
|
5E21822 |
5.66 |
57.19 |
8.22 |
0.86 |
10.11 |
29.08 |
1169 |
85 |
20 |
137 |
|
|
优化 工艺 |
5E28324 |
7.56 |
56.5 |
16.57 |
1.61 |
7.47 |
25.85 |
667 |
0 |
40 |
104 |
|
5E18359 |
6.87 |
56.68 |
15.85 |
1.70 |
8.25 |
27.80 |
664 |
0 |
40 |
107 |
|
|
6E25153 |
8.61 |
44.95 |
10.57 |
2.01 |
5.22 |
22.76 |
325 |
0 |
40 |
71 |
|
|
6E25154 |
10.48 |
50.5 |
13.82 |
2.12 |
4.82 |
20.07 |
371 |
0 |
40 |
70 |
|
3 实际效果
通过LF炉造渣工艺研究，铝镇静钢钢水纯净度、钢水可浇性提高，并且铸坯实物夹杂物控制水平显著提高。
3.1 可浇性对比
通过分别收集SS400生产的2015年22个浇次226炉次以及2016年20个浇次361炉次的数据进行对比，优化工艺生产浇次连浇炉次平均增加6炉次，换水口降低0.5支，钢水可浇性明显提高，可浇性对比情况如表2所示。
表2 可浇性对比分析
|
阶段 |
统计 浇次 |
炉数 |
钢种 |
平均连浇炉数 |
平均更换水口 /支 |
水口结瘤次数 |
|
|
原工艺 |
22 |
266 |
SS400 |
最多 |
16 |
5 |
4.5 |
|
最少 |
6 |
2 |
2 |
||||
|
平均 |
12 |
2.5 |
3.5 |
||||
|
优化工艺 |
20 |
361 |
SS400 |
最多 |
20 |
3 |
1.5 |
|
最少 |
14 |
2 |
0 |
||||
|
平均 |
18 |
2.0 |
0.8 |
3.2 非金属夹杂物对比
通过分别收集SS400生产原工艺以及优化后工艺7炉次铸坯夹杂物评级数据进行对比，优化工艺的铸坯非金属夹杂物评级较原工艺有明显降低，非金属夹杂物检测结果对比如表3所示。
表3 非金属夹杂物检验结果对比
|
生产日期 |
轧制号 |
显微组织 |
晶粒度（级） |
非金属夹杂物（级） |
||||
|
A |
B |
C |
D |
DS |
||||
|
原工艺 |
H130712102 |
F+P |
9.5 |
1.0 |
0 |
1.0 |
0.5 |
0 |
|
H13071996 |
F+P+B |
9.5 |
0.5 |
0 |
1.0 |
0 |
0.5 |
|
|
H130713322 |
F+P |
9.5 |
2.0 |
0 |
2.0 1.0e |
0 |
0 |
|
|
H130712082 |
F+P |
9.5 |
1.5 |
0 |
2.0 1.0e |
0.5 |
0 |
|
|
H130712102 |
F+P |
9.5 |
1.0 |
0.5 |
0.5 |
0.5 |
0 |
|
|
H13071996 |
F+P |
9.5 |
0.5 |
0 |
2.5 2.0e |
0.5 |
0.5 |
|
|
H130713322 |
F+P |
9.5 |
1.0 |
0.5 |
2.0 2.0e |
0.5 |
0 |
|
|
优化工艺 |
D140723632 |
F+P |
9.5 |
0.5 |
0 |
0.5 |
0 |
0 |
|
D140806482 |
F+P |
8.0 |
0.5 |
0.5 |
0.5 |
0 |
0.0 |
|
|
D140806541 |
F+P |
8.0 |
0.5 |
0.0 |
0.5 |
0 |
0.0 |
|
|
D140813142 |
F+P |
8.0 |
0.5 |
0.0 |
0.5 |
0.5 |
0.0 |
|
|
D140813152 |
F+P |
8.0 |
0.5 |
0.0 |
0.0 |
0 |
0.0 |
|
|
D140813082 |
F+P |
10.0 |
0.0 |
0.5 |
0.5 |
0.5 |
0.0 |
|
|
D140813102 |
F+P |
10.0 |
0.0 |
0.5 |
0.5 |
0.0 |
0.5 |
|
3.3 效益测算
通过LF炉采用电石冶炼的工艺研究实践，铝质脱氧剂、钙铁线消耗量明显降低，连浇炉数明显提高，降低了生产成本，具体效益测算如表4所示。
表4 效益测算表
|
合金 |
单价/（元/t） |
原工艺 |
优化工艺 |
成本增加/ (元/t) |
||
|
单耗/(kg/t) |
成本/(元/t) |
单耗/(kg/t) |
成本/(元/t) |
|||
|
石灰 |
278 |
6.76 |
1.88 |
2.36 |
0.66 |
-1.22 |
|
铝球 |
13260.11 |
0.92 |
12.20 |
0.56 |
7.43 |
-4.77 |
|
电石 |
4101.8 |
0 |
0.00 |
0.27 |
1.11 |
1.11 |
|
低硅钙铁线 |
10034.31 |
3.04 |
30.50 |
0 |
0 |
-3.41 |
|
板坯中间包 |
6325 |
1 |
3.56 |
1 |
2.67 |
-0.89 |
|
成本降低 |
-9.18 |
|||||
由表4可见，通过工艺优化可降低成本9.18元/吨，铝镇静钢年产量约150万吨，可降低成本约1377万元。
4 结论
（1）通过理论以及实践生产工艺的优化，确定了最优的LF炉渣组分、电熔点以及良好流动性的精炼渣。
（2）通过LF造渣工艺的优化，降低了钢中夹杂的含量，钢水纯净度得到了提高，连浇炉数平均达到18炉，更换2支水口。
（3）成分硅含量得到了有效控制，成分合格率达到100%。
（4）通过工艺的优化，降低了造渣物料的消耗，降低了生产成本约1377万元/年。
参考文献
[1] 俞海明.电炉钢水的炉外精炼技术.北京:冶金工业出版社.2010
[2] 陈家祥.钢铁冶金学[M].北京: 冶金工业出版社.1990
[3] 黄稀枯.钢铁冶金原理.重庆:重庆大学出版社,1990
[4] 李献忠，汪菊华. LF精炼渣系的分析与应用. 北京:冶金工业出版社.2010