D0I:10.13374/i.issnl00113.2009.s1.039 第31卷增刊1 北京科技大学学报 Vol.31 Suppl.1 2009年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.2009 A36和45A钢LF精炼过程效果分析 吴巍) 翟俊)周远华) 熊银成)李斌) 胡兵2) 1)钢铁研究总院治金工艺研究所，北京1000812)重庆钢铁股份有限公司，重庆400084 摘要通过LF精炼生产A36和45A钢，分析了精炼碱度(R)和(FeO+MnO)含量对脱氧的影响，以及精炼碱度(R)和 (F0)含量对脱硫的影响，研究得到脱硫率分别为61.3%和64.3%.同时，对精炼过程中[P],[H)、[N]含量的变化规律进行 了分析，结果表明金相夹杂物去除率平均值为70.27%，最高值为85.62%. 关键词A36和45A钢：LF精炼：脱氧：夹杂物 Effect analysis of the LF refining process for A36 and 45A WU Wei),ZHAI Jun),ZHOU Yuan-hua2).XONG Yin-cheng2),LI Bin2).HU Bing2) 1)Metallurgical Technology Institute.Central Iron&Steel Institute,Beijing 100081.China 2)Chong Qing Iron Steel Co.Ltd.,Congqing 400084.China ABSTRACT The effects of basicity (R)and the (Fe0+MnO)content of the refining slag on the deoxidation of A36 and 45A steels were investigated during the refining process,and the influences of basicity (R)and the (FeO)content of the slag on desulfurization were also analyzed.The results show that the desulfurization efficiencies are increased to 61.3%and 64.3%,respectively.In addi- tion,the changes of [P].[H].and [N]contents were studied.And the results show that the average removal rate of inclusions is 70.27%,and the maximum is 85.62%. KEY WORDS A36 and 45A steel:LF refining process:deoxidation;inclusion 采用BOF-LF-CC工艺生产45A和A36钢， 80t;供氧强度为3.22m3t-1;转炉冶炼周期为 LF炉精炼过程是控制钢水质量的关键环节，本文 35min,(2)LF:额定处理量80t;钢包直径 通过对精炼过程取样，采用探头定氧、定氢，定量金 2600mm;电极直径400mm:自由空间600mm;变 相等方法对夹杂物进行分析，分别对钢中[0]、[S]、 压器容量15MVA:升温速度5℃mim1.(3)CC: [H]、[N]、[P]及夹杂物的含量和变化规律进行研 断面尺寸250mm×280mm,试验钢化学成分和精 究，得到了各种因素对精炼效果的影响，据此对现行 炼出站炉渣成分如表1和表2所示， 精炼工艺进行综合评价，为今后进一步改进LF精 炼工艺提供科学依据 2F精炼脱氧效果分析 1试验基本条件 2.1精炼渣碱度(R)对脱氧的影响 图1是精炼渣碱度(R)对钢水活度氧(o)的 试验工艺装备参数如下所示：(1)BOF:容量 影响·随着精炼渣碱度的提高，钢水活度氧明显降 表1A36和45A化学成分（质量分数） 号 钢种 C Si Mn P s Al A36 0.110.16 0.10-0.50 1.201.60 ≤0.020 ≤0.007 0.020.060 45A 0.42-0.50 0.17~0.37 0.500.70 ≤0.018 ≤0.012 ≤0.020 收稿日期：2009-08-20 作者简介：吴巍(1962一)男，教授，博士后，Emal:wuwe098@163.com
A36和45A 钢 LF 精炼过程效果分析 吴 巍1） 翟 俊1） 周远华2） 熊银成2） 李 斌2） 胡 兵2） 1） 钢铁研究总院冶金工艺研究所北京100081 2） 重庆钢铁股份有限公司重庆400084 摘 要 通过 LF 精炼生产 A36和45A 钢分析了精炼碱度（ R）和（FeO＋MnO）含量对脱氧的影响以及精炼碱度（ R）和 （FeO）含量对脱硫的影响研究得到脱硫率分别为61∙3％和64∙3％．同时对精炼过程中［P ］、［ H］、［N ］含量的变化规律进行 了分析结果表明金相夹杂物去除率平均值为70∙27％最高值为85∙62％． 关键词 A36和45A 钢；LF 精炼；脱氧；夹杂物 Effect analysis of the LF refining process for A36and45A W U Wei 1）ZHAI Jun 1）ZHOU Y uan-hua 2）XONG Y in-cheng 2）LI Bin 2）HU Bing 2） 1） Metallurgical Technology InstituteCentral Iron ＆ Steel InstituteBeijing100081China 2） Chong Qing Iron ＆ Steel Co．Ltd．Congqing400084China ABSTRACT T he effects of basicity （ R） and the （FeO＋MnO） content of the refining slag on the deoxidation of A36and45A steels were investigated during the refining processand the influences of basicity （ R） and the （FeO） content of the slag on desulfurization were also analyzed．T he results show that the desulfurization efficiencies are increased to61∙3％ and64∙3％respectively．In additionthe changes of ［P ］［H］and ［N］ contents were studied．And the results show that the average removal rate of inclusions is 70∙27％and the maximum is85∙62％． KEY WORDS A36and45A steel；LF refining process；deoxidation；inclusion 收稿日期：2009-08-20 作者简介：吴 巍（1962—）男教授博士后E-mail：wuwei098＠163．com 采用 BOF—LF—CC 工艺生产45A 和 A36钢 LF 炉精炼过程是控制钢水质量的关键环节．本文 通过对精炼过程取样采用探头定氧、定氢定量金 相等方法对夹杂物进行分析分别对钢中［O］、［S ］、 ［H］、［N ］、［P ］及夹杂物的含量和变化规律进行研 究得到了各种因素对精炼效果的影响据此对现行 精炼工艺进行综合评价为今后进一步改进 LF 精 炼工艺提供科学依据． 1 试验基本条件 试验工艺装备参数如下所示：（1） BOF：容量 80t；供氧强度为 3∙22m 3·t —1 ；转炉冶炼周期为 35min．（2） LF：额 定 处 理 量 80 t；钢 包 直 径 2600mm；电极直径400mm；自由空间600mm；变 压器容量15MVA；升温速度5℃·min —1．（3） CC： 断面尺寸250mm×280mm．试验钢化学成分和精 炼出站炉渣成分如表1和表2所示． 2 LF 精炼脱氧效果分析 2∙1 精炼渣碱度（ R）对脱氧的影响 图1是精炼渣碱度（ R）对钢水活度氧（α［O］）的 影响．随着精炼渣碱度的提高钢水活度氧明显降 表1 A36和45A 化学成分（质量分数） ％ 钢种 C Si Mn P S Al A36 0∙11～0∙16 0∙10～0∙50 1∙20～1∙60 ≤0∙020 ≤0∙007 0∙02～0∙060 45A 0∙42～0∙50 0∙17～0∙37 0∙50～0∙70 ≤0∙018 ≤0∙012 ≤0∙020 第31卷 增刊1 2009年 12月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．31Suppl．1 Dec．2009 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2009．s1．039
Vol.31 Suppl.I 吴巍等：A36和45A钢LF精炼过程效果分析 .13. 表2LF精炼出站炉渣成分（质量分数） % 站时A36和45A钢的硫含量（质量分数）分别为 Cao Si02 Al2O3 Mgo FeO MnO 0.031%和0.028%，精炼后分别为0.012%和 44.22 9.22 19.011.52 0.22 0.09 0.23 0.010%,脱硫率分别为61.3%和64.3%.对渣中 硫含量(S)进行分析，得出硫的分配比(Ls=(S)/ 低，当精炼渣碱度达到4~6时，钢水的活度氧达到 [s])分别为89和114. 10×10-6以下且基本稳定，其原因是由于用铝脱氧 50 使渣中SO2被还原，由此带来了精炼渣碱度(R)提 高及钢水活度氧降低的结果 40 0o0 米 米 80 0 米 70 A36 20 米 米 米 60 045A 50 0 10 A36 40 o°0 o o45A 米￥米200 5 10 15 20 20t 米米米米米 渣中(FeO+MnO)含量% 10 Q 9米ad9米 P米 图2精炼渣中(Fc0十Mn0)含量（质量分数）和钢水活度氧之间 1 2 3 4 5 6 的关系 R(CaO/SiO,) 0.04r ◆A36 图1精炼过程钢包顶渣碱度(R)与钢水活度氧(“o)之间的 0.03 45A 关系 0.02 2.2精炼渣中(Fe0十MnO)含量对脱氧的影响 云 0.01 图2为精炼渣中(Fe0十Mn0)含量和钢水活度 氧之间关系，随着精炼渣中(Fe0十Mn0)含量的增 0 LF进站 LF升温后LF钙处理前 LF出站 加，钢水中氧活度明显增加，当(Fe0十Mn0)的质量 分数小于1%时，钢水活度氧小于5×10-6.由于 图3精炼过程钢水疏含量（质量分数）的变化 LF炉精炼过程是A!扩散脱氧过程，要实现对钢水 3.2精炼渣碱度对脱硫的影响 的扩散脱氧，首先要对钢包顶渣进行脱氧，因此渣中 图4为A36和45A精炼过程中，精炼渣碱度 (Fe0十MnO)首先被还原.只有当顶渣氧位降低 (R)与钢水硫含量([S])及硫的分配比(Ls)之间的 时，钢中氧活度才能降低， 关系.精炼渣碱度提高，钢水[S]含量降低，Ls增 3F精炼脱硫效果分析 加，说明高碱度渣对精炼脱硫十分有利， 3.3精炼渣(FeO)含量对脱硫的影响 3.1精炼过程[S]含量的变化 图5为A36和45A精炼过程钢精炼渣中(Fe0) 图3为精炼过程钢水中硫含量[S]的变化，进 含量与钢水硫含量([S])及硫的分配比(Ls)之间的 0.06 180 0.05 150 0.04 120 年0.03 0000 0 90 0.02 0 0 00 0 0 0 60 0 0 0 8。 00 0.01 P 30- 0 0 oai 8oo 2 3 6 R(CaO/SiO.) R(CaO/SiO,) 图4精炼渣碱度与钢水硫含量（质量分数）及硫的分配比之间关系
表2 LF 精炼出站炉渣成分（质量分数） ％ CaO SiO2 Al2O3 MgO FeO MnO S 44∙22 9∙22 19∙01 1∙52 0∙22 0∙09 0∙23 低当精炼渣碱度达到4～6时钢水的活度氧达到 10×10—6以下且基本稳定其原因是由于用铝脱氧 使渣中 SiO2 被还原由此带来了精炼渣碱度（ R）提 高及钢水活度氧降低的结果． 图1 精炼过程钢包顶渣碱度（ R）与钢水活度氧（α［O］）之间的 关系 图4 精炼渣碱度与钢水硫含量（质量分数）及硫的分配比之间关系 2∙2 精炼渣中（FeO＋MnO）含量对脱氧的影响 图2为精炼渣中（FeO＋MnO）含量和钢水活度 氧之间关系．随着精炼渣中（FeO＋MnO）含量的增 加钢水中氧活度明显增加当（FeO＋MnO）的质量 分数小于1％时钢水活度氧小于5×10—6．由于 LF 炉精炼过程是 Al 扩散脱氧过程要实现对钢水 的扩散脱氧首先要对钢包顶渣进行脱氧因此渣中 （FeO＋MnO）首先被还原．只有当顶渣氧位降低 时钢中氧活度才能降低． 3 LF 精炼脱硫效果分析 3∙1 精炼过程［S ］含量的变化 图3为精炼过程钢水中硫含量［S ］的变化．进 站时 A36和45A 钢的硫含量（质量分数）分别为 0∙031％ 和 0∙028％精 炼 后 分 别 为 0∙012％ 和 0∙010％脱硫率分别为61∙3％和64∙3％．对渣中 硫含量（S）进行分析得出硫的分配比（ LS＝（S）／ ［S ］）分别为89和114． 图2 精炼渣中（FeO＋MnO）含量（质量分数）和钢水活度氧之间 的关系 图3 精炼过程钢水硫含量（质量分数）的变化 3∙2 精炼渣碱度对脱硫的影响 图4为 A36和45A 精炼过程中精炼渣碱度 （ R）与钢水硫含量（［S ］）及硫的分配比（ LS ）之间的 关系．精炼渣碱度提高钢水 ［S ］ 含量降低LS 增 加说明高碱度渣对精炼脱硫十分有利． 3∙3 精炼渣（FeO）含量对脱硫的影响 图5为 A36和45A 精炼过程钢精炼渣中（FeO） 含量与钢水硫含量（［S ］）及硫的分配比（ LS ）之间的 Vol．31Suppl．1 吴 巍等： A36和45A 钢 LF 精炼过程效果分析 ·13·
,14 北京科技大学学报 2009年增刊1 关系，随着精炼渣(FeO)含量的提高，钢水[S]含量 中(Fe0)含量越低越好 提高，Ls下降，由于脱硫是还原反应，因此精炼渣 0.06 0.05 °0 0.04 0g° 0 003 o 0 0 0.02 8 8 0 0.01 0 3 2 3 4 渣中FeO)含量% 渣中(FcO)含量% 图5精炼渣(F0)含量与钢水[S]含量（质量分数）及硫的分配比之间关系 4F精炼过程钢水中[P]、[H]和[N] 10一6.钢水中[H]含量的增加与加入的精炼渣水分 有关 含量的变化 4.3[N]含量的变化 4.1[P]含量的变化 图8是精炼过程钢水中[N]含量的变化进站 图6是精炼过程钢水中[P]含量的变化，进站 时A36和45A钢的[N]含量分别为29×10-5和 时A36和45A钢的[P]含量（质量分数）分别为 16×10-6,精炼后分别为27×10-6和23×10-6， 0.018%和0.017%，精炼后分别为0.020%和 [N]含量分别下降2×10-6和增加7×10-6.钢水中 0.019%,[P]含量都增加了0.002%.由此可见，钢 [N]含量在精炼过程中变化不大， 水中[P]含量在精炼过程中变化不大，它主要受转 35 炉出钢下渣的影响，LF炉精炼加入顶渣不会造成回 30 磷，[P]含量稍有增加是还原造成的 20 如15 +-A36 0.030 45A ■-A36 310 0.025 ◆45A 0.020 转炉终点LF进站 LF钙处理前LF出站 三0.010 图8精炼过程钢水[N]含量的变化 0.005 LF进站LF升温后LF钙处理前LF出站 5F精炼去除夹杂物效果分析 图6精炼过程钢水中[P]含量（质量分数）的变化 在精炼过程取5个炉号钢样做金相检验，结果 4.2[H含量的变化 见图9.进站夹杂物指数平均为49.52个mm-2, 图7是精炼过程钢水中[H]含量的变化·进站 出站平均为14.72个mm一2，夹杂物指数平均减少 时A36和45A钢的[H]含量分别为3.42×10-5和 34.8个mm-2,夹杂物去除率平均为70.27%，最 2.92×10-6,精炼后分别为3.78×10-6和4.18× 高为85.62%. 10-6,[H]含量分别增加了0.36×10-6和1.26× 70 2.5r -■-7230046 +-A36 60 -·-7230050 ●45A -*-7230042 1.5 40 -7120398 -7120402 如1.0 三0.5 20 0 0 04 转炉终点LF进站LF钙处理前LF出站 LF进站 LF钙处理前 LF出站 图7精炼过程钢水中[H]含量的变化 图9精炼过程夹杂物指数变化
关系．随着精炼渣（FeO）含量的提高钢水［S ］含量 提高LS 下降．由于脱硫是还原反应因此精炼渣 中（FeO）含量越低越好． 图5 精炼渣（FeO）含量与钢水［S ］含量（质量分数）及硫的分配比之间关系 4 LF 精炼过程钢水中 ［ P ］、［ H ］ 和 ［ N ］ 含量的变化 4∙1 ［P ］含量的变化 图6是精炼过程钢水中［P ］含量的变化．进站 时 A36和45A 钢的 ［P ］ 含量（质量分数） 分别为 0∙018％ 和 0∙017％精 炼 后 分 别 为 0∙020％ 和 0∙019％［P ］含量都增加了0∙002％．由此可见钢 水中［P ］含量在精炼过程中变化不大它主要受转 炉出钢下渣的影响LF 炉精炼加入顶渣不会造成回 磷［P ］含量稍有增加是还原造成的． 图6 精炼过程钢水中［P ］含量（质量分数）的变化 图7 精炼过程钢水中［H］含量的变化 4∙2 ［H］含量的变化 图7是精炼过程钢水中［H］含量的变化．进站 时 A36和45A 钢的［H］含量分别为3∙42×10—6和 2∙92×10—6精炼后分别为3∙78×10—6和4∙18× 10—6［ H ］ 含量分别增加了0∙36×10—6和1∙26× 10—6．钢水中［H］含量的增加与加入的精炼渣水分 有关． 4∙3 ［N］含量的变化 图8是精炼过程钢水中［N ］含量的变化．进站 时 A36和45A 钢的 ［N ］ 含量分别为29×10—6和 16×10—6精炼后分别为27×10—6和23×10—6 ［N］含量分别下降2×10—6和增加7×10—6．钢水中 ［N］含量在精炼过程中变化不大． 图8 精炼过程钢水［N］含量的变化 图9 精炼过程夹杂物指数变化 5 LF 精炼去除夹杂物效果分析 在精炼过程取5个炉号钢样做金相检验结果 见图9．进站夹杂物指数平均为49∙52个·mm —2 出站平均为14∙72个·mm —2夹杂物指数平均减少 34∙8个·mm —2夹杂物去除率平均为70∙27％最 高为85∙62％． ·14· 北 京 科 技 大 学 学 报 2009年 增刊1
Vol.31 Suppl.1 吴巍等：A36和45A钢LF精炼过程效果分析 ,15. 6结论 (3)精炼对钢中夹杂物去除率平均为70.27%， 最高为85.62% (1)LF精炼生产A36和45A钢，当(Fe0+ Mn0)含量（质量分数）小于1%时，钢水活度氧小于 参考文献 5×10-6.精炼后钢水[S]含量（质量分数）分别达到 [1]Wu W,Liu L.Study on smelt high phosphorus content hot emet- 0.012%和0.010%，脱硫率分别为61.3%和 al by combined blowing converter.Steelmaking.2008.24(3): 30 64.3%. (吴巍，刘浏.高磷铁水冶炼试验研究.炼钢，2008,24(3)： (2)比较进站时和精炼后A36及45A钢中各 30) 成分的含量可知，[P]含量（质量分数）都增加了 [2]Zhai J,Wu W,Wu W,et al.Study on inclusions of 45A caster. 0.002%,[H]含量分别增加了0.36×10-6和1.26× IR0 N STEEL,2009,44(10):98 10-6,[N]含量分别下降2×10-和增加7×10-6. (翟俊，吴巍，吴伟，等.45A钢方坯夹杂物行为研究.钢铁， 2009,44(10):98) (上接第11页) ing,2005,21(6):33 [3]Han ZZ.Wang J.Lan X P.Fluid Engineering Simulation Ex- (幸伟，沈巧珍，王晓红，等。钢包底吹氩过程数学物理模拟研 amples and the Application of Computer.Beijing:Beijing Insti- 究.炼钢，2005,21(6)：33) tute of Technology Press,2004 [6]Ren S B,Chen Y S.Huang ZZ.et al.The discussion of opti- (韩占忠，王敏，兰小平，FLUENT:流体工程仿真计算机实例 mized location of two holes in large ladle furnace during argon 与应用.北京：北京理工大学出版社，2004) hlowing JBuotou Unie Iron Steel Technol,2003.22(3):193 [4]Li B X.Gao W F,Yan Z G.et al.Experimental study on argon (任三兵，陈义省，黄宗泽，等.大型钢包双孔吹氩最佳位置的 blowing from bottom of ladle by water model.Steelmaking. 探讨.包头钢铁学院学报，2003,22(3)：193) 2001,17(4):44 [7]Pan Y F.Yang X.Wang W H.ct al.Feature of 3-D flow field in (李碧霞，高文芳，颜正国，等。大包底吹氩水模试验研究，炼 ladle with eccentric bottom blown argon.Steelmaking.2006.22 钢，2001,17(4)：44) (2):46 [5]Xing W,Shen QZ.Wang X H,et al.Water model and numeri- (潘贻芳，杨肖，王文辉，等.偏心底吹氩钢包三维流场的特性 cal simulation on argon blowing from bottom of ladle.Steelmak- 炼钢，2006,22(2)：46)
6 结论 （1） LF 精炼生产 A36和45A 钢当（FeO ＋ MnO）含量（质量分数）小于1％时钢水活度氧小于 5×10—6．精炼后钢水［S ］含量（质量分数）分别达到 0∙012％ 和 0∙010％脱 硫 率 分 别 为 61∙3％ 和 64∙3％． （2） 比较进站时和精炼后 A36及45A 钢中各 成分的含量可知［P ］ 含量（质量分数）都增加了 0∙002％［H］含量分别增加了0∙36×10—6和1∙26× 10—6［N］含量分别下降2×10—6和增加7×10—6． （3） 精炼对钢中夹杂物去除率平均为70∙27％ 最高为85∙62％． 参 考 文 献 ［1］ Wu WLiu L．Study on smelt high phosphorus content hot emetal by combined blowing converter．Steelmaking200824（3）： 30 （吴巍刘浏．高磷铁水冶炼试验研究．炼钢200824（3）： 30） ［2］ Zhai JWu WWu Wet al．Study on inclusions of 45A caster． IRON STEEL200944（10）：98 （翟俊吴巍吴伟等．45A 钢方坯夹杂物行为研究．钢铁 200944（10）：98） （上接第11页） ［3］ Han Z ZWang JLan X P．Fluid Engineering Simulation Examples and the Application of Computer．Beijing：Beijing Institute of Technology Press2004 （韩占忠王敬兰小平．FLUENT：流体工程仿真计算机实例 与应用．北京：北京理工大学出版社2004） ［4］ Li B XGao W FYan Z Get al．Experimental study on argon blowing from bottom of ladle by water model． Steelmaking 200117（4）：44 （李碧霞高文芳颜正国等．大包底吹氩水模试验研究．炼 钢200117（4）：44） ［5］ Xing WShen Q ZWang X Het al．Water model and numerical simulation on argon blowing from bottom of ladle．Steelmaking200521（6）：33 （幸伟沈巧珍王晓红等．钢包底吹氩过程数学物理模拟研 究．炼钢200521（6）：33） ［6］ Ren S BChen Y SHuang Z Zet al．The discussion of optimized location of two holes in large ladle furnace during argon blowing．J Buotou Univ Iron Steel Technol200322（3）：193 （任三兵陈义省黄宗泽等．大型钢包双孔吹氩最佳位置的 探讨．包头钢铁学院学报200322（3）：193） ［7］ Pan Y FYang XWang W Het al．Feature of3-D flow field in ladle with eccentric bottom blown argon．Steelmaking200622 （2）：46 （潘贻芳杨肖王文辉等．偏心底吹氩钢包三维流场的特性． 炼钢200622（2）：46） Vol．31Suppl．1 吴 巍等： A36和45A 钢 LF 精炼过程效果分析 ·15·