廖航等：低碳低硅SPHC钢精炼渣优化研究 177 量（质量分数）可以表示为式(3)和式(4)： 吸附能力越强：当精炼渣中Si02含量低于30%时，精 [Si]+[0]=(Si0,),△G°=576440+218.2T: 炼渣中Ca0的含量成为影响Al,0,活度的主要因素， (3) 精炼渣中Ca0含量越高，则精炼渣中Al,03活度越低. 由于SPHC钢种是低碳低硅钢，为避免渣中SiO2 [O]=（KS6 (4) 含量过高而导致钢水出现增硅现象，渣中S0,含量应 式中：[O]为0在溶液中的质量分数，%；S]为Si在 控制在7%以下.因此，为提高精炼渣吸收AL,0的能 溶液中的质量分数，%∫。为0在溶液中的活度系数. 力，应提高渣中CaO含量，原SPHC钢生产工艺中精炼 将表2的数据代入式(4)，利用FactSage可以得到 Ca0-Al,0,Si0,-10%Mg0四元渣系中Ca0含量（质 在1865K温度条件下，当Ca0-Al20,-Si02-10%Mg0 量分数)已控制在51%~52%范围内，但钢中高L,03 渣系与SPHC钢液处于高温平衡状态时钢液中的等溶 含量的夹杂物仍较多，一方面主要是F钙处理不充 解氧线，如图2所示.从热力学角度而言，在精炼渣液 分，导致AL,0,夹杂变性不完全，另一方面是因为精炼 相区域内，精炼渣碱度越高，则钢液中与其相平衡的溶 渣流动性较差，精炼包内动力学条件不利于精炼渣对 解氧含量越低.当精炼渣碱度在1.5以上时，精炼渣 Al,O、夹杂的吸收.因此，建议将精炼渣Ca0-AL,O,一 中Ca0/AL,0,越小，钢液中平衡溶解氧含量越高：而当 Si0210%Mg0四元渣系中Ca0含量控制在42%~ 精炼渣碱度在1.22以下时，精炼渣Ca0/AL,0,越小， 48%范围内. 则钢液中平衡溶解氧含量越低 Sio Si0, [o/x10* 0.9 0.1 09 0.1 0.8 02 0.8 1928 02 0.7 07 10的9 0.3 Si0,质量分数 0.6 0.4 S0,质量分数 0.6 i436 0.4 05 ,O,质量分 05 0.007 8 0.5 0.4 ,O,质量分数 05 0.6 04 0.6 03 0.01 0.7 0.3 02 07 0.2 0.8 0.2 Ca0/AL0,=2.4 CaO/ALO,=1.0 08 0.1 Q02 0.9 0.05 0.1 R=85 32 0.9 “卡年 Ca00.90.80.7 0.6050.4030.20.1A0 0.90.80.70.60.50.40.3020.1A10 CaO质量分数 CaO质量分数 图3钢液与Ca0-A203-Si02-Mg010%平衡时等A203活度线 图2钢液与Ca0-Al203Si0210%Mg0平衡时等溶解氧线 Fig.3 Al2O activity equivalence line when liquid steel and Cao- Fig.2 Oxygen equivalence line when liquid steel and CaO-Al2O- Al203-Si02-10%Mgo is in balance Si02-10%Mgo is in balance 通过以上对精炼渣与钢中硅、氧含量以及夹杂物 原工艺精炼过程中精炼渣成分如图2中三个圆点 中AL,0,含量的关系分析后可知，为达到尽早化渣、避 标记所示，精炼渣碱度控制在8.8~9.6范围内，Ca0/ 免增硅、降低钢中氧含量、提高渣对夹杂的吸附能力的 AL,0,比为1.5~2.1范围时，钢中平衡溶解氧含量在 目的，精炼渣成分适宜控制区域如下：其中精炼渣中 28×106~45×106之间，实际钢中氧含量处于27× Mg0含量约为10%，精炼渣碱度在9以上，Si0,含量低 106~42×106之间.根据以上计算结果分析，为提高 于7%以下，精炼渣中Ca0含量在42%~48%范围内， 渣中钙铝比值(Ca0/AL,0,)在1~1.5之间. 精炼渣脱氧能力，应适当升高精炼渣碱度以降低钢渣 平衡溶解氧含量，同时降低精炼渣钙铝比值，为钢渣反 2LF精炼渣系优化工业实验 应提供良好的动力学条件。因此，建议将精炼渣碱度 本研究对SPHC钢的LF精炼进行了现场工业优 控制在9以上，Ca0/Al20,比值在1~1.5之间 化实验，对LF精炼工艺的钢液进行取样，并与原工艺 1.3精炼渣与夹杂物中1,0，含量的关系 记录进行对比，以验证优化方案的优化效果. 通过Factsage软件计算，可以得到1865K温度下， 根据CaO一Al,O,SiO,一MgO精炼渣的热力学计算 Ca0-AL,0,Si020%Mg01四元渣系的等A山，0，活度线 及高温平衡实验，将精炼渣成分（质量分数）调整为： 如图3所示.当精炼渣中Si02含量（质量分数）高于 AL203,40.079%:Mg0,10.18%:Ca0,47.78%:Si02, 40%时，渣中A1,0,含量越低，则其对A1,0,夹杂物的 1.56%.为了验证LF精炼渣优化方案对SPHC钢的积廖 航等: 低碳低硅 SPHC 钢精炼渣优化研究 量( 质量分数) 可以表示为式( 3) 和式( 4) : ［Si］+［O］= ( SiO2 ) ，ΔGO = #576440 + 218. 2T; ( 3) ［O］ ( = aSiO2 KfSi［Si］f 2 ) O 1 /2 ． ( 4) 式中: ［O］为 O 在溶液中的质量分数，%; ［Si］为 Si 在 溶液中的质量分数，% ; fO为 O 在溶液中的活度系数． 将表 2 的数据代入式( 4) ，利用 FactSage 可以得到 在 1865 K 温度条件下，当 CaO--Al2 O3 --SiO2 --10% MgO 渣系与 SPHC 钢液处于高温平衡状态时钢液中的等溶 解氧线，如图 2 所示． 从热力学角度而言，在精炼渣液 相区域内，精炼渣碱度越高，则钢液中与其相平衡的溶 解氧含量越低． 当精炼渣碱度在 1. 5 以上时，精炼渣 中 CaO /Al2O3越小，钢液中平衡溶解氧含量越高; 而当 精炼渣碱度在 1. 22 以下时，精炼渣 CaO /Al2 O3 越小， 则钢液中平衡溶解氧含量越低． 图 2 钢液与 CaO--Al2O3--SiO2--10% MgO 平衡时等溶解氧线 Fig． 2 Oxygen equivalence line when liquid steel and CaO--Al2 O3-- SiO2--10% MgO is in balance 原工艺精炼过程中精炼渣成分如图 2 中三个圆点 标记所示，精炼渣碱度控制在 8. 8 ～ 9. 6 范围内，CaO / Al2O3比为 1. 5 ～ 2. 1 范围时，钢中平衡溶解氧含量在 28 × 10 － 6 ～ 45 × 10 － 6之间，实际钢中氧含量处于 27 × 10 － 6 ～ 42 × 10 － 6之间． 根据以上计算结果分析，为提高 精炼渣脱氧能力，应适当升高精炼渣碱度以降低钢渣 平衡溶解氧含量，同时降低精炼渣钙铝比值，为钢渣反 应提供良好的动力学条件． 因此，建议将精炼渣碱度 控制在 9 以上，CaO /Al2O3比值在 1 ～ 1. 5 之间． 1. 3 精炼渣与夹杂物中 Al2O3含量的关系 通过 Factsage 软件计算，可以得到 1865 K 温度下， CaO--Al2O3 --SiO2 --0% MgO1 四元渣系的等 Al2O3活度线 如图 3 所示． 当精炼渣中 SiO2 含量( 质量分数) 高于 40% 时，渣中 Al2O3 含量越低，则其对 Al2 O3 夹杂物的 吸附能力越强; 当精炼渣中 SiO2含量低于 30% 时，精 炼渣中 CaO 的含量成为影响 Al2O3活度的主要因素， 精炼渣中 CaO 含量越高，则精炼渣中 Al2O3活度越低． 由于 SPHC 钢种是低碳低硅钢，为避免渣中 SiO2 含量过高而导致钢水出现增硅现象，渣中 SiO2含量应 控制在 7% 以下． 因此，为提高精炼渣吸收 Al2O3的能 力，应提高渣中 CaO 含量，原 SPHC 钢生产工艺中精炼 CaO--Al2O3 --SiO2 --10% MgO 四元渣系中 CaO 含量( 质 量分数) 已控制在 51% ～ 52% 范围内，但钢中高 Al2O3 含量的夹杂物仍较多，一方面主要是 LF 钙处理不充 分，导致 Al2O3夹杂变性不完全，另一方面是因为精炼 渣流动性较差，精炼包内动力学条件不利于精炼渣对 Al2 O3 夹杂的吸收． 因此，建议将精炼渣 CaO--Al2 O3 -- SiO2 --10% MgO 四元渣系中 CaO 含量 控 制 在 42% ～ 48% 范围内． 图 3 钢液与 CaO--Al2O3--SiO2--MgO10% 平衡时等 Al2O3活度线 Fig． 3 Al2 O3 activity equivalence line when liquid steel and CaO-- Al2O3--SiO2--10% MgO is in balance 通过以上对精炼渣与钢中硅、氧含量以及夹杂物 中 Al2O3含量的关系分析后可知，为达到尽早化渣、避 免增硅、降低钢中氧含量、提高渣对夹杂的吸附能力的 目的，精炼渣成分适宜控制区域如下: 其中精炼渣中 MgO 含量约为 10% ，精炼渣碱度在 9 以上，SiO2含量低 于 7% 以下，精炼渣中 CaO 含量在 42% ～ 48% 范围内， 渣中钙铝比值( CaO /Al2O3 ) 在 1 ～ 1. 5 之间． 2 LF 精炼渣系优化工业实验 本研究对 SPHC 钢的 LF 精炼进行了现场工业优 化实验，对 LF 精炼工艺的钢液进行取样，并与原工艺 记录进行对比，以验证优化方案的优化效果． 根据 CaO--Al2O3 --SiO2 --MgO 精炼渣的热力学计算 及高温平衡实验，将精炼渣成分( 质量分数) 调整为: Al2 O3，40. 07% ; MgO，10. 18% ; CaO，47. 78% ; SiO2， 1. 56% ． 为了验证 LF 精炼渣优化方案对 SPHC 钢的积 · 771 ·