Vol.29 Suppl.1 王谦等：低碳含铝钢LF炉精炼工艺及精炼渣的优化 ·15 尽快对钢水脱氧并造好还原性精炼渣，以降低氧活 相对较快，一般LF炉处理钢水的节奏允许时间为 度，同时采用硫容量较高的精炼渣系.除此之外， 25~45min.在短时间内要使精炼渣充分熔化、形成 通过分析钢水成分对硫活度系数天的影响，发现钢 还原性白渣，达到脱硫和吸收A12O3脱氧产物的目 中[C]对[S]的活度相互作用系数S=6.45,即钢中[C] 的，就需要充分利用出钢及精炼过程的各种条件为 含量越高，硫活度系数人越高，反之就越低，因此 上述反应创造良好的动力学条件 与中高碳钢相比低碳钢精炼过程脱硫难度更大，若 %Ca0 要求成品钢中[S]较低，则最好采用预脱硫铁水治炼 65 55 45 或对钢水进行专门的深脱硫处理， 75 20 Ig Ls =Ig((%S)/[%S])= 85 10 IgCs +lg fs-lgao-465/T-964 (1) 95 其中，Ls为硫的分配比，Cs为精炼渣硫容量，T为 0 10 20 3040 50 Al,01+ 绝对温度（单位：K) 根据低碳含铝钢的上述特点，应有针对性地设 图1Ca0-Al203-Si02三元渣系疏分配比(1600C,1AI=300x106, (Mg0)=5%) 置LF炉精炼工艺和精炼渣. 为了获得上述精炼终渣成分，通常需要向钢包 2LF炉精炼渣终渣的设定范围 中添加含CaO、Al2O3的造渣材料.常用的造渣材 LF炉常用的精炼渣有CaO-CaFz、CaO-SiO2、 料有石灰、铝矾土、废碎耐火砖块、铝酸钙预熔料 CaO-Al2O3等渣系.由于CaO-SiO2渣系脱硫能力较 等.选择造渣材料的基本原则是： 弱，并且低碳含铝钢中酸溶铝较高，对渣中(SO2) (1)造渣材料尽可能含有精炼渣所需的各种组 有还原作用，因此在低碳含铝钢上难于采用 分、熔点较低，便于快速成渣.使用铝酸钙预熔料 CaO-SiO2渣系.由铝脱氧生成的Al2O3较多，这些 或含P、S较低的精炼渣返回料是较好的选择 产物在精炼渣中可达到10%以上的含量.因此，低 (2)在不产生粉尘的前提下，尽量避免使用块 碳含铝钢精炼渣也不太可能采用CaO-CaF2渣系， 度大的材料 而是更多地倾向于采用CaO-Al2O3渣系.为了使精 (3)少用或不用在钢水中溶化成渣速度慢的材 炼渣具有较好的脱硫效果和有利于对上浮A12O,等 料 脱氧产物的同化和吸收，常将精炼终渣成分选定在 (4)来源方便、价格合理、对包衬浸蚀弱和不 Ca0-Al203-SiO2相图的12Ca07Al203生成区域，在 污染环境的材料. 该区域（见图1，A1203含量为30%左右或 根据钢水[O]含量和脱氧剂用量可以估算出生 CaO%/Al2O,=1.8左右时存在Ls较高的区域，并且 成的脱氧产物数量，并在统计获得的转炉下渣量基 在该区域精炼渣熔点较低，有利于与夹杂的结合，更 础上，按终渣总量（脱硫和覆盖钢液面需要）和成 重要的是，在这种渣系条件下由SO2引起的钢水中 分要求粗略计算出各种造渣材料用量，然后经过取 [A的再氧化趋势能得到抑制.所以，设计精炼终 样分析和修正，就能得到合理的造渣材料用量配比. 渣组成为：Ca0=55%~60%,Si02=4%-7%, 为了加快成渣速度，为脱硫和吸收及排除夹杂 Al203=28%-32%.Ca0/A1203=1.7%-1.9%. 提供足够的时间，采用出钢渣洗是一个较好的方案 本文采用上述方法设计ML08A!精炼终渣组 .在出钢末期加入还原剂对转炉下渣作还原处 成，统计了30炉生产数据，LF终渣成分为： 理.这样，在出钢结束或LF处理初期就能很快形 51%-62% Si02=4%~8%,Al203=24%~32%, 成白渣，对脱疏和吸收夹杂均有利.在钢水经过 MgO=5%~8%,基本处于设计范围.从精炼过程看， 8~l5min的加热升温后，钢中[S]得到了有效的去 化渣情况良好，脱硫率平均为62%，LF出站钢水[S] 除，精炼工艺就可转入软吹镇静阶段. 平均为13×106，达到钢种对硫含量控制的要求. 表1列出了本文研究的某厂生产16MnR时的 3LF炉精炼渣造渣方式及精炼工艺 精炼渣终渣成分.表2为不同精炼模式，即不同造 制度的优化配套 渣方式和软吹A弱搅制度下钢水及铸坯质量的试 验对比结果.表2中，软吹A「时间、钢水和铸坯 在转炉一LF炉一连铸生产流程中，生产节奏都 T[O]及钢水脱硫率（根据转炉终点和LF出站钢水Vol.29 Suppl.1 王谦等：低碳含铝钢 LF 炉精炼工艺及精炼渣的优化 • 15 • 尽快对钢水脱氧并造好还原性精炼渣，以降低氧活 度α0，同时采用硫容量较高的精炼渣系．除此之外， 通过分析钢水成分对硫活度系数 fS 的影响，发现钢 中[C]对[S]的活度相互作用系数 C S ε =6.45，即钢中[C] 含量越高，硫活度系数 fS 越高，反之就越低，因此 与中高碳钢相比低碳钢精炼过程脱硫难度更大．若 要求成品钢中[S]较低，则最好采用预脱硫铁水冶炼 或对钢水进行专门的深脱硫处理． lg lg{(%S) /[%S]} LS = = lg lg lg 465/ 964 Cf T SS 0 +−− − α (1) 其中，LS 为硫的分配比，CS 为精炼渣硫容量，T 为 绝对温度(单位：K)． 根据低碳含铝钢的上述特点，应有针对性地设 置 LF 炉精炼工艺和精炼渣． 2 LF 炉精炼渣终渣的设定范围 LF 炉常用的精炼渣有 CaO-CaF2、CaO-SiO2、 CaO-Al2O3 等渣系．由于 CaO-SiO2 渣系脱硫能力较 弱，并且低碳含铝钢中酸溶铝较高，对渣中(SiO2) 有还原作用，因此在低碳含铝钢上难于采用 CaO-SiO2 渣系．由铝脱氧生成的 Al2O3 较多，这些 产物在精炼渣中可达到 10%以上的含量．因此，低 碳含铝钢精炼渣也不太可能采用 CaO-CaF2 渣系， 而是更多地倾向于采用 CaO-Al2O3 渣系．为了使精 炼渣具有较好的脱硫效果和有利于对上浮 Al2O3 等 脱氧产物的同化和吸收，常将精炼终渣成分选定在 CaO-Al2O3-SiO2 相图的 12CaO⋅7Al2O3 生成区域，在 该区域 ( 见 图 1[6]) ， Al2O3 含量为 30% 左右或 CaO%/Al2O3=1.8 左右时存在 LS 较高的区域，并且 在该区域精炼渣熔点较低，有利于与夹杂的结合．更 重要的是，在这种渣系条件下由 SiO2 引起的钢水中 [Al]的再氧化趋势能得到抑制．所以，设计精炼终 渣组成为： CaO=55%∼60%, SiO2=4%∼7%, Al2O3=28%∼32%, CaO/Al2O3=1.7%∼1.9%． 本文采用上述方法设计 ML08Al 精炼终渣组 成，统计了 30 炉生产数据，LF 终渣成分为： 51%∼62%, SiO2=4%∼8%, Al2O3=24%∼32%, MgO=5%∼8%，基本处于设计范围．从精炼过程看， 化渣情况良好，脱硫率平均为 62%，LF 出站钢水[S] 平均为 13×10−6 ，达到钢种对硫含量控制的要求． 3 LF 炉精炼渣造渣方式及精炼工艺 制度的优化配套 在转炉－LF 炉－连铸生产流程中，生产节奏都 相对较快，一般 LF 炉处理钢水的节奏允许时间为 25∼45 min．在短时间内要使精炼渣充分熔化、形成 还原性白渣，达到脱硫和吸收 Al2O3 脱氧产物的目 的，就需要充分利用出钢及精炼过程的各种条件为 上述反应创造良好的动力学条件． 图 1 CaO-Al2O3-SiO2 三元渣系硫分配比(1600°C，[Al]=300×10−6 , (MgO)=5%)[6] 为了获得上述精炼终渣成分，通常需要向钢包 中添加含 CaO、Al2O3 的造渣材料．常用的造渣材 料有石灰、铝矾土、废碎耐火砖块、铝酸钙预熔料 等．选择造渣材料的基本原则是： (1) 造渣材料尽可能含有精炼渣所需的各种组 分、熔点较低，便于快速成渣．使用铝酸钙预熔料 或含 P、S 较低的精炼渣返回料是较好的选择. (2) 在不产生粉尘的前提下，尽量避免使用块 度大的材料. (3) 少用或不用在钢水中溶化成渣速度慢的材 料. (4) 来源方便、价格合理、对包衬浸蚀弱和不 污染环境的材料． 根据钢水[O]含量和脱氧剂用量可以估算出生 成的脱氧产物数量，并在统计获得的转炉下渣量基 础上，按终渣总量（脱硫和覆盖钢液面需要）和成 分要求粗略计算出各种造渣材料用量，然后经过取 样分析和修正，就能得到合理的造渣材料用量配比． 为了加快成渣速度，为脱硫和吸收及排除夹杂 提供足够的时间，采用出钢渣洗是一个较好的方案 [7]．在出钢末期加入还原剂对转炉下渣作还原处 理．这样，在出钢结束或 LF 处理初期就能很快形 成白渣，对脱硫和吸收夹杂均有利．在钢水经过 8∼15 min 的加热升温后，钢中[S]得到了有效的去 除，精炼工艺就可转入软吹镇静阶段． 表 1 列出了本文研究的某厂生产 16MnR 时的 精炼渣终渣成分．表 2 为不同精炼模式，即不同造 渣方式和软吹 Ar 弱搅制度下钢水及铸坯质量的试 验对比结果．表 2 中，软吹 Ar 时间、钢水和铸坯 T[O]及钢水脱硫率（根据转炉终点和 LF 出站钢水