分鋼種精煉窄成分渣系工藝技術開發與應用

郭偉達  王鍵  任科社  劉文憑

（山鋼股份萊蕪分公司  煉鋼廠，山東  萊蕪，271104）

摘  要：針對LF精煉存在的缺少不同品種鋼科學合理的目標渣系，精煉過程成渣速度慢、渣系組分波動大等問題，分鋼種確定精煉窄成分渣系；在轉爐終點實施動態脫氧和頂渣處理工藝，穩定進LF精煉鋼水氧化性；采用硅平衡法穩定控制爐渣組分。該工藝技術的應用使得上下爐次精煉渣堿度波動在0.5以內，夾雜物總級別≤2.0合格率達到95%以上。

關鍵詞：精煉渣系；窄成分控制；堿度；夾雜物；工藝控制

Development and Application of Refining Process Technology of Narrow Component Slag System for All Kinds of Steel

Liu Wenping

（The Steelmaking Plant of Laiwu Branch of Shangdong Iron and Steel Co., Ltd.,

Laiwu 271104, China）

Abstract: In view of the lack of scientific and reasonable target slag system of different kinds of steel in LF refining, the slow slag formation speed and large fluctuation of slag system components in the refining process, the narrow slag system of refining was determined by steel separation. Dynamic deoxidation and top slag treatment process are carried out at the end of the converter, and the oxidization of steel into LF refining is stabilized. Silicone equilibrium method was used to stabilize the slag composition. The application of this technology has caused the alkaline fluctuation of the refined slag in the upper and lower furnace to be within 0.5, and the total level of inclusions ≤ 2.0 has a pass rate of more than 95 %.

Key words: refining slag system; narrow component control; alkalinity; inclusion; process control

1 前言

煉鋼廠品種結構繁多，主要品種鋼低、中、高端均有，其生產工藝流程均為：鐵水預脫硫—復吹轉爐—LF精煉—連鑄。主要冶煉品種為窄帶（鋸片鋼J50、J65Mn、50H、ST57，彈簧鋼T50、T65Mn，鏈條鋼40Mn、50Mn，工具鋼45、50等）及中型H型鋼（石油平臺用鋼Q345E、S355NL，門架槽鋼Q420C、Q440C，耐火耐候鋼LWR345、LWR490、LG510、LG710、Q355NHD，船體結構用鋼B級、D級、DH36級，F型磁懸浮軌排等）。因工藝裝備條件相對落后，鋼中夾雜物控制穩定性較差，主要體現在LF精煉渣系組成不夠合理，渣系組分波動范圍大，沒有起到良好的去除夾雜效果。為此，分析LF精煉成渣機理，并結合不同品種鋼生產工藝，確定不同類的目標渣系標準［1］，進一步改善進精煉鋼水條件，快速形成低熔點三元渣系，實現目標渣系的窄成分控制，更有針對性地去除夾雜，提升品種鋼質量。

2 生產線概況及工藝路線

2.1 生產線主要概況

山鋼股份萊蕪分公司煉鋼廠老區現有3座60 t頂吹轉爐，1座80 t頂吹轉爐，2座50 t LF精煉爐，1座60 t LF精煉爐，1臺帶鋼坯連鑄機，2臺小方坯連鑄機，1臺矩形坯連鑄機。主要技術經濟指標如見表1所示。

表1 生產線主要技術經濟指標

2.2 工藝路線

1）窄帶線工藝流程：鐵水預處理→600 t混鐵爐→60 t復吹轉爐→50 t LF精煉→4機4流全弧形二點矯直帶鋼坯連鑄機。

2）中型線工藝流程：鐵水預處理→600 t混鐵爐→80 t復吹轉爐→60 t LF精煉→3機3流全弧形多點（3點）矯直矩形坯連鑄機。

2.3 存在問題

1）缺少不同品種鋼科學合理的目標渣系。LF精煉操作大多靠爐長經驗判斷調整，缺少精細化的不同階段冶煉模式，隨意性較大，爐次間頂渣冶金效果波動大，渣系目標細化程度不夠，頂渣組分波動范圍大，煉鋼老區冶煉的鋼種繁多，不同的鋼種轉爐冶煉模式不同，脫氧制度不同，用戶的要求也不同，同一個目標渣系不能滿足不同品種鋼冶煉要求。目前所有品種鋼均參照同一個目標渣系，針對性不強。

2）精煉過程成渣速度慢，渣系組分波動大。由于進站條件不穩定，前期化渣難，精煉過程黃白渣形成速度慢，基本在通電15 min以上才能形成流動性良好的黃白渣，各類鋼種的精煉渣系組分波動較大，精煉窄成分渣系合格率不足80%。

3 改進措施

3.1 分鋼種確定精煉窄成分渣系

1）目前渣系存在的問題。當前渣系實際生產過程中，表現的主要問題是爐渣熔點高，黏度大，造成爐渣吸附夾雜物能力較差；另外成分波動較大（見表2），不能穩定處于CaO-SiO2-Al2O3三元渣系的低熔點位置（見圖1）［2］，個別爐次難以保證完全液態夾雜物狀態；同時由于不同鋼種冶煉特點、成分設計、脫氧制度以及對夾雜物的要求不盡相同，對精煉渣系的要求也不同。因此需要通過調整爐渣成分配比來優化精煉渣性能。合理確定LF渣的成分，有利于提高產品質量，延長爐襯壽命。

表2 原渣系組分要求及實際控制范圍

2）分鋼種精煉窄成分渣系目標的確定。鋼包精煉的基本渣系為CaO－SiO2－A12O3，渣系相圖見圖1。要求精煉渣具有適當高的堿度和還原性，以實現脫氧、脫硫的目的；要求渣鋼之間有較大的界面張力，渣與夾雜物之間有較小的界面張力，以具有較高的吸附夾雜物能力，特別是吸收A12O3夾雜的能力；低的熔點和良好的發泡性能，以實現快速成渣埋弧加熱、減少熱損失、保護爐襯的目的［3］。

Ⅰ類（中低碳硅鋁鎮靜鋼渣系）：原渣系組分在CaO－SiO2－Al2O3三元渣系相圖中處于熔點在1 500～1 600 ℃的位置，熔點高，爐渣流動性不好，脫硫率低，影響夾雜的上浮和吸附。此類鋼種對鋁含量沒有明確要求，轉爐采用部分鋁脫氧，渣中Al2O3含量偏低，爐渣堿度偏高，表現為流動性差，需要降低CaO含量，穩定爐渣堿度。為了更好促進泡沫黃白渣的形成，可適當穩定CaO含量在50%～55%范圍內，進一步穩定轉爐終點氧含量，控制下渣量；穩定SiO2含量在15%～20%范圍內，以穩定爐渣流動性和堿度。

Ⅱ類（中高碳鋁鎮靜鋼渣系）：原渣系組分在CaO－SiO2－Al2O3三元渣系相圖中的位置可以看出，熔點高、粘度大，爐渣流動性差。此類鋼種轉爐終點全部采用鋁錳鐵脫氧， Al2O3含量整體偏低，主要原因是轉爐終點氧化性波動大，鋼中Al的回收率不穩定，特別是過氧化、下渣等異常爐次。當渣中CaO含量過高時，渣中有固相質點析出，熔渣中出現非均相，導致了爐渣粘度上升、流動性變差［4］。因此應穩定高渣中的CaO含量在55～60%范圍內，既能促進泡沫渣的形成又能不影響爐渣堿度、粘度。

Ⅲ類（低碳鋁鎮靜鋼渣系）：此類鋼種冶煉時表現為爐渣較稀，吸附夾雜能力較弱，特別是精煉后期頂渣稀，個別爐次甚至出現玻璃渣。由于轉爐全部采用鋁錳鐵脫氧，渣中Al2O3含量較高，調整了爐渣熔點，表現為頂渣較稀，為了加強頂渣的吸附能力，可以適當穩定CaO含量在55～60%范圍內，以更好的促進泡沫渣的形成。

Ⅳ類（硅鎮靜鋼渣系）：此類鋼種轉爐冶煉全部加入硅質脫氧劑，渣中SiO2主要來源于原料和脫氧產物， SiO2含量較高，爐渣堿度偏低，泡沫化程度不高，脫硫效果不好。為了更好的促進泡沫渣的形成，提高脫硫率，應該適當提高CaO含量并穩定在50～55%范圍內，以穩定爐渣堿度在2.8以上滿足脫硫要求。

綜合確定各類窄成分渣系組成見表3。

表3 各類窄成分渣系組成

3.2 穩定進LF精煉鋼水氧化性

1）優化改進轉爐終點動態脫氧制度。轉爐終點鋼水氧化性與C含量有密切關系，根據碳氧平衡圖（見圖2）可知，當C含量低于0.10%時，鋼水氧化性急劇增強。

根據轉爐終點C含量制定了動態脫氧制度如表4所示：

表4 不同C含量對應的轉爐脫氧制度

轉爐放鋼過程中難免會有下渣現象，轉爐渣是氧化性渣，對于要造堿性渣的LF精煉爐來說是百害無一利，轉爐渣的氧化性直接影響LF精煉爐前期黃白渣的形成時間。對此，轉爐有下渣情況時，應及時補加脫氧劑來快速脫除渣中的氧，以減輕LF精煉爐的前期脫氧壓力。對于鋼包頂渣的處理，為LF精煉爐前期造渣奠定了良好的基礎。對于不同的下渣量也細化了補加脫氧劑的量（見表5），以確保頂渣氧化性處理效果。

表5 不同下渣量補加脫氧劑量

2）制定轉爐出鋼頂渣動態處理工藝。對于轉爐終點情況的判斷除了C含量、耗氧量等，還有一項重要依據就是終點渣況，終點渣況也能反應出轉爐氧化性及過程控制情況。因此針對不同的鋼包頂渣動態調整全預熔渣的加入量，穩定精煉進站渣況。頂渣渣況及對應的預熔渣加入量：過氧化、下渣等導致頂渣氧化性強，200 kg預熔渣；頂渣偏黏，150 kg預熔渣＋50 kg改質劑；頂渣偏稀，150 kg預熔渣＋50 kg合成渣。

在轉爐終點實施動態脫氧和頂渣處理工藝，進LF精煉鋼水氧化性較穩定，精煉爐長可以快速、準確對鋼水氧化性進行預判，在精煉通電3～5 min內即徹底完成鋼水溶解氧的固氧任務，通電10～12 min能形成黃白渣。

3.3 硅平衡法穩定控制爐渣組分

LF精煉爐冶煉時，由于石灰加入量靠人工判斷加入，導致精煉爐渣堿度偏差大，爐渣冶金效果差，吸附夾雜的能力不穩定，鋼水夾雜物含量會出現超標情況，影響產品質量。

針對上述問題，制定了一種通過測量鋼包內爐渣高度、分析鋼水初煉硅含量的方法，根據硅元素平衡法確定精煉爐石灰加入量，實現精煉爐爐渣堿度精準控制，提高精煉冶煉效果。采用該控制爐渣堿度的方法很好地解決了LF爐爐渣的堿度波動大的問題，同時降低了部分原料的消耗，石灰消耗平均降低3 kg/t，螢石消耗平均降低1 kg/t。

4 實施效果

采取上述措施后，進LF精煉鋼水游離氧含量穩定在10×10-6以下，同時精煉過程黃白渣形成時間較之前提前3～5 min，上下爐次精煉渣堿度波動穩定在0.5以內。精煉渣實現了窄成分控制，提高鋼水的潔凈度，夾雜物總級別≤2.0合格率達到95%以上，同時穩定了產品質量［4］。

對應用分鋼種精煉窄成分渣系工藝技術的S355NL-B、J65Mn鋼種軋材取樣分析夾雜物情況，統計6爐次情況均取平均值并與該工藝技術實施前后軋材夾雜物情況進行對比，見表6。

表6 分鋼種精煉窄成分渣系工藝技術應用前后軋材夾雜物對比  

由表6可以看出，分鋼種精煉窄成分渣系工藝技術應用后，A類夾雜物0～1.0級，B類夾雜物0～1.5級，C類夾雜物0級，D類夾雜物級別為0級，夾雜物級別保持穩定，滿足質量要求。

5 結論

通過在轉爐終點實施動態脫氧和頂渣處理工藝，可以穩定進LF精煉鋼水氧化性，為精煉過程成渣提供有利條件。根據鋼種成分設計特點、脫氧制度以及質量要求不同，細化不同精煉渣系組分窄成分范圍，通過采取一系列措施，減小上下爐次頂渣組分波動，有利于提高夾雜物控制水平。

參考文獻

[1] 劉瀏.爐外精煉工藝技術的發展［J］.煉鋼，2001，17（4）：1-7.

[2] 張鑒.爐外精煉的理論與實踐［J］.北京：冶金工業出版社，1993：321-324.

[3] 王展宏.鋼包爐（LF）精煉渣的作用和特性分析［J］.鋼鐵研究，1996（3）：11-16.

[4] 余志祥，鄭萬，汪曉川，等.潔凈鋼的生產實踐［J］，煉鋼，2000，16（3）：11-15.