LF精炼渣低氟化研究进展

萤石对环境的污染日益受到重视,为了减少在精炼过程中CaF2的使用量,达到精炼渣低氟、无氟化的目的,开展了相关研究。综述了铝酸钙基精炼渣的性能以及B2O3,Li2O,BaO等替代物对精炼渣熔化温度、黏度以及脱硫能力、耐火材料侵蚀的影响。已有研究表明,使用铝酸钙基精炼渣能够有效降低CaF2的使用量,并具有良好的熔化性、发泡性以及脱硫性能;B2O3,Li2O,BaO等替代物都能够降低精炼渣的熔化温度和黏度,Li2O和BaO的加入增加了渣中O2-的活度,有利于提高精炼渣的脱硫能力。此外,精炼渣黏度的降低也促进了渣金界面反应的发生以及钢液中夹杂物的吸收。     

82B硬线钢LF精炼造渣工艺优化

针对水城钢铁（集团）有限责任公司82B硬线钢LF精炼造渣时间长,顶渣结壳现象严重,埋弧效果较差的情况,从炉渣组成和造渣制度两方面进行了分析。在此基础上,改进了LF精炼造渣工艺,即采用CaO-Al2O3型精炼渣代替石灰进行渣洗操作,LF精炼终渣控制训（CaO）／w（SiO2）=2．5～3．5,w（Al2O3）〈15％。试验结果表明：LF精炼渣埋弧效果良好,炉渣表面基本无结壳现象,化渣良好,炉渣的脱硫率高,钢中夹杂物有了较大程度的降低。     

LF脱硫精炼渣的发展

在对传统精炼渣的局限性进行探讨的基础上,论述了BaO、B2O3代替精炼渣中的CaO、CaF2对熔化特性和脱硫性能的影响,展望了这些替代剂的发展前景。结果表明：BaO不仅具有较好的脱硫能力,还可以降低精炼渣的熔点,提高熔渣流动性,BaO的最佳质量分数为5%~25%。B2O3在渣中的质量分数在10%以内时,可以代替CaF2,起到降低侵蚀炉衬和污染环境的作用。     

LF脱硫精炼渣的发展

在对传统精炼渣的局限性进行探讨的基础上,论述了BaO、B2O3代替精炼渣中的CaO、CaF2对熔化特性和脱硫性能的影响,展望了这些替代剂的发展前景。结果表明：BaO不仅可以降低精炼渣的熔点,提高熔渣流动性,还具有较好的脱硫能力,BaO的最佳质量分数为5%~25%;B2O3在渣中的质量分数在10%以内时,可以代替CaF2,起到降低对炉衬侵蚀和对环境污染的作用。     

B2O3在CaO-BaO-SiO2-Al2O3-CaF2精炼渣中的作用

选择w（CaO）=46％，w（BaO）=10％，w（SiO2）=11．2％，w（Al2O3）=11．6％的渣作基础渣系，将B2q作助熔剂替代CaF2，发现B2q和CaF2的助熔效果相当，B2q可用作环保型助熔剂。将CaO-SiO2-BaO-Al2O3-CaF2作基础渣系，B2O3作酸性氧化物，在碱度（m（CaO＋BaO）／m（SiO2＋B2O3））为2．5和2．8时，研究B2O3替代SiO2后精炼渣的熔化性能。结果表明，B2O3替代25％的SiO2后就可大幅度降低粘度，并且发现富硼精炼渣的高温熔化性能稳定，粘度值稳定在0．3～0．5Pa·s。在碱度为2．8wt进行脱硫工艺实验，当w（SiO2）=20．6％时渣剂脱硫率为80％，当w（SiO2）=10．3％，w（B2O3）=10．3％时渣剂脱硫率为91．3％，主要原因是熔化性能良好的熔渣有助于提高传质速率。     

新型高效精炼合成渣的开发与应用

针对现有精炼合成渣存在的易吸水粉化、不易熔化、电耗高等问题,通过优化设计配比,采用高碱度、高Al2O3渣系,开发了成分粒度均匀、强度高、性能稳定的新型高效精炼合成渣,可实现生产及炼钢加入的机械化、自动化。应用表明,该合成渣加入量5～8 kg/t,渣中TFe含量低,精炼及脱硫效果好,精炼化渣时间缩短3 min,吨钢电耗减少了近7 kW.h。     

B2O3作助熔剂对CaO基精炼渣系熔化温度的影响

研究了B₂O₃对低碱度[(CaO)/(SiO₂)=3～4]和高碱度[(CaO)/(SiO2)=5～7.5]两个系列CaO基精炼渣熔化温度的影响。结果表明,用B₂O3比用Al₂O₃和CaF₂更有效降低CaO基精炼渣系的熔化温度,对低碱度渣系,B₂O₃替代渣中的部分CaF₂、Al₂O₃以及SiO₂,都能有效降低渣的熔化温度;对高碱度渣系,B₂O₃替代CaF₂作助熔剂时,可实现在高(CaO)/(SiO₂)和(CaO)/(Al₂O₃)下造具有超低熔化温度的CaO基精炼渣,既可提高造渣速度,又可提高渣的脱硫磷能力和吸收硅、铝脱氧产物的能力。     

LF精炼工艺对36MnVNS4含硫非调质钢硫含量和夹杂物形貌的影响

试验的36MnVNS4含硫非调质钢（/%:0.36C,0.66Si,1.00Mn,0.010P,0.045S,0.26V,0.0110N）的冶炼工艺流程为铁水+废钢-70 t EBT EAF-LF-方坯连铸-轧制。研究了LF 19.82%Al2O3,（CaO）/（SiO₂）=2.64和14.63%Al2O3,（CaO）/（SiO₂）=2.15两种渣系精炼对软吹后钢中氧含量,喂S线后S的收得率以及钢中夹杂物成分和形貌的影响。结果表明,高碱度白渣精炼工艺有利于钢中氧含量的降低,但不利于钢中硫含量的稳定;精炼渣碱度（CaO）/（SiO₂）由2.64降低至2.15时,有利于钢中硫含量的稳定控制,硫的回收率由35%提高至75%;两种精炼工艺下钢中的夹杂物分布、形貌和组成基本相同。通过钢包钙处理,长条状MnS夹杂转变为球状复合夹杂。     

CaO B2O3对钢包精炼渣的调质处理

 为减少钢包合金化精炼浸渍罩粘渣,以质量比1∶1配制的CaO B2O3作调质剂对钢包顶渣调质,研究调质剂对渣熔化温度、粘度及脱硫能力的影响。半球法熔化温度测定结果表明,调质剂的助熔效果明显,当其加入量为10%时,渣熔化温度从调质前的1 439 ℃降至1 320 ℃。旋转柱体法粘度测试结果表明,调质剂能有效降低精炼处理后钢包顶渣的粘度。在1 500 ℃时,未调质的钢包顶渣粘度约为65 Pa·s,调质后渣的粘度低于20 Pa·s。调质处理后的钢包渣不会引起钢液的回硫,并可使钢中硫含量进一步降低。     

B2O3对CaO-Al2O3-SiO2-MgO-CaF2五元精炼渣系熔化特性的影响

通过半球点法研究了B2O3对40．5％-70．0％CaO-19％～45％Al2O3-SiO2-MgO-CaF2五元渣系熔化温度和完全熔化时间的影响。实验结果表明，当渣中CaO含量为40．5％～60％，CaF2 2％-10％，（B2O3％）／（CaF2％）为0．17—0．33时，渣系的熔化温度较不加B2O3的五元渣平均降低30℃，完全熔化时间平均降低49s。合适的多元脱硫精炼渣系的成分为60％CaO，19％-30％Al2O3，≤10％（MgO＋SiO2），2％～6％CaF2，（B2O3）／（CaF2）=0．17。     

轴承钢中大尺寸夹杂物的特征、来源及改进工艺

以韶钢BOF-ARS (氩站)-LF-RH-CC工艺路线生产GCr15轴承钢为研究背景,采用水浸超声探伤缺陷定位解剖、夹杂物金相显微镜与扫描电镜检验、全冶炼-连铸过程跟踪取样相结合的方法,研究了大尺寸夹杂物的特征和来源,并提出改进工艺。研究结果表明,大尺寸夹杂物主要有两类,一类是含6%~7%SiO₂(质量分数)的低熔点CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂类大颗粒微观夹杂,尺寸分布在50~500 μm范围,另一类是不含SiO₂的CaO-MgO-Al₂O₃类宏观夹杂,尺寸不小于500 μm。前者的主要来源为出钢的过程采用高黏度的低碱度渣与高熔点的石灰混加所引起的化渣不均匀而导致的卷渣;后者主要因为LF精炼工序添加的大量的铝钙精炼渣难以及时熔化而被卷入到钢液内部所导致。因此,精炼渣的设计和造渣工艺优化是改进上述大尺寸夹杂物的关键。改进后造渣工艺为,出钢过程中用钙铝精炼渣取代低碱度渣,并减少LF精炼工序外加的渣料,控制炉渣二元碱度(w(CaO)/w(SiO₂))在5~9范围,Al₂O₃质量分数为23%~28%。改进后炉渣流动性好,水口结瘤现象得到改善,轧材中主要为细小的MgO-Al₂O₃尖晶石及复合硫化物类夹杂,成品探伤合格率得到有效提升。     

铝脱氧钢中尖晶石夹杂物的生成与转变

研究了140 t LD-LF-RH-CC流程冶炼超低氧钢时精炼过程铝脱氧钢中夹杂物的变化。试验钢出钢过程加足够的铝脱氧,以尽快降低钢液中溶解氧。为使Al₂O₃转变为钙铝酸盐夹杂,选用CaO-Al₂O₃精炼渣系,渣中含3.00%～8.42%SiO₂。结果表明,精炼时钢液中夹杂物的变化趋势为:纯Al₂O₃→尖晶石夹杂→CaO-Al₂O₃-MgO复合夹杂物,炉渣中8.42%SiO₂炉次夹杂物转变慢于3.00%SiO₂炉次;当炉渣CaO/Al₂O₃为1.60时,钢中夹杂物大多转变为低熔点CaO-Al₂O₃-MgO复合夹杂。精炼渣的成分控制应为(%):55～60CaO,35～40Al₂O₃, 5～10MgO。     

精炼渣对轴承钢中氧含量和夹杂物的影响

采用MoSi₂电阻炉在MgO质坩埚内进行了精炼渣成分(%:47～64CaO、13～23SiO₂、15～25Al₂O₃、5～10MgO、0～8CaF₂;CaO/SiO₂=2.0～4.5)对0.95%C-1.50%Cr GCr15轴承钢中氧含量和夹杂物的影响的实验研究。实验中发现,随精炼渣碱度CaO/SiO₂由2增加至4.5,钢液中的终点全氧含量由20×10^-6降至11×10^-6,夹杂物的总数量、总面积和平均半径减小。适当提高Al₂O₃含量或添加CaF₂,减少MgO含量,可以显著提高炉渣吸附夹杂物的速度和能力。低碱度渣精炼的钢液中夹杂物成分含有≥20%SiO₂,塑性较好,夹杂物的尺寸为15～20μm。高碱度渣精炼的钢液中典型的夹杂物是氧化铝和铝镁尖晶石等脆性夹杂物,尺寸≤5μm。     

CAS-LF-VD精炼过程82A帘线钢中夹杂物的转变

研究的0.80%~0.82%C帘线钢的生产流程为80 t:BOF-CAS-LF-VD-150 mm×150 mm CC工艺。通过顶底复吹转炉出钢过程加入300 kg金属锰和200 kg高纯硅进行硅锰复合脱氧,LF过程先造碱度(CaO/SiO2)2.04的精炼渣,再将精炼渣碱度(CaO/SiO2)降至0.86,保持渣中Al₂O₃含量为~5%,来控制钢中非金属夹杂物的塑性转变。结果表明,铸坯平均总氧含量为16×10^-6,氮含量控制在50×10^-6左右,CAS(密封吹氩调成分)过程钢中夹杂物主要是MnO-Al₂O₃-SiO₂;LF、VD过程钢中和铸坯中夹杂物主要是CaO-Al₂O₃-SiO₂-MgO系,该类夹杂物尺寸偏小(2~3μm),分布在1 400℃低熔点区域附近。     

120 t LD-LF-RH-BCC流程生产齿轮钢的氧含量控制工艺

分析了齿轮钢中氧含量控制的关键技术:精炼渣SiO₂含量,(CaO)/(Al₂O₃),(FeO+MnO),RH,氩气搅拌,连铸工艺。结合攀枝花新钢钒股份有限公司炼钢厂的工艺条件,通过控制转炉终点[C]≥0.10%,钢包渣厚50～80 mm,出钢过程加高碱度精炼渣,LF白渣精炼[渣中T.Fe-0.43%,(MnO+FeO)-0.93%,SiO₂-5%,平均(CaO)/(Al₂O₃)-1.9],20 min RH处理,连铸保护浇铸等工艺措施,并在炉后平台,LF精炼和钙处理过程采用合适的吹氩模式,使20CrMoH齿轮钢铸坯总氧含量≤15×10^-6,平均总氧含量为11.8×10^-6。     

X70管线钢180 t LF深脱硫精炼工艺的优化

X70管线钢的生产流程为KR铁水预脱硫-180 t BOF-LF-RH-板坯连铸工艺。通过优化精炼渣成分和造渣制度,以及根据底吹流量(400-700 L/min)对终点[S]的影响,制定了LF深脱硫工艺。生产试验结果表明,通过控制精炼渣成分(/%)45~55CaO、30~40Al₂O₃、≤10SiO₂、≤10MgO、≤1.5(TFe+MnO),造渣时分两批(首次出钢过程第二批LF到站加入)或多批加入石灰,精炼过程根据炉渣情况适当调渣,LF精炼脱硫期的底吹气体流量为500~700 L/min,可在40 min内将钢液[S]降低到10×10^-6以下,满足了管线钢快速深脱硫的需求。     

水钢LF精炼渣及造渣制度规划

精炼渣具有脱硫和净化钢液的作用,在炉外精炼渣中采用精炼渣精炼钢水已成为洁净铜生产重要的技术手段。论文根据钢种的质量要求,以脱硫和铜中夹杂物控制为目标,结合水铜主要生产品种,对LF精炼渣终渣成分和造渣制度进行了规划。在水钢目前生产工艺条件下,焊条焊丝钢精炼终渣成分控制CaO／SiO2=2．0～2．5,Al2O3=10％～15％;含铝冷镦钢CaO／Al2O3=1．6—1．8,SiO2〈8％;高碳硬线铜CaO／SiO2=2．5～3．5,Al2O3〈15％。精炼渣造渣制度均可采用转炉出钢渣洗,并在LF精炼炉补加渣料的方式进行。     

渣成分对冶炼28MnCr5齿轮钢时CaO-SiO2-Al2O3-MgO精炼渣系熔点的影响

以28MnCr5齿轮钢（/%:0.28C、0.09Si、0.70Mn、0.015P、0.027S、0.95Cr）50 t电弧炉-LF-VD的生产过程为对象,利用热力学计算软件FactSage,研究CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO精炼渣系中不同成分比例对其熔点的影响,找出最佳的比例使夹杂物控制在低熔点区域,以便于去除。结果表明,（CaO）/（SiO₂）≤1时,低熔点区域占总相图面积的百分比较大;当CaO含量为30%时,低熔点区域占总相图面积的百分比达到所有的最大值,为53.2%;4组元最佳配比为（%）30CaO-30SiO₂-25Al₂O₃-15MgO。     

20钢管LF精炼渣系优化的工业试验

通过对中天钢铁公司电炉厂20钢管现行精炼渣系（/%:4～17Si0₂,17～34Al₂O₃,40～65CaO)的动力学以及热力学分析,在确保炉渣粘度1.5～2.0 Pa·s的前提下,设计出较高吸附夹杂物能力的LF精炼渣系:（/%:6～15SiO₂,24～34Al₂O₃, 58～65CaO）。试验结果表明,该渣系能够很好地满足20钢管的质量要求,达到了去除钢中夹杂物的目的,其B类夹杂评级均≤1.0。