提高天鐵熱軋LF爐鋼水純凈度生產實踐
李樹偉
（天鐵熱軋板有限公司）
摘要：本文結合天鐵熱軋LF爐生產實際狀況，通過對轉爐出鋼過程進行頂渣改質和精鍊爐渣改質和鋼水脫氧以及該處理等手段，通過合理的控制氮氧含量控制，提高了LF精鍊鋼水純凈度作出了分析研究，達到了渣中FeO+MnO含量低於3%～5%，減少鋼水二次氧化，保證Ca/Al在0.10～0.15，保證了鋼水純凈度。
關鍵詞：純凈度；渣改質；氧和氮的控制；夾雜變性；弱吹
1前言
天鐵熱軋LF爐外精鍊鋼水純凈度還有待提高，主要質量異議為夾雜物過多，對鋼產品質量帶來極大危害。LF精鍊的主要目的是通過電極加熱和造白渣去除鋼中的非金屬夾雜物來提高鋼水的質量，通過底吹攪拌達到均勻鋼水成份和溫度的目的。為此降低鋼中氧，以減少氧化產物的生成，減少和改善鋼中非金屬夾雜，對提高鋼水質量及後道工序板坯生產及軋制都至關重要。從出鋼後到澆鑄，鋼水同耐火材料接觸時間長，二次氧化機會多，以及出鋼過程脫氧、擋渣不完善等都易使鋼水被污染。為此需要調查爐外精鍊過程中鋼水非金屬夾雜演變過程及成因，採取措施降低和改善鋼中非金屬夾雜，提高鋼水質量。
LF精鍊包括，電極加熱、造渣、吹氬攪拌、合金微調、喂線等功能，脫硫能力強，通過喂線操作就氧化物夾雜物的降低和夾雜物形態控制做出努力，而在[H]、[N]的去除卻無能為力，而[N]、[H]、對鋼會造成白點和藍脆，危害鋼材的使用性能，以下就控[O]、控[N]加以論述。
2鋼水純凈度控制
2.1轉爐擋渣出鋼和改質
擋好轉爐渣是進行LF工藝操作的前提之一。鋼包內渣層過厚會對LF處理帶來許多不良影響：如底吹排渣效果差，無法裸露出鋼水面，從而造成鋼包內殘留渣量過多不能進行LF處理；成分調節時，合金元素收得率降低。爐渣主要由轉爐出鋼過程中流入鋼包的爐渣和鐵合金脫氧產物組成。
當轉爐內的渣大量流入鋼包內時，所形成的爐渣氧化性高，渣中FeO含量會達到15%～25%；當轉爐渣流入鋼包的量較多時，會因為硅鐵脫氧產物SiO2在渣中比例增大而造成爐渣鹼度(CaO/SiO2)降低，甚至使爐渣鹼度小2.0。爐渣改質的目的就是要適當提高爐渣鹼度、降低爐渣氧化性。爐渣改質的方法主要是在轉爐出鋼過程中向鋼包內加入白灰、改質劑或脫硫劑(高效脫氧劑也具有良好的爐渣改質作用)後，加大鋼包底吹流量，通常為500 NL/min，保證底吹效果的作用，使得加入的改製劑等物料利用鋼水的流動沖刷和攪拌作用促進鋼-渣反應並快速生成高鹼度渣。爐渣改質劑通常採用CaO-CaF2、CaO-Al2O3-Al和CaO-CaC2-CaF2等系列。爐渣改質後，鹼度可達到3.5～4.0，渣中FeO+MnO含量低於3%～5%。
2.2精鍊預吹氬渣改質
出鋼後由於鋼水氧化性強，轉爐雖然對爐渣進行了改質，因為鋼中氧不斷向頂渣擴散，使爐渣氧化性再次增強，對精鍊後續操作及減少鋼中夾雜帶來很大影響。為此在精鍊處理前再次對爐渣進行改質至關重要。天鐵熱軋LF在實際生產中摸索出精鍊渣改質方法及要求。
2.2.1爐渣再次改質和鋼水脫氧
處理鋼水或鋼渣氧化性強的爐次，對鋼水會造成一定的影響，需要再次進行爐渣改質，進行爐渣脫氧和通過加鋁粒脫除鋼中氧，降低渣中氧和鋼中氧。
2.2.2爐渣改質具體操作
（1）進行渣改質時，加鋁渣改質前先將氬氣流量開到400NL/min以內，以便使鋁渣加到渣面上，確認鋁渣完全下到渣面上後直接將氬氣提高到500NL/min，加大底吹攪拌，隨後觀察亮面情況，參考亮面為200-300mm為佳，之後按照100 NL/min階梯逐步調整氬氣流量，渣改質期間單路最大流量700NL/min，可雙路氬氣同時開啟化渣；確保鋁渣能與渣子充分反應進行脫除渣中氧，但鋁渣並不進入鋼水中。
（2）加入鋁渣後確保吹氬脫氧≥3min，保證爐渣全部融化，確保氧化鐵降至4%一下，然後進行其它工藝操作。
2.2.3進站鋁渣加入量
鋼水進站後，根據轉爐爐後鋁含量，同時判斷進站渣厚，然後根據表1、表2及表3控制鋁渣加入量，從而達到爐渣改質。
通過精鍊渣改質爐渣中氧化鐵含量降低有效控制了向鋼液傳遞氧，提高合金收的率鋼水成分得到穩定的控制，爐渣鹼度有所提高更有利於鋼中夾雜物的吸附從而有效提高鋼水純凈度。
2.3氧、氮的危害及控制措施
2.3.1鋼中氧的控制
鋼中全氧包括溶解的自由氧和夾雜物中的氧，氧在鋼中主要以夾雜物的形式變現出來，所以儘可能地降低鋼中氧含量是LF精鍊重要任務。
（1）鋁鎮靜鋼通過定氧將鋼中鋁控制在0.020-0.050%。
（2）防止鋼水二次氧化，控制氬氣流量和LF罩深度避免鋼液裸露。
（3）控制好降罩前的排渣工作，避免罩內過多的鋼渣反應。
（4）夾雜變性處理更有利於夾雜上浮。
（5）提高出鋼溫度盡量減少電極加熱升溫。
2.3.2鋼中氮的控制
對於大多數鋼中來說氮在鋼中是有害元素，鋼中氮含量對鋼的機械性能影響很大，尤其是深沖條件下的低碳鋼，氮增加會使鋼的屈服極限強度極限和硬度，塑性不同程度的下降，某些氮化物還會導致鋼的熱脆。因此要提高鋼的性能就必須降低鋼水中氮含量。
（1）降罩排渣的時間不宜過長，避免鋼水裸漏與空氣接觸產生增氮。
（2）嚴格控制合金料和廢鋼的氮含量。
（3）應避免空氣直接與鋼水接觸。
（4）嚴格控制吹氬階段氬氣流量及確保罩外無裸漏鋼液，精鍊爐渣如同一個保護層，可有效防止氮在鋼液和氣相間傳質。
2.4鈣處理夾雜變性
鋼液鈣處理是現階段廣泛使用的一種爐外精鍊手段，鈣處理的主要目的之一是為生成液態鋁酸鈣以避免鋁鎮靜鋼在連鑄發生水口堵塞，也是現階段為防止水口堵塞運用得最廣泛的一種方法。鈣將高熔點的Al2O3夾雜轉變為1400度左右的12CaO·7 Al2O3或L/C·A態，夾雜物為12CaO·7Al2O3時，夾雜物中Ca/Al比在0.08-0.12之間產生形狀尖銳、帶稜角和樹枝狀的Al2O3顆粒很容易粘結在大包和中包的水口上，並且結成硬殼互相粘連，影響鋼水流動性，通過加入鈣對Al2O3夾雜物變性處理，從而使其轉變成易熔的C12A7。
但夾雜物變性中的Ca不僅僅起到助熔作用。當鋼水接觸鋼渣、耐材或空氣發生二次氧化時，Ca比Al更先氧化，起到了減少鋼中鋁二次氧化的作用。
由於Ca與氧有很高的親合力，發生二次氧化時，氧化鈣和鈣鋁氧化物最先形成。形成的球狀夾雜很容易穿過水口，防止夾雜物聚集，避免因絮流套眼影響澆注工序。此外，含鈣和鈣鋁的夾雜物在鋼中更均勻，所以對鋼質沒有負面影響。12CaO·7Al2O3中有12個鈣原子，14個鋁原子，考慮串簇狀Al2O3在吹氬3～5min可上浮90%，按原子量和化學式量可推出鈣鋁比為：12×40/(14×27×10)=0.127
由圖1可知，喂線推薦鈣鋁比為0.10～0.15，考慮連鑄鋁碳質耐火材料在高鈣鋼液中易於蝕損，可適當降低鈣鋁比。當夾雜物中的Ca/Al比大於1.27時，可以認為獲得了理想的Ca處理效果，鈣處理後可將夾雜物變性聚集成絮狀通過氬氣攪拌更有利於上浮去除夾雜。喂線速度控制不宜過快，以避免過快發生噴濺形成二次氧化。
2.5提高弱吹效果
弱吹氬時控制氬氣流量根據實際效果以鋼液面微動不見鋼水為宜，喂線及喂線後流量採用50-100L/min避免發生卷渣和二次氧化，通過一定時間的攪拌氬氣泡附著鋼中夾雜物持續上浮以達到凈化鋼水目的。
2應用效果
轉爐通過出鋼過程中對爐渣進行一次改質，改善了爐渣性能，爐渣鹼度可達到3.5～4.0，渣中FeO+MnO含量低於3%～5%，起到了改質效果。精鍊進行二次爐渣改質，為造白渣提供了很好的基礎，有效地控制了爐渣向鋼液傳遞氧。通過底吹控制和原材料的控制，減少鋼水二次氧化，減少了電極加熱，減少了鋼水吸氮，確保了氮氧含量的控制。 通過喂線對爐渣進行進行了變性處理，通過保證Ca/Al在0.10～0.15，杜絕了連鑄絮水口等問題。
3結束語
LF精鍊技術在實際生產中得到了最為廣泛的應用，其處理時間短可以很好的銜接前後道工序，降低了冶煉的生產成本，並且能夠滿足一般質量要求的鋼種。而且，隨著鍊鋼各個環節的完善以及一些鋼水去夾雜措施的實際應用，在鋼水凈化方面取得了很好的效果。
參考文獻
[1]李 晶.LF精鍊技術[M].北京：冶金工業出版社，2009.
[2]徐曾啟.爐外精鍊[M].北京：冶金工業出版社，1994.
[3]蔣慎言.鍊鋼生產自動化技術[M].北京：冶金工業出版社，2006．
（來源：中國冶金技術網2017年11月無錫召開第四屆全國高品質、低成本鍊鋼-連鑄生產技術研討會）
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