分钢种精炼窄成分渣系工艺技术开发与应用

2017-04-27刘文凭

山东冶金 2017年6期

刘文凭

（山钢股份莱芜分公司炼钢厂，山东莱芜271104）

1 前言

山钢股份莱芜分公司炼钢厂产品品种结构繁多，主要品种钢低、中、高端均有，其生产工艺流程均为：铁水预脱硫—复吹转炉—LF精炼—连铸。主要冶炼品种为窄带（锯片钢 J50、J65Mn、50H、ST57，弹簧钢 T50、T65Mn，链条钢 40Mn、50Mn，工具钢 45、50等）及中型H型钢（石油平台用钢Q345E、S355NL，门架槽钢 Q420C、Q440C，耐火耐候钢 LWR345、LWR490、LG510、LG710、Q355NHD，船体结构用钢 B级、D级、DH36级，F型磁悬浮轨排等）。因工艺装备条件相对落后，钢中夹杂物控制稳定性较差，主要体现在LF精炼渣系组成不够合理，渣系组分波动范围大，没有起到良好的去除夹杂效果。为此，分析LF精炼成渣机理，并结合不同品种钢生产工艺，确定不同类的目标渣系标准［1］，进一步改善进精炼钢水条件，快速形成低熔点三元渣系，实现目标渣系的窄成分控制，更有针对性地去除夹杂，提升品种钢质量。

2 生产线存在的问题分析

2.1 生产线概况

山钢股份莱芜分公司炼钢厂老区现有3座50 t顶吹转炉，1座60 t顶吹转炉，2座50 t LF精炼炉，1座60 t LF精炼炉，1台带钢坯连铸机，2台小方坯连铸机，1台矩形坯连铸机。生产线主要技术经济指标如表1所示。

表1 生产线主要技术经济指标

2.2 工艺路线

1）窄带线工艺流程：铁水预处理→600 t混铁炉→50 t复吹转炉→50 t LF精炼→4机4流全弧形二点矫直带钢坯连铸机。

2）中型线工艺流程：铁水预处理→600 t混铁炉→60 t复吹转炉→60 t LF精炼→3机3流全弧形多点（3点）矫直矩形坯连铸机。

2.3 存在问题

1）缺少不同品种钢科学合理的目标渣系。LF精炼操作大多靠炉长经验判断调整，缺少精细化的不同阶段冶炼模式，随意性较大，炉次间顶渣冶金效果波动大，渣系目标细化程度不够，顶渣组分波动范围大，炼钢老区冶炼的钢种繁多，不同的钢种转炉冶炼模式不同，脱氧制度不同，用户的要求也不同，同一个目标渣系不能满足不同品种钢冶炼要求。目前所有品种钢均参照同一个目标渣系，针对性不强。

2）精炼过程成渣速度慢，渣系组分波动大。由于进站条件不稳定，前期化渣难，精炼过程黄白渣形成速度慢，基本在通电15 min以上才能形成流动性良好的黄白渣，各类钢种的精炼渣系组分波动较大，精炼窄成分渣系合格率不足80%。

3 改进措施

3.1 分钢种确定精炼窄成分渣系

1）目前渣系存在的问题。当前渣系实际生产过程中，表现的主要问题是炉渣熔点高，黏度大，造成炉渣吸附夹杂物能力较差；另外成分波动较大（见表2）不能稳定处于CaO-SiO2-Al2O3三元渣系的低熔点位置（见图1）［2］，个别炉次难以保证完全液态夹杂物状态；同时由于不同钢种冶炼特点、成分设计、脱氧制度以及对夹杂物的要求不尽相同，对精炼渣系的要求也不同。因此需要通过调整炉渣成分配比来优化精炼渣性能。合理确定LF渣的成分，有利于提高产品质量，延长炉衬寿命。

表2 原渣系组分要求及实际控制范围

2）分钢种精炼窄成分渣系目标的确定。钢包精炼的基本渣系为CaO－SiO2－A12O3，渣系相图见图1。要求精炼渣具有适当高的碱度和还原性，以实现脱氧、脱硫的目的；要求渣钢之间有较大的界面张力，渣与夹杂物之间有较小的界面张力，以具有较高的吸附夹杂物能力，特别是吸收A12O3夹杂的能力；低的熔点和良好的发泡性能，以实现快速成渣埋弧加热、减少热损失、保护炉衬的目的［3］。

图1 CaO－SiO2－Al2O3三元渣系相图

Ⅰ类（中低碳硅铝镇静钢渣系）：原渣系组分在CaO－SiO2－Al2O3三元渣系相图中处于熔点在1 500～1 600℃的位置，熔点高，炉渣流动性不好，脱硫率低，影响夹杂的上浮和吸附。此类钢种对铝含量没有明确要求，转炉采用部分铝脱氧，渣中Al2O3含量偏低，炉渣碱度偏高，表现为流动性差，需要降低CaO含量来稳定炉渣碱度。为了更好促进泡沫黄白渣的形成，适当稳定CaO含量在50%～55%范围内，进一步稳定转炉终点氧含量，控制下渣量；稳定SiO2含量在15%～20%范围内，以稳定炉渣流动性和碱度。

Ⅱ类（中高碳铝镇静钢渣系）：原渣系组分在CaO－SiO2－Al2O3三元渣系相图中的位置可以看出，熔点高、黏度大，炉渣流动性差。此类钢种转炉终点全部采用铝锰铁脱氧，Al2O3含量整体偏低，主要原因是转炉终点氧化性波动大，钢中Al的回收率不稳定，特别是过氧化、下渣等异常炉次。当渣中CaO含量过高时，渣中有固相质点析出，熔渣中出现非均相，导致了炉渣黏度上升、流动性变差［4］。因此稳定高渣中的CaO含量在55%～60%范围内，既能促进泡沫渣的形成又不影响炉渣碱度、黏度。

Ⅲ类（低碳铝镇静钢渣系）：此类钢种冶炼时表现为炉渣较稀，吸附夹杂能力较弱，特别是精炼后期顶渣稀，个别炉次甚至出现玻璃渣。由于转炉全部采用铝锰铁脱氧，渣中Al2O3含量较高，调整了炉渣熔点，表现为顶渣较稀，为了加强顶渣的吸附能力，适当稳定CaO含量在55%～60%范围内，以更好地促进泡沫渣的形成。

Ⅳ类（硅镇静钢渣系）：此类钢种转炉冶炼全部加入硅质脱氧剂，渣中SiO2主要来源于原料和脱氧产物，SiO2含量较高，炉渣碱度偏低，泡沫化程度不高，脱硫效果不好。为了更好地促进泡沫渣的形成，提高脱硫率，适当提高了CaO含量并稳定在50%～55%范围内，以稳定炉渣碱度在2.8以上满足脱硫要求。

综合确定各类窄成分渣系组成见表3。

表3 各类窄成分渣系组成

3.2 稳定进LF精炼钢水氧化性

1）优化改进转炉终点动态脱氧制度。转炉终点钢水氧化性与C含量有密切关系，根据碳氧平衡图（见图2）可知，当C含量低于0.10%时，钢水氧化性急剧增强。

图2 碳—氧平衡关系

根据转炉终点C含量制定的动态脱氧制度如表4所示。转炉放钢过程中难免会有下渣现象，转炉渣是氧化性渣，对于要造碱性渣的LF精炼炉来说是百害无一利，转炉渣的氧化性直接影响LF精炼炉前期黄白渣的形成时间。对此，转炉有下渣情况时，应及时补加脱氧剂来快速脱除渣中的氧，以减轻LF精炼炉的前期脱氧压力。对于钢包顶渣的处理，为LF精炼炉前期造渣奠定了良好的基础。对于不同的下渣量也细化了补加脱氧剂的量（见表5），以确保顶渣氧化性处理效果。

2）制定转炉出钢顶渣动态处理工艺。对于转炉终点情况的判断除了C含量、耗氧量等，还有一项重要依据就是终点渣况，终点渣况也能反应出转炉氧化性及过程控制情况。因此针对不同的钢包顶渣动态调整全预熔渣的加入量，稳定精炼进站渣况。顶渣渣况及对应的预熔渣加入量：过氧化、下渣等导致顶渣氧化性强，200 kg预熔渣；顶渣偏黏，150 kg预熔渣+50 kg改质剂；顶渣偏稀，150 kg预熔渣+50 kg合成渣。

在转炉终点实施动态脱氧和顶渣处理工艺，进LF精炼钢水氧化性较稳定，精炼炉长可以快速、准确对钢水氧化性进行预判，在精炼通电3～5 min内即彻底完成钢水溶解氧的固氧任务，通电10～12 min能形成黄白渣。

表4 不同C含量对应的转炉脱氧制度

表5 不同下渣量补加脱氧剂量

表6 分钢种精炼窄成分渣系工艺技术应用前后轧材夹杂物对比级

3.3 硅平衡法稳定控制炉渣组分

LF精炼炉冶炼时，由于石灰加入量靠人工判断加入，导致精炼炉渣碱度偏差大，炉渣冶金效果差，吸附夹杂的能力不稳定，钢水夹杂物含量会出现超标情况，影响产品质量。

针对上述问题，制定了一种通过测量钢包内炉渣高度、分析钢水初炼硅含量的方法，根据硅元素平衡法确定精炼炉石灰加入量，实现精炼炉炉渣碱度精准控制，提高精炼冶炼效果。采用该控制炉渣碱度的方法很好地解决了LF炉炉渣碱度波动大的问题，同时降低了部分原料的消耗，石灰消耗平均降低3 kg/t，萤石消耗平均降低1 kg/t。