LF爐造渣工藝

LF爐造渣工藝

摘要本文根據本鋼煉鋼廠爐外精煉LF生產的實際情況，從渣系的選擇，渣料的加入量，加入方式以及影響脫硫效果的因素等各方面，總結了本鋼煉鋼廠脫硫制度。關鍵詞LF爐脫硫爐渣

TechnologyofslagforLF

AbstractThewritingbasisofLFproductofpractice.Fromslagsystemchange、materialamount、howtoaddandinfluenceelementofdesulphurization.

KeywordsLFDesulphurizationSlag1前言

隨著用戶對鋼材質量的要求越來越高,爐外精煉作為提升鋼材質量的手段得到了迅速的發(fā)展。在爐外精煉過程中,通過合理地造渣可以達到脫硫、脫氧甚至脫氮的目的;可以吸收鋼中的夾雜物;可以控制夾雜物的形態(tài);可以形成泡沫渣淹沒電弧提高熱效率,減少耐火材料侵蝕。因此,在爐外精煉工藝中要特別重視造渣。在我廠現有ＬＦ設備的基礎上制定合理的造渣工藝,控制好埋弧、脫硫、脫氧等主要精煉環(huán)節(jié),充分發(fā)揮ＬＦ精煉效果尤為重要。2LF爐的設備特點和能力

本鋼煉鋼廠的LF&IR爐設備，引進于意大利達涅利公司，是一座雙工位處理站，于201*年11月進行熱試、投產，現年處理鋼水量在160萬噸以上。LF爐變壓器的功率為28MVA，最高升溫速率可達5℃/min，LF爐蓋的微正壓設計，可有效減少處理過程的吸氮現象、二次氧化現象及電極的側面氧化。LF整個處理過程可控制增氮量0.0010%以下；經LF爐造渣深脫硫處理后鋼中全氧在0.0030%以下；LF爐的電極消耗≤0.01kg/kWh。采用LF爐造還原渣處理或LF爐改渣+噴粉處理，可將鋼中[S]脫至0.0010%以下。3造渣脫硫原理分析3.1熱力學原理

造渣脫硫過程中，常采用石灰做為脫硫劑，其脫硫反應按離子理論可寫做

(O2-)+[S]=(S2-)+[O](3-1)△G=71965-38T,J/molKS=[aS2-aO]/[aO2-aS]=[(%S)γ或

[%S]=1/KS（[(%S)γ

S2-

S2-

]/[ao2-[%S]fS]

aO]）/（[aO2-fS](3-2)

由式(3-2)可以看出，強化脫硫的熱力學條件是：高堿度的渣（即增大ao2-）；低氧位或強還原性（即降低aO）；降低（%S）（即換渣）；以及高溫操作（因△H≈71965＞0，提高溫度使KS值變大）。3.2爐渣脫硫反應的限制性環(huán)節(jié)

爐渣脫硫可分為以下幾個環(huán)節(jié)：①鋼液中[S]向鋼渣界面擴散；②渣中(O2-)向鋼渣界面擴散；③擴散到鋼渣界面的[S]與(O2-)在發(fā)生反應；④反應產物(S2-)向爐渣擴散；⑤反應產物[O]向鋼液中擴散。在以上五個環(huán)節(jié)中，步驟③、⑤速度很快，不是反應的限制環(huán)節(jié)；當鋼中[S]含量較低時，步驟①將成為反應的限制性因素；當爐渣堿度低時，步驟②將成為反應的限制性因素；當爐渣粘度高、流動性差時，步驟④將成為反應的限制性因素。所以在生產實踐的控制中，應控制爐渣具有較高的堿度、較好的流動性、足夠的吹氬攪拌來滿足動力學條件。

4精煉造渣工藝制定

4.1轉爐渣對精煉效果的影響4.11渣中碳粒對鋼中碳含量的影響

在轉爐出鋼合金化的過程中,由于加入增碳劑(瀝青焦),有部分碳�；烊脘撛�中,且白灰、合金的加入溫降較大,使熔渣變稠甚至硬化結殼。其結果導致精煉前期化渣困難時間較長和就位成份碳含量不準確。為了解決這一問題,采取了轉爐按鋼種下限碳含量控制,減少轉爐下渣和ＬＦ送電5～8ｍｉｎ后取樣的措施,確保在ＬＦ碳含量的準確控制。4.12轉爐下渣對精煉效果的影響

轉爐出鋼過程中下渣時,爐渣受鋼流的混沖乳化起到了充分氧化鋼液(消耗脫氧劑和鐵合金)的作用。到精煉的運輸過程中對鋼包中鋼液起到長時間的氧化作用,使鋼成份、脫氧元素不斷變化[1]。這種原始渣氧化性強,爐渣氧勢高且渣中ＳｉＯ2含量較高、堿度低,給ＬＦ精煉脫氧造成極大危害,造渣時間延長,精煉與鑄機匹配不暢。在ＬＦ精煉過程中發(fā)現鋼包內轉爐下渣超過100ｍｍ時加入較大數量的渣料和脫氧劑及熔劑都難以使熔渣獲得良好的流動性及良好的白渣化程度,白渣化困難的主要原因是渣中ＦｅＯ含量高,脫氧劑很難在粘稠的渣中擴散,脫氧時間長。取渣樣分析的結果表明渣中(ＦｅＯ+ＭｎＯ)含量較高,這種熔渣吸收夾雜物的能力也較差。渣厚在50～10ｍｍ之間時,化渣仍然較慢,熔渣流動性一般,白渣化程度一般,較難形成粉白渣,停電后熔渣在2～3ｍｉｎ后粘度迅速增大,這種熔渣吸收夾雜物的能力也較差。渣厚小于50ｍｍ時,化渣迅速,送電5～8ｍｉｎ后熔渣便能獲得良好的流動性,也具有良好的埋弧作用,熔渣ＳｉＯ2含量也較少,熔渣過程粘度變化小,能較早形成白渣。分析結果表明渣中(ＦｅＯ+ＭｎＯ)含量較低。搞好出鋼末期的擋渣,盡可能地減小轉爐渣進入鋼包是發(fā)揮ＬＦ精煉作用的基本前提,這一點要引起高度地重視。4.2合理的脫硫渣系

爐渣的精煉能力決定于爐渣的化學性能和物理性能。為確保熔渣具有較好的流動性、發(fā)泡埋弧作用、脫硫及吸收夾雜物的能力,

鋼液脫硫常用的渣系主要有CaOCaF2、CaOCaF2AL2O3、CaOAL2O3SiO2等渣系。

①CaOCaF2渣系中，從脫硫考慮，CaF2含量在40%左右為最佳組成，但該渣系對耐材壽

命影響較大。②CaOCaF2AL2O3渣系硫容量比CaOCaF2低，據報道，該渣系的組成在CaO≥50%，

CaF2≥20%，AL2O3≤25%范圍，特別是CaO：30~60%，CaF2：45~55%，AL2O3＜10%范圍為最佳組成。

③CaOAL2O3SiO2渣系是人們研究最多，應用最廣泛的一個基本渣系本鋼煉鋼廠硅鎮(zhèn)靜鋼精煉前鋼渣的主要成分如下：(表1)

渣樣成分范圍

CaO%19~3728

MgO%

SiO2%7~20%14

TFeO4~15%9.5

AL2O320~30%25

8~1210

從表四可以看出，本鋼煉鋼廠精煉前渣系屬于CaOAL2O3SiO2渣系，因此在脫硫渣系的選擇上應以此渣系為基礎進行研究。

根據生產實踐和研究資料介紹,我們選擇表2所示渣系為我廠應選擇的ＬＦ精煉目標渣系。

表2LF精煉目標渣系（％）

ＣａＯ45～55

ＳｉＯ210～20

Ａｌ2Ｏ315～20

ＭｇＯ5～10

ＦｅＯ鈣前鈣后5.335.3230.9647.4633.2644.900.010.011.031.020.240.2714.1314.530.240.1898.9099.499.668.532.842.62從表1可以看出，轉爐出鋼后堿度較低而氧化性很高，若在出鋼過程中加入改性渣，則可使堿度明顯提高、氧化性明顯降低，經過LF爐繼續(xù)造渣處理后，爐渣變成十分有利于的高堿度的還原渣。

5.2爐渣氧化性與脫硫率的關系

由式(3-1)可知，在脫硫反應過程中會在反應界在產生[O]，若爐渣中含有較多的（FeO+MnO）將會直接阻止脫硫反應的進行。因此在實際生產中必須嚴格控制爐渣的氧化性，盡可能降低爐渣中的（FeO+MnO）含量，并持續(xù)保持。

圖1

從圖1可看出，隨著爐渣中的（FeO+MnO）含量的降低，脫硫率呈明顯上升趨勢。當爐渣中的（FeO+MnO）含量大于是2.9%時，脫硫率小于25%；當爐渣中的（FeO+MnO）含量小于是1.9%時，脫硫率大于55.6%；當爐渣中的（FeO+MnO）含量為1.5%時，脫硫率為69.7%。因此在實際生產中若取得深脫硫效果或較高的脫硫率，應將當爐渣中的（FeO+MnO）含量控制在1.5%以下的水平。5.3爐渣堿度的控制

爐渣中的(O2-)為脫硫反應的反應物，因此需要向爐渣中提供足夠的(O2-)，同時還要減少爐渣中的（SiO2），以減少二氧化硅絡離子對(O2-)的爭奪。爐渣中的(O2-)主要由向（CaO）、（MgO）提供，轉爐出鋼后通常爐渣中的（MgO）含量為8~13%，隨著造渣材料的加入，爐渣中（MgO）的含量逐漸降低，但應注意適當保持其含量，否則會影響鋼包的使用壽命。而爐渣中的（CaO）含量也不能太高，過高的（CaO）含量會導致爐渣熔點升高、流動性變差，使脫硫的動力學條件變差，對脫硫效果的影響很大。合適的爐渣成分控制為（CaO）50~55%、（MgO）7~9%、（SiO2）＜10%。

隨著ＣａＯ的加入爐渣堿度升高,爐渣硫容量增大,脫硫能力增強。當堿度達到一定值時,隨著爐渣堿度增大,渣中ＣａＯ含量升高,熔渣粘度增大,渣鋼界面硫擴散成為限制環(huán)節(jié),使爐渣脫硫的動力學條件變差,再繼續(xù)提高爐渣堿度,脫硫率反而下降。5.4ＳｉＯ2對脫硫、脫氧的影響

熔渣中ＳｉＯ2含量普遍較高,主要是轉爐下渣較多。含Ｓｉ、Ｍｎ較高的鋼原始渣中ＣａＯ低、ＳｉＯ2高,熔渣基本成中性,渣中ＳｉＯ2高達20%以上,精煉后ＦｅＯ強緩的加入量根據埋弧效果及脫氧效果進行增減；爐渣流動性不好時加入螢石改善流動性；爐渣較稀時補加石灰，提高爐渣堿度。6.3LF脫氧制度

在造渣材料加入前要先對鋼水進行鋁的脫氧和預合金化，將[Als]控制在內控上限左右。爐渣基本熔化后，分批加入鋁屑、電石造還原渣，直到頂渣轉為白色（即FeO+MnO≤1%），并繼續(xù)分批少量加入鋁屑、電石，來持續(xù)保持白渣。6.4LF供電制度

在起弧階段采用低電壓以利于埋��；起弧穩(wěn)定提高電壓以加快渣料熔化并使鋼水溫度升高；在供電造渣后期采用低電壓，以避免電弧裸露和保持還原性氣氛。6.5LF吹氬攪拌制度

在造渣材料加入過程中要進行強吹氬攪拌，以加快渣料的熔化和避免渣料結團；在供電造渣過程中采用弱吹氬攪拌，但要在保證電極不過分波動的前提下適當增加底吹氬氣量；在供電結束及測溫、取樣之前采用強吹氬攪拌，以促進鋼、渣的充分接觸加快脫硫速度。7結束語

通過生產實踐，我們摸清了造渣材料使用性能，優(yōu)化出爐渣改質的方法，探索并掌握爐渣氧化性、爐渣堿度、爐渣流動性與脫硫效果的關系，最終確定了造渣深脫硫工藝制度。201*年1~6月期間，按此工藝我們成功批量生產X52、X60鋼147爐，成品硫內控合格率為100%，脫硫率在60％～80％占75％，達到了LF精煉脫硫的目的。

薄板生產方面，通過造白渣，提高了鋼水純凈度，提高了鈣鋁比，保證了薄板鑄機的正常澆鑄，減少了粘結、水口堵塞等生產事故的發(fā)生。

ＬＦ渣系的選擇是合理的,但轉爐下渣的問題影響了ＬＦ的渣處理效果,要下功夫解決擋渣出鋼的問題。。

參考文獻

1梁連科等著《冶金熱力學》，東北工學院，19882梁英教主編《物理化學》，東北工學院，1983.113梁連科等著《冶金熱力學》，東北工學院，19

擴展閱讀：LF爐工藝技術規(guī)程

目錄

1、工藝流程

2、主要工藝設備參數3、主要原料技術條件4、正常工作的必要條件5、精煉工藝制度

5.1、吹氬制度5.2、供電制度5.3、造渣制度5.4、溫度制度5.5、成分調整6、環(huán)保要求

7、事故預防及處理1、工藝流程

2、主要工藝設備設備參數2.1變壓器額定功率二次電壓二次電流電弧長度升溫數率功率因數2.2電極直徑長度行程

極心圓直徑2.3爐蓋直徑

電極空直徑2.4鋼包車運行速度設備總重

外形尺寸（長、寬、高）2.5新鋼包內襯上口直徑內襯下口直徑包沿距包底高耐火材料總重鋼結構總重鋼水210噸凈空透氣磚

2.6料倉及下料速度

合成（埋�。┰�：3t/min、螢石、鋁礬土：1.5t/min鐵合金：1.5t/min2.7稱量斗量程

3、主要原料技術條件3.1氬氣純度壓力水分

3.2合成渣3.2.1化學成分成分二元(%)三元(%)CaO65－7562-68MgO85－8Al2O356－10SiO255CaF210－208－15S0.050.05水分0.50.3.2.2其他要求

粒度5－10mm，其中5mm的數量不超過10％；干燥防潮，在倉內儲存3天。3.3埋弧渣3.3.1化學成分成分無碳(%)三元(%)CaO≥35MgO≥5Al2O3≤106－10SiO2≤205S0.05水分10.5脫氧劑5－1062-685－83.3.2其他要求粒度5－15mm，其中5mm的數量不超過10％；干燥防潮，在倉內儲存3天。3.4螢石

3.4.1化學成分成分含量(%)CaF2≥85SiO2≤14S≤0.15P≤0.06水分≤23.4.2其他要求

粒度5－15mm，其中5mm的數量不超過10％，雜質5，干燥防潮。3.5合成渣3.5.1化學成分成分含量(%)Al2O3≥75SiO2≤10水分≤0.53.5.2其他要求

粒度5－15mm，其中5mm的數量不超過10％，干燥無雜質。3.6增碳劑3.6.1化學成分成分石油焦(%)低氮(%)固定碳≥95≥89S≤0.6≤0.1N/≤0.15灰分≤1≤8水分≤0.5≤0.5揮發(fā)分/≤2.53.6.2其他要求

粒度：大顆粒3－8mm，小顆粒1－4mm，潔凈干燥防潮。3.7電石

符合國家一級標準，粒度0.3－5mm。3.8鐵合金

成分等指標符合SG/JS008－201*標準，粒度10－30mm，按品種、成分分類存放。3.9鋁粒

Al≥99.5%，粒度3－10mm。3.10絲線

鋁線：符合SG/JS008－201*標準硅鈣線：Ca≥28％、Si55－65％

∮10mm：芯粉重130±5g/m，鐵皮重120g/m。∮13mm：芯粉重130±5g/m，鐵皮重120g/m。

S線：芯粉重120±5g/m，鐵皮重120g/m。

C線：∮10mm，芯粉重80±5g/m，鐵皮重120g/m。3.11電極按YB/T4090－201*標準和技術協(xié)議進行驗收。4、LF爐正常工作的必要條件4.1對轉爐的要求4.1.1需要經過LF爐處理的鋼種出鋼后鋼包凈空400－600mm。

4.1.2轉爐采用有效的渣鋼分離措施，鋼包渣層控制在100mm以下。4.1.3出鋼過程加入合成渣500－600Kg/爐，進行預造渣。

4.1.4進LF爐鋼水化學成分按國標中下限控制，進站溫度按鋼種液相線溫度加50－70℃控制，具體執(zhí)行各鋼種冶煉技術操作要點。4.2對鋼包的要求

4.2.1底吹磚通氣良好，其他部位可正常工作4.2.2鋼包潔凈，無包沿。

4.2.3正常周轉包，冶煉重點品種時，新包和小修后第一次不用，具體見品種操作要點。4.3LF爐水冷系統(tǒng)4.4LF爐液壓系統(tǒng)4.5LF爐啟動系統(tǒng)5精煉工藝制度5.1吹氬制度

5.1.1氬氣流量確定原則。

氬氣的翻騰效果滿足LF爐各階段如下工藝需求：

預吹期保證渣面結殼快速熔化，加料期保證渣料不結砣，升溫時吹氬氬保證電弧穩(wěn)定，鋼水溫度基本均勻，等待時保證鋼水不裸露，軟吹氬時渣面微微涌動，不露鋼水。

5.1.2各階段吹氬參考流量：123456時期預吹加渣料調成分升溫等待軟吹流量Nl/min400-600500－700500－700300－500200－30050－200時間min3－5≥8可根據鋼水實際翻騰情況，依照氬氣流量確定原則進行適當調整。鋼包到站氬氣小或底吹不通時可使用氬氣增壓系統(tǒng)進行處理。5.2供電制度5.2.1配電表

5.2.2抽頭及曲線選擇原則

5.2.3除初期起弧化渣外，處理全過程均須采用埋弧操作，嚴禁采用高電壓裸弧強制提溫，減少包襯侵蝕及鋼水增碳。測溫取樣時必須抬起電極。5.3造渣制度

LF爐造渣原則是：快、白、穩(wěn)5.3.1“快”：LF須盡快形成流動性良好的白渣。給電加熱渣殼熔化后開始加渣料，先根據氧化渣粘度及渣層厚度加助溶劑，再加入埋弧渣400－600Kg/爐，接著加入預熔渣500－800Kg/爐，最后加入合成渣800－1200Kg/爐。根據脫硫任務和初渣形成后的流動性適量補加合成渣或助溶劑。5.3.2“白”：LF爐造出的爐渣必須有良好的還原性，(FeO)＜1%，爐渣冷卻后呈白（灰白）色。鋼水進站后，依鋼種和渣層厚度鋁粒10－30Kg。渣料加入后迅速加入脫氧劑：硅鐵粉100－200Kg/爐，電石(碳化硅)30－80Kg/爐，3min后適量補加鋁粒和硅鐵粉。

5.3.3“穩(wěn)”LF爐白渣形成后必須保持住，同一爐前后期及不同爐次之間的白渣盡可能減少波動。白渣形成后每隔3－5分鐘加入硅鐵粉及鋁粒10－20Kg，根據埋弧情況補充電石（碳化硅）5－10Kg，保證爐渣的還原性。5.4溫度制度

嚴禁升溫過高加冷卻劑的操作，新包前3次及小修涼包等異常情況終點溫度可提高5－10度，中包溫度高時也可下浮3－5度，以保證中包溫度合格為準。具體執(zhí)行各鋼種冶煉操作要點。

5.5成分控制

5.5.1成分調整采用兩步控制法，根據到站成分初調，根據過程樣進行精調，異常情況可一步調整。

5.5.2含碳量0.60%以下依據吹氬三分鐘成分初調，其他依據吹氬5分鐘成分進行初調；精調必須依據白渣形成后的成分進行。

5.5.3采用石油焦及碳線結合增碳，軟吹時可以喂碳線。

5.5.4調Al可使用鋼心鋁及鋁線，按中上限控制,必須在其他成分調整完成，白渣良好的情況下進行。調Al后嚴禁強吹氬，否則，可根據情況重新調整。5.5.5合金加入量計算及參考吸收率

合金加入量＝鋼水量×(目標值－實際值)有效元素含量×其吸收率合金吸收率參考值元素吸收率％C、Si、Mn、V、Mo、Ni、Cr、Nb、90-98Al、Ti50-60B70-80

5.6后續(xù)處理

5.6.1鋼水成分溫度符合出站要求，爐渣還原性良好，即可進行喂線作業(yè)。喂硅鈣線或鈣線必須在軟吹之前進行，速度5－7m/s，硅鈣線必須打入鋼水，喂線量執(zhí)行鋼種冶煉操作要點。5.6.2喂鈣線或鈣線結束，吊包前加覆蓋劑30－35袋（5Kg/袋），保證不露亮面。6事故的預防及處理

6.1嚴禁在包蓋漏水的情況下進行精煉處理。

6.2鋼包異常或發(fā)生漏鋼時立即停止精煉作業(yè)，將鋼包車開出加熱位，通知調度，防止事故擴大。6.3

7安全及環(huán)保

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