分享：45鋼LF爐渣系研究

陽春新鋼鐵煉鋼廠轉爐—CAS—LF爐—鑄機生產45碳素結構鋼，由于45鋼用途廣泛，對鋼水的潔凈度要求較高，而生產中因節奏短，LF快速造白渣困難，夾雜物上浮時間難以保證，質量控制能力不夠強，不利于開發“高”“精”“尖”產品。為此不斷優化精煉工藝，提高LF爐造白渣水平，確定合理渣系，提高精煉渣系吸附夾雜物能力，進一步凈化鋼水。

1.   精煉工藝現狀

現LF精煉工藝不進CAS精煉，鋼水直接進LF爐，采用少渣量一次性造渣，即鋼水到達精煉位后加入全部的造渣料（石灰4~6 kg/t，助熔渣0~3 kg/t，合成渣0~1 kg/t），前期送電操作采用高電壓，低電流化渣，成渣速度較慢，埋弧效果也較差，不利于渣–鋼界面反應，脫硫、脫氧效果較差，黃白渣保持時間短，夾雜物上浮不充分。

2.   精煉渣成分設計

LF爐的精煉效果決定于精煉渣的化學性質和物理性質，要確保精煉渣化渣快，使渣具有良好的流動性和埋弧作用，以及脫硫和吸附夾雜物的能力，要綜合考慮各組份對造渣的影響。

精煉渣中，CaO含量應盡可能高，使渣具有較高的脫硫和吸附夾雜物的能力，但CaO含量過高將導致熔化溫度高，同時影響渣對熔池的熱傳導能力，渣中的CaO含量以爐渣的流動性、堿度、熔點等考慮；為造高堿性渣脫硫需要，LF爐渣中盡量少含SiO2；Al2O3可以降低爐渣的熔點和黏度，除影響熔渣的物化性能外，主要的作用是成渣時形成鋁酸鹽，可增加爐渣硫容量，提高脫硫效率，精煉脫硫渣中，Al2O3的最佳質量分數是20%~25%，從去除夾雜物的角度看，渣中Al2O3質量分數可控制在13%~20%；為了保護爐襯，減少精煉渣對鋼包渣線耐火材料的侵蝕，渣系中應保證一定的MgO含量[1]。

為了使45鋼精煉渣有較好的脫硫效果和對Al2O3等脫氧產物吸收能力，將精煉渣渣系確定在CaO–Al2O3–SiO2相圖中12CaO·7Al2O3區域，該區域精煉渣熔點較低，有利于與脫氧夾雜物的結合，吸附夾雜物能力強，在這種渣系條件下，鋼水中的Al的再氧化趨勢得到抑制。另外，在1200~1700 °C，液態渣相中飽和的MgO質量分數在4.0%~7.7%，并隨著溫度升高，渣中MgO溶解度升高。綜合以上考慮，設計45鋼精煉渣成分范圍見表1[2]。

3.   工業試驗

3.1   工藝路線

鐵水→轉爐（120 t）→CAS→LF爐→連鑄機（5機5流）

3.2   工藝過程控制

轉爐采用“高拉補吹”拉碳法冶煉，出鋼擋渣棒擋渣，高鋁合金（AlMnFe）預脫氧，出鋼過程中加入石灰100 kg，預熔渣100 kg，鋼水進CAS精煉，喂Al線終脫氧，活度氧控制在0.002%以下，微調成分后吊入LF爐精煉。

3.3   LF爐精煉

3.3.1   精煉渣料加入量測算

參考45鋼精煉渣設計成分范圍冶煉3爐鋼水，試驗編號分別為1、2、3。LF爐精煉造渣主要原料有冶金石灰、精煉合成渣、埋弧渣和精煉助熔渣，各組成原料成分見表2。

精煉渣的渣量不宜過大，一方面渣量大會導致鋼包的鑄余量增加；另一方面會導致化渣慢、吸熱多，影響LF爐升溫效果，節奏延長，也不利于成本控制。

原料加入量按轉爐出鋼夾渣5 kg/t，鋼包爐襯耐火材料侵蝕1 kg/t，鋼水脫氧生成脫氧產物1.1 kg/t，合計鋼水帶渣852 kg。鋼水采用Al脫氧，原始渣系中CaO、SiO2、Al2O3和MgO的質量分數分別為35%、18%、31%和8%。按試驗渣系目標成分需加入冶金石灰300~600 kg，精煉合成渣200~400 kg，埋弧渣100~200 kg，精煉助熔渣200~400 kg。

3.3.2   LF爐控制

LF爐加料采用小批量、多批次加入，前期送電小功率操作，短弧化渣，造渣期間，隨時觀察渣的流動性及埋弧情況，及時加入Al粒和電石進行調渣。成分和溫度滿足內控要求后，喂Ca–Si線，軟吹5 min出站。

4.   試驗效果

4.1   脫硫效果

4.1.1   LF爐精煉渣過程變化

試驗1轉爐出鋼少量下渣，鋼水進LF爐溫度較低，造渣料分3批加入，精煉過程中部分渣呈顆粒狀，渣面較稠，出站取渣樣，冷卻后渣呈灰色；試驗2和試驗3減少石灰加入量，精煉過程中適當增加Al粒調渣，出站取渣樣，渣呈淺黃色。試驗1、試驗2出站渣樣見圖1。

4.1.2   LF爐精煉脫硫率

45鋼精煉渣試驗脫硫率見表3，試驗1脫硫率較低，僅有19.84%，試驗2最高，達到56.17%，試驗3較好，為45.79%。

4.2   試驗檢測

4.2.1   精煉渣成分檢測

LF爐出站前取渣樣熒光分析，分析結果見表4。試驗1、2和3中w(FeO)+w(MnO)分別達到2.96%、1.54%和1.88%，試驗1精煉渣w(FeO)+w(MnO)、w(CaO)和堿度R均高于設計成分。

4.2.2   氧、氮檢測

LF爐出站前分別取氣管樣按GB/T11261—2006進行氧、氮檢測，檢測結果見表5。試驗1氧、氮質量分數均較高，分別為54×10–6和59×10–6；試驗2氧、氮質量分數分別為40×10–6和53×10–6；試驗3氧、氮質量分數分別為37×10–6和54×10–6。

4.2.3   鑄坯低倍檢測

試驗取鑄坯樣進行低倍檢測，鑄坯斷面155 mm×155 mm，鑄坯經機械加工、酸洗，按YB/T153—2015進行低倍檢測。試驗1為連鑄開澆爐，中包過熱度較高，鑄坯中心疏松2.0級，無夾雜物及其他缺陷；試驗2、試驗3分別為第2爐和第3爐，中心疏松1.0級，中心裂紋0.5級，無夾雜物及其他缺陷。

4.3   試驗分析

依據以上試驗和檢測結果，分析如下：

試驗1精煉渣中堿度R為3.86，CaO質量分數為56.78%，均高于目標成分，渣黏度大，流動性不好；精煉過程有顆粒狀精煉渣，形成高熔點化合物；出站渣呈灰色，w(FeO)+w(MnO)高，為2.96%，渣氧化性較強，脫硫、脫氧效果不好，脫硫率僅19.84%，氧質量分數為54×10–6。

試驗2精煉渣中CaO、SiO2和Al2O3質量分數分別為50.02%、16.79和20.97%，堿度R為3.38，各成分均在設計成分范圍內，精煉過程中渣流動性改善，熔點較低，出站渣呈淺黃色，w(FeO)+w(MnO)為1.54%，渣氧化性得到控制，脫硫、脫氧效果好，脫硫率為56.17%，氧質量分數為40×10–6。

試驗3精煉渣中CaO、SiO2和Al2O3質量分數分別為47.6%、18.64和22.51%，堿度R為2.55；渣中堿度R和CaO含量降低，Al2O3含量升高，精煉過程中渣流動性好，熔點低；出站渣呈淺黃色，w(FeO)+w(MnO)為1.88%，渣氧化性基本得到控制，脫硫、脫氧效果較好，脫硫率為45.79%，氧質量分數為37×10–6。

5.   結束語

通過45鋼精煉渣試驗，得出以下結論：

（1）嚴格控制轉爐下渣，轉爐渣氧化性強，不利于精煉調渣，影響精煉渣脫氧、脫硫效果和吸附夾雜物能力。

（2）45鋼LF爐精煉渣，在一定范圍內，CaO含量高，堿度高，有利于脫硫，但隨著CaO含量過高，易形成高熔點物，渣黏度大，脫硫效果反而差；Al2O3含量高，可以降低渣的熔點和黏度，渣流動性較好，有利于吸附Al2O3類夾雜物，但Al2O3含量過高，會影響脫硫效果；渣中FeO、MnO含量增加，渣氧化性增強，脫硫效果降低。

（3）根據試驗結果，45鋼LF爐精煉渣按設計成分范圍控制，即渣中質量分數CaO：45%~55%；SiO2：10%~20%；Al2O3：15%~25%；MgO：8%~10%；w(FeO)+w(MnO)＜2.0%；堿度R：2.5~3.5，鋼水脫硫率高，脫氧效果好，吸附夾雜物能力強，可滿足45鋼高質量生產。

參考文獻

[1]俞海明. 轉爐鋼水的爐外精煉技術. 北京: 冶金工業出版社, 2011

[2]沈平, 張立峰, 王祎, 等. 鋼包渣線鎂碳磚的侵蝕機理分析. 煉鋼,2016,32(5):54

文章來源——金屬世界