分享：45钢LF炉渣系研究

阳春新钢铁炼钢厂转炉—CAS—LF炉—铸机生产45碳素结构钢，由于45钢用途广泛，对钢水的洁净度要求较高，而生产中因节奏短，LF快速造白渣困难，夹杂物上浮时间难以保证，质量控制能力不够强，不利于开发“高”“精”“尖”产品。为此不断优化精炼工艺，提高LF炉造白渣水平，确定合理渣系，提高精炼渣系吸附夹杂物能力，进一步净化钢水。

1.   精炼工艺现状

现LF精炼工艺不进CAS精炼，钢水直接进LF炉，采用少渣量一次性造渣，即钢水到达精炼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），前期送电操作采用高电压，低电流化渣，成渣速度较慢，埋弧效果也较差，不利于渣–钢界面反应，脱硫、脱氧效果较差，黄白渣保持时间短，夹杂物上浮不充分。

2.   精炼渣成分设计

LF炉的精炼效果决定于精炼渣的化学性质和物理性质，要确保精炼渣化渣快，使渣具有良好的流动性和埋弧作用，以及脱硫和吸附夹杂物的能力，要综合考虑各组份对造渣的影响。

精炼渣中，CaO含量应尽可能高，使渣具有较高的脱硫和吸附夹杂物的能力，但CaO含量过高将导致熔化温度高，同时影响渣对熔池的热传导能力，渣中的CaO含量以炉渣的流动性、碱度、熔点等考虑；为造高碱性渣脱硫需要，LF炉渣中尽量少含SiO2；Al2O3可以降低炉渣的熔点和黏度，除影响熔渣的物化性能外，主要的作用是成渣时形成铝酸盐，可增加炉渣硫容量，提高脱硫效率，精炼脱硫渣中，Al2O3的最佳质量分数是20%~25%，从去除夹杂物的角度看，渣中Al2O3质量分数可控制在13%~20%；为了保护炉衬，减少精炼渣对钢包渣线耐火材料的侵蚀，渣系中应保证一定的MgO含量[1]。

为了使45钢精炼渣有较好的脱硫效果和对Al2O3等脱氧产物吸收能力，将精炼渣渣系确定在CaO–Al2O3–SiO2相图中12CaO·7Al2O3区域，该区域精炼渣熔点较低，有利于与脱氧夹杂物的结合，吸附夹杂物能力强，在这种渣系条件下，钢水中的Al的再氧化趋势得到抑制。另外，在1200~1700 °C，液态渣相中饱和的MgO质量分数在4.0%~7.7%，并随着温度升高，渣中MgO溶解度升高。综合以上考虑，设计45钢精炼渣成分范围见表1[2]。

3.   工业试验

3.1   工艺路线

铁水→转炉（120 t）→CAS→LF炉→连铸机（5机5流）

3.2   工艺过程控制

转炉采用“高拉补吹”拉碳法冶炼，出钢挡渣棒挡渣，高铝合金（AlMnFe）预脱氧，出钢过程中加入石灰100 kg，预熔渣100 kg，钢水进CAS精炼，喂Al线终脱氧，活度氧控制在0.002%以下，微调成分后吊入LF炉精炼。

3.3   LF炉精炼

3.3.1   精炼渣料加入量测算

参考45钢精炼渣设计成分范围冶炼3炉钢水，试验编号分别为1、2、3。LF炉精炼造渣主要原料有冶金石灰、精炼合成渣、埋弧渣和精炼助熔渣，各组成原料成分见表2。

精炼渣的渣量不宜过大，一方面渣量大会导致钢包的铸余量增加；另一方面会导致化渣慢、吸热多，影响LF炉升温效果，节奏延长，也不利于成本控制。

原料加入量按转炉出钢夹渣5 kg/t，钢包炉衬耐火材料侵蚀1 kg/t，钢水脱氧生成脱氧产物1.1 kg/t，合计钢水带渣852 kg。钢水采用Al脱氧，原始渣系中CaO、SiO2、Al2O3和MgO的质量分数分别为35%、18%、31%和8%。按试验渣系目标成分需加入冶金石灰300~600 kg，精炼合成渣200~400 kg，埋弧渣100~200 kg，精炼助熔渣200~400 kg。

3.3.2   LF炉控制

LF炉加料采用小批量、多批次加入，前期送电小功率操作，短弧化渣，造渣期间，随时观察渣的流动性及埋弧情况，及时加入Al粒和电石进行调渣。成分和温度满足内控要求后，喂Ca–Si线，软吹5 min出站。

4.   试验效果

4.1   脱硫效果

4.1.1   LF炉精炼渣过程变化

试验1转炉出钢少量下渣，钢水进LF炉温度较低，造渣料分3批加入，精炼过程中部分渣呈颗粒状，渣面较稠，出站取渣样，冷却后渣呈灰色；试验2和试验3减少石灰加入量，精炼过程中适当增加Al粒调渣，出站取渣样，渣呈浅黄色。试验1、试验2出站渣样见图1。

4.1.2   LF炉精炼脱硫率

45钢精炼渣试验脱硫率见表3，试验1脱硫率较低，仅有19.84%，试验2最高，达到56.17%，试验3较好，为45.79%。

4.2   试验检测

4.2.1   精炼渣成分检测

LF炉出站前取渣样荧光分析，分析结果见表4。试验1、2和3中w(FeO)+w(MnO)分别达到2.96%、1.54%和1.88%，试验1精炼渣w(FeO)+w(MnO)、w(CaO)和碱度R均高于设计成分。

4.2.2   氧、氮检测

LF炉出站前分别取气管样按GB/T11261—2006进行氧、氮检测，检测结果见表5。试验1氧、氮质量分数均较高，分别为54×10–6和59×10–6；试验2氧、氮质量分数分别为40×10–6和53×10–6；试验3氧、氮质量分数分别为37×10–6和54×10–6。

4.2.3   铸坯低倍检测

试验取铸坯样进行低倍检测，铸坯断面155 mm×155 mm，铸坯经机械加工、酸洗，按YB/T153—2015进行低倍检测。试验1为连铸开浇炉，中包过热度较高，铸坯中心疏松2.0级，无夹杂物及其他缺陷；试验2、试验3分别为第2炉和第3炉，中心疏松1.0级，中心裂纹0.5级，无夹杂物及其他缺陷。

4.3   试验分析

依据以上试验和检测结果，分析如下：

试验1精炼渣中碱度R为3.86，CaO质量分数为56.78%，均高于目标成分，渣黏度大，流动性不好；精炼过程有颗粒状精炼渣，形成高熔点化合物；出站渣呈灰色，w(FeO)+w(MnO)高，为2.96%，渣氧化性较强，脱硫、脱氧效果不好，脱硫率仅19.84%，氧质量分数为54×10–6。

试验2精炼渣中CaO、SiO2和Al2O3质量分数分别为50.02%、16.79和20.97%，碱度R为3.38，各成分均在设计成分范围内，精炼过程中渣流动性改善，熔点较低，出站渣呈浅黄色，w(FeO)+w(MnO)为1.54%，渣氧化性得到控制，脱硫、脱氧效果好，脱硫率为56.17%，氧质量分数为40×10–6。

试验3精炼渣中CaO、SiO2和Al2O3质量分数分别为47.6%、18.64和22.51%，碱度R为2.55；渣中碱度R和CaO含量降低，Al2O3含量升高，精炼过程中渣流动性好，熔点低；出站渣呈浅黄色，w(FeO)+w(MnO)为1.88%，渣氧化性基本得到控制，脱硫、脱氧效果较好，脱硫率为45.79%，氧质量分数为37×10–6。

5.   结束语

通过45钢精炼渣试验，得出以下结论：

（1）严格控制转炉下渣，转炉渣氧化性强，不利于精炼调渣，影响精炼渣脱氧、脱硫效果和吸附夹杂物能力。

（2）45钢LF炉精炼渣，在一定范围内，CaO含量高，碱度高，有利于脱硫，但随着CaO含量过高，易形成高熔点物，渣黏度大，脱硫效果反而差；Al2O3含量高，可以降低渣的熔点和黏度，渣流动性较好，有利于吸附Al2O3类夹杂物，但Al2O3含量过高，会影响脱硫效果；渣中FeO、MnO含量增加，渣氧化性增强，脱硫效果降低。

（3）根据试验结果，45钢LF炉精炼渣按设计成分范围控制，即渣中质量分数CaO：45%~55%；SiO2：10%~20%；Al2O3：15%~25%；MgO：8%~10%；w(FeO)+w(MnO)＜2.0%；碱度R：2.5~3.5，钢水脱硫率高，脱氧效果好，吸附夹杂物能力强，可满足45钢高质量生产。

参考文献

[1]俞海明. 转炉钢水的炉外精炼技术. 北京: 冶金工业出版社, 2011

[2]沈平, 张立峰, 王祎, 等. 钢包渣线镁碳砖的侵蚀机理分析. 炼钢,2016,32(5):54

文章来源——金属世界