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LF精炼低硅控铝钢增硅原因的分析及对策

陈永金，韦军尤，杨剑洪，邓深

（转炉炼钢厂）（技术中心）

摘 要：分析低硅控铝钢在LF精炼过程中增硅原因：在当前工艺条件下精炼脱S任务重、转炉下渣量大、精炼时间偏长。提出并实施了提高铁水脱硫效率、提高挡渣效果、优化控铝模式、控制生产周期等措施，DC01钢种因Si含量高而改判钢种的比例由2.46%降到0.81%。

关 键 词：炼钢；精炼；低硅控铝钢；增硅；脱硫

1 前言

柳钢150t转炉于2009-08开始低硅控铝钢的研发工作，先后开发了SPHC、DC01、HP295、380CL、SAPH370、SAPH440、LG370C、ML08Al等钢种。该类钢的成功开发，拓宽了柳钢品种范围，增加了公司的经济效益，但在生产过程中也暴露出一些问题，比较突出的问题之一为钢中Si超标。本文对增硅问题进行研究分析，希望获得改进。

2 现状及存在的问题

本文以控硅难度相对较大的DC01（化学成分见表1）为例，对增硅问题进行分析。

受废钢等原材料的限制，目前转炉厂生产DC01仍主要采用RH-LF路线。基本工艺流程：铁水预脱硫+废钢→转炉吹炼→未脱氧出钢→真空（吹氧）脱碳、控铝→LF造白渣，脱硫、控铝，钙处理→连铸。

该路线存在冶金周期长、LF进站温度低，通电时间长、脱硫压力大、硅难控等问题。对2010年1～12月累计生产DC01共33.9万吨的成分进行统计，w钢（Si）大于0.03%炉次占总炉次的2.46%。按规定，w钢（Si）超标炉次改判为SPHC或Q195系列，这影响到生产的顺行，增加了转炉厂炼钢成本，降低了公司的经济效益。

3 增硅的原因

3.1 理论分析

一般情况下精炼过程温度处在1580℃～1600℃。文献[1]通过计算Al还原SiO2时的吉布斯自由能得出：在此温度区间，反应向生成硅的方向进行。

LF精炼炉具有脱氧脱硫、调节成分温度、去除夹杂物等冶金功能，其中脱硫反应前提是脱氧充分，而在脱氧充分的情况下也具备了增硅反应的热力学条件。LF精炼脱硫反应时在底吹氩强烈搅拌作用下，除了完成脱硫任务外，也为增硅反应提供了良好的动力学条件，加快了w渣（SiO2）与w钢（Al）的反应速率，促进了增硅。

3.2 生产因素分析

3.2.1 转炉终点控制

优化前转炉终点控制情况见表2。由表2可知，优化前转炉终点控制存在的问题：（1）出钢C-O-T不够协调，如w钢（C）低w钢（O）高、w钢（C）高w钢（O）低现象比较突出，增加了后道工序的处理难度；（2）转炉终点w钢（S）不稳定，大于0.025%比例较高，LF精炼炉脱硫任务较重。据统计，2010年9～12月份转炉终点w钢（S）大于0.025%比例高达54.8%。许多w钢（S）高炉次不得不改炼SPHC，严重影响生产顺行和调度排产。

由表3可以看出，DC01增硅的主要环节在LF精炼工序。真空出站至LF出站，w钢（Si）平均增加了0.015%。这主要是由于LF精炼过程中，渣中不稳定氧化物SiO2被Al、Ca还原所致。

3.2.3 钢包渣中SiO2

钢包顶渣中的SiO2主要来源于出钢下渣和外来带入。

（1）下渣量。转炉终渣含有大量的SiO2及较高的氧化性（车间转炉终渣w渣（SiO2）、w渣（TFe）一般在15%～20%），当大量炉渣在出钢过程中随钢流进入钢包时，不仅增加了钢包顶渣的SiO2含量，也增加了精炼造还原渣的难度。下渣量越大，精炼渣中反应物SiO2也越多，增硅的可能性也越大。生产实践表明，LF精炼过程中将渣中w渣（SiO2）控制在8%以下，有利于Si的稳定控制。

（2）外来带入。在外来加入的SiO2包括合金中硅带入、精炼造渣料中的SiO2。合金量比较大的低硅钢种，Mn是主要的合金元素，使用合金化的中碳锰铁一般含有一定量的硅。目前，大转炉车间使用的中碳锰铁w（Si）为2%。实际在生产380CL时，加入的中碳锰量陈永金等：LF精炼低硅控铝钢增硅原因分析及对策23约10kg/t，硅回收率按80%计，则可增硅约0.017%，要想把w钢（Si）连续稳定地控制在≤0.03%，难度比较大。大转炉车间精炼造渣料主要包括石灰、精炼调渣剂、改质剂、萤石等，这些原材料在制作过程中会含有一定量的SiO2。因此，在使用过程中必须提高造渣料的质量，提高石灰的有效CaO含量，提高萤石的CaF2含量等，来降低精炼造渣料中的SiO2。

3.2.4 脱硫

在LF精炼过程中，由于脱硫反应是在脱氧充分的条件下进行的，大量脱硫时顶渣还原性强，再加上脱硫时对钢水进行强烈搅拌，钢渣充分接触，增加了化学反应界面面积，脱硫反应与增硅反应热力学条件及动力学条件基本相同，因此LF精炼大量脱硫是造成钢中增硅的主要影响因素。

生产实践表明，真空出站w钢（S）大于25×10-6个，LF脱硫量≥0.010%，钢液出站w钢（Si）基本在0.03%以上。

3.2.5 精炼时间

文献[2]指出：[Si]-[A1]反应平衡时的w钢（Si）在1.00％左右，远远大于钢种上限要求，所以该反应达不到平衡，一直会向增硅方向进行。因此，随着精炼时间的延长，回硅量也逐渐变大。现场实践表明，LF精炼时间超过1h，回硅量≥0.03%。

3.2.6 其它因素

在生产中还发现钢包残钢残渣、化验分析、中间包取样深浅等对增硅也有部分影响，但程度较小，且控制难度不大，在此不做深入分析。

4 改进及效果

根据上述分析结果，采取以下措施控制增硅量：

（1）100％铁水预脱S处理，提高铁水脱硫效率，扒净脱S渣，加强废钢管理，优化废钢配比，使转炉终点w（S）尽量控制在0.025％以下，减轻LF脱S压力；

（2）严抓炉容炉况管理，优化吹炼操作，稳定转炉终点，尽量使终点C-O-T协调出钢；

（3）完善挡渣工艺，加强挡渣锥的烘烤及管理，减少出钢下渣量；

（4）确定各工序合理的石灰加入量，保证炉渣碱度及良好流动性，从而降低二氧化硅活度；

（5）优化精炼操作，规范LF精炼炉造渣、送电、控铝制度；

（6）提前与调度、钢包、行车等车间做好沟通与协调，合理安排生产节奏，使LF精炼时间尽量控制在60min以内；

（7）强化管理，制定详细的工序交接标准及考核标准。根据各工序S含量、精炼时间等判定责任并严肃考核，加强职工责任心。采取上述措施后，取得了良好效果。2011年1～12月，柳钢转炉厂150t系统生产DC01累计2220炉，其中因Si高改判18炉，改判率由攻关前的2.46%降到0.81%。

5 结语

柳钢转炉厂150t系统在2010年生产DC01因硅高改判率达2.46%，分析发现LF精炼脱硫量大是造成Si超标的主要原因。另外，转炉下渣量大、精炼时间过长对钢水增硅也有一定程度的影响。2011年在生产中通过采取各种改进措施，如强化铁水预脱硫处理，减轻LF脱硫负担、提高挡渣效果、控制精炼时间等，以减少钢水增硅量，硅高改判率截止至2011-12已降到0.81%。但在目前的生产中还存在个别时候铁水供应不足无法预脱硫处理，废钢、石灰质量波动影响转炉终点S含量，生产节奏控制仍不尽合理，以及受班组操作水平差异等各方面的影响，还需要深入做工作进一步提高控制水平。

参 考 文 献

[1]   徐学永.济钢低碳低硅钢增硅原因分析及对策，天津冶金，2008，3，41～43

[2]   王凤珍，李庆胜，郭辉.低碳铝镇静钢增硅问题探讨.河北冶金：2003，（2）：13～14，17