宝钢300tLF渣精炼技术的开发与应用

发表时间：[2007-10-27]　　作者：　　编辑录入：admin　　点击数：1666

1 前言

　由于LF具有优良的精炼功能,目前不仅在电炉钢厂而且在转炉钢厂得到了广泛应用。

　宝钢于1999年12月在第一炼钢厂(BOF钢厂)增建了一台300tLF,并成功地开发了相应的合成渣精炼工艺技术。在各方人员的不断努力下,目前300tLF完全发挥了其应有的功能,为宝钢新品种的开发、产品质量和经济效益的提高发挥了优异的作用。

　本文将介绍宝钢300tLF合成渣脱硫、脱氧以及埋弧精炼技术的开发与应用。

2 设备条件

　 300t钢包炉设备主要技术参数见表1,其供电二次电压为11级,二次电流为11级。

表1　LF设备主要技术参数　

项目	参数
炉容量/t	300
最小处理钢水量/t	250
变压器容量MV·A	45
电极直径/mm	500
极心圆直径/mm	1100
二次电压/V	335～535
二次电流/kA	13.5～59.5
钢包内衬直径/mm	4100
钢包高度/mm	4249
钢包透气塞/个	2
电耗/kW·h·(t·℃)^－1	≤0.51
电极消耗/kg·(kW·h)^－1	≤0.008
最大升温能力/℃·min^－1	5
处理时间/min	30～50

　在LF上配备测温、取样、钢水定氧、定渣中(FeO)装置,钢水定氧范围(0～1000)×10^-6,炉渣定(FeO)范围0～14%。并配备2台2线喂线机,可进行铝线、硅钙线、碳线等喂线作业,喂入速度40～400m/min。

3 LF合成渣脱硫技术开发与应用

3.1 合成渣脱硫理论及目标组成

　对于含铝的钢液,合成渣脱硫的基本反应为:

　　　　　 3(CaO)+2[Al]+3[S]=3(CaS)+(Al₂O₃)　　　 (1)

　　　　　 K=(a³_CaS.a_Al2O3)/(a³_CaO.a²_Al.a³_S)　　　　　(2)　　

　以1%[Al]、[S]作为标准态,式(2)变为L_S=(S)/[S]=K＇/[Al]^2/3(3)　　

　在某一给定温度,K 仅为渣成分的函数。而当给定某一钢中铝含量和温度时,硫分配比LS为渣组成的函数。

　 Rinboud等对CaO-Al₂O₃-SiO₂-MgO渣系的LS值进行了详细的热力学计算及试验。结果表明,当钢中[Al]为0.03%,温度为1600℃时,脱硫渣的组成为(60%～70%)CaO-(20%～30%)Al₂O₃-(5%～10%)SiO₂,LS可达500～700。

3.2 合成渣脱硫试验工艺

　鉴于上述精炼渣脱硫理论,本试验选择钙铝系合成渣进行研究。在试验室中对合成渣脱硫能力、化学和物理特性等进行了研究,最终确定了大规模生产试验用合成渣组成。

　转炉采用挡渣出钢控制下渣量。钢包到达LF工位后,根据脱硫的要求加入适量脱硫合成渣,并对钢包渣进行脱氧,使渣中(FeO+MnO)<2%。在LF处理过程中,要控制底吹氩流量。对于深脱硫钢,为了强化渣钢界面的脱硫反应,宜采用较强搅拌方式。

3.3 深脱硫效果及分析LF深脱硫效果如表2所示。

表2　　深脱硫实验结果

序号	〔S〕_i/10^-6	[S]_f/10^-6	脱硫率/%	硫分配比
1	58	5	91.4	240
2	26	7	73.1	140
3	55	6	89.1
4	59	6	89.8	217
5	81	5	93.8	480
6	30	6	80.0	333
7	89	10	88.88	190
8	83	8	90.4
9	86	10	88.4
10	102	12	88.2	200
11	77	12	84.4
12	72	13	81.9
13	53	13	75.5	77
平均	67	8.7	87.7	235

　由表2可见,在原始硫含量平均为67×10^-6的条件下,采用所开发的深脱硫工艺,最终硫含量平均为8.7×10^-6,平均脱硫率达到87.0%,硫分配比平均达235。这些数据说明所开发的合成渣及其工艺具有很好的脱硫效果。

　在LF处理过程中,吹氩搅拌强度对脱硫效果具有很强的影响。,在本研究的范围内,随着吹氩强度指数增加,脱硫率增加。当吹氩强度指数增加到20时,脱硫率可达85%以上,而强度指数达30以后,脱硫率增长的幅度减小。

4 LF合成渣脱氧技术开发及应用

4.1 合成渣脱氧理论及目标组成

　铝(硅)镇静钢中存在的夹杂物主要是Al₂O₃型的,因此,需要将渣成分控制在易于去除Al₂O₃夹杂物的范围。渣对Al₂O₃的吸附能力可以通过降低Al₂O₃的传质系数来实现。因此,可以通过Al₂O₃-CaO-SiO₂三元系相图来讨论。

　降低Al₂O₃活度被认为是更重要的,渣成分应接近CaO饱和区域。如果渣成分在CaO饱和区,Al₂O₃的活度变小,可获得较好的热力学条件,但由于熔点较高,吸附夹杂效果并不好。在渣处于低熔点区域时,吸附夹杂物能力增加,但热力学平衡条件恶化。其解决办法是渣成分控制在CaO饱和区,但向低熔点区靠拢。具体的做法是控制渣中Al₂O₃含量,使CaO/Al₂O₃控制在1.7～1.8之间。

4.2 合成渣脱氧试验工艺

　生产低氧钢的主要工艺措施包括:①尽可能脱除渣中FeO、MnO,使顶渣保持良好的还原性;②使渣碱度控制在较高程度,阻止渣中SiO₂还原;③采用CaO-Al₂O₃系渣,并将炉渣成分调整到易于去除Al₂O₃夹杂物的范围;④合适的搅拌制度。在LF处理低氧钢过程中,有一个合适的搅拌强度问题。为防止炉渣卷入和钢水裸露,一般采用较弱的搅拌方式。

4.3 合成渣脱氧处理效果

　宝钢300tLF处理硬线钢时,合成渣脱氧试验结果如表3所示。

表3　脱氧试验结果

序号	成品T[O]	序号	成品T[O]
1	15	6	12
2	14	7	14
3	15	8	14
4	13	9	14
5	14	10	8

　从表3可见,采用所开发的合成渣及相关工艺,能够生产T[O]≤15×10^-6的低氧硬线钢。本试验2T[O]最低达到了8×10^-6的较好水平。

5. 3LF埋弧精炼技术

5.1 4LF埋弧渣精炼基本思路

　泡沫渣5埋弧加热技术在提高诸如UHP、LF等电气的加热设备的热效率,延长炉衬寿命等方面效果显著。但通常的泡沫渣是在氧化铁含量较高的氧化性炉渣中,利用渣层内碳氧反应提供大量CO气体作为气源使熔渣发泡的。在LF的还原性炉渣中,熔池微弱的碳氧反应已不足以使其发泡。因此,实现埋弧精炼的关键是寻求适宜的发泡剂。

　目前常用的发泡剂主要分为碳酸盐、氟化物、氯化物三类,后两类会产生有害气体,不宜多用。本研究开发了以碳酸盐为主体的发泡剂,碳酸盐在高温下分解释放出大量反应性气泡,且气泡具有弥散、细小、初始动能小的特点。

　在发泡剂中配入一定量的碳粉,可与分解产物CO₂气体反应,生成CO气体,使气体体积成倍增加。进一步消除弱氧化性CO2气体的不利影响。此外配入适量的延缓剂,以延长气泡在渣中的滞留时间。

5.2 埋弧精炼效果及分析

　在LF精炼过程中,基础脱硫渣加入后,即可加入第一批发泡剂。此后根据炉况,分数批加入发泡剂,常规总加入量为200～500kg/炉。试验过程中测定了渣层厚度的变化,测定结果表明炉渣及其发泡剂发泡性能良好,相对发泡高度达到114%～158%,渣层厚度可达300～460mm。

　埋弧加热要求熔池的渣层厚度达到电弧长度2倍左右,电弧长度的计算公式为:

　　　　　 L=U/3^1/2-0.55×10^-3×I-30　mm　　　　 (4)

　式中,U为二次电压,I为相电流。

　当二次电压采用5档为415V、电流为7档46.3kA时,计算电极电弧长度184mm。可见,采用所开发的埋弧渣技术能够基本达到埋弧加热要求。

6 结语

　 (1)开发了300tLF用脱硫合成渣及其超低硫钢生产技术,能够批量生产硫含量≤10×10^-6的超低硫钢,最低硫含量为5×10^-6。

　 (2)开发了300tLF用发泡剂,与基础合成渣配合使用,能够基本达到全程埋弧精炼。

　 (3)开发了300tLF用脱氧合成渣及其低氧钢生产技术,能够批量生产T[O]≤15×10^-6的低氧钢。