摘要 介绍了攀成钢公司大电炉LF炉生产管坯钢的精炼技术的特点。通过采用造高碱度的白渣,提高熔渣的脱氧，脱硫能力,可获得硫含量低于0.003%的钢液,并喂入014～16kg/t的硅钙线,促进夹杂物变性,从而降低钢中夹杂物含量。

　 炉外精炼已经成为优化冶金工艺!提高产品质量、降低消耗!提高生产率的重要手段之一。LF是炉外精炼的主流设备,具有较强的灵活性。因此,大多数厂家把它作为首选的炉外精炼方式。而管坯钢(如高压用钢!石油管!管线管等)对钢的内部质量要求相对较高,钢水必须经过LF处理,采取相应的技术措施后,才能生产出优质的纯净钢,满足钢管生产的需要。下面就攀钢集团成都钢铁有限责任公司(攀成钢)大电炉92吨LF精炼管坯钢的技术特点进行了分析。

1 设备的主要技术性能

　 电弧炉额定出钢量92吨,电极直径558mm,变压器额定功率54/56kVA。LF炉采用的是直流电弧加热方式和双底吹透气砖氩气搅拌方式。变压器额定功率12500kVA,电极直径300mm,升温速度1.5℃/min(二次电压290V)。

2 冶炼工艺要点

　 超高功率电弧炉作为初炼炉,在原材料中配加约占总炉料1/3的生铁,并在冶炼过程中加入碳粒,造良好的泡沫渣,去除钢中的气体和夹杂。严格控制电弧炉出钢的[C]含量,采用EBT出钢方式。出钢量约1/4时,随钢流加入硅铝钡等脱氧剂,加入铁合金,根据钢水的含碳量加入增碳剂增碳。

　 进入LF工位,加入配制好的合成渣,调整氩气压力、流量,以防止钢水大沸腾裸露吸气。喂入铝线强化脱氧,加入电石、CaSi或FeSi等粉剂补充扩散脱氧,并造高碱度的白渣,可视钢水初始硫含量,采用调节吹氩强度,增大渣量,提高脱硫率、白渣保持时间15分钟以上,化学成分合格后,喂入CaSi线014～0.6kg/t对钢液进行Ca处理。Ca处理后再经约3～5分钟的氩气弱搅拌处理,再送浇铸工序铸锭(坯)。

3 重点控制技术环节与讨论

3.1 钢液中的初始氧含量控制

　 电炉作为一次熔炼炉,经强化脱氧,造泡沫渣冶炼后,以钢液中的碳含量来控制钢液中的初始氧含量。从C－O平衡曲线可知,钢液中的碳含量小于0.06%时,钢液中的氧含量极剧增加"因此,初炼钢液中的终点碳应控制在0.06%以上,碳含量为0.20%以上的钢种终点碳[C]≥0.10%,以此来降低钢液中的氧含量,从而减轻LF的脱氧负担,减少脱氧产生的夹杂物总量。

3.2 控制氧化性的炉渣进入精炼钢包内

　 攀成钢大电炉92吨LF炉生产初期,由于操作不慎,大量的氧化性的炉渣进入精炼钢包。因为含有较高的FeO、MnO、P₂O₅的氧化性炉渣进入精炼炉,精炼处理时,随着钢液脱氧的进行,渣中的Fe O、Mn O、P₂O₅等被还原,钢液中的Mn净增加可达0.35%,而P则净增加可达0.020%,极易造成钢液化学成分出格而报废。同时钢中的氧化物夹杂含量也高,生产钢的质量难以满足要求。但随着对EBT出钢技术的逐渐掌握,现可实现无渣出钢。一旦出钢下渣量大,应除渣后,再进入LF精炼工序处理。

3.3 白渣操作

　 LF炉采用高碱度!强还原性的白渣工艺,进一步强化脱氧、脱硫。

　 对于各种熔渣可用近似公式计算:

　 lgL_o=lg[%O]/(%FeO)=-5750/T+0.547

　 通过计算当渣中的FeO<015%时,钢中的氧含量低于20×10^-6,经92吨LF炉精炼处理后的钢渣中的FeO含量与钢中的氧含量对应关系,见图1。随渣中的FeO的浓度增加,钢中的氧含量急剧增加因此,在LF炉精炼过程中应尽可能把渣中的FeO的浓度控制得低一些。

图1 钢渣中的FeO含量与钢中的氧含量对应关系

　 经在LF内造高碱度的熔渣,喂铝线,加入电石粒以及CaSi或FeSi等粉状脱氧剂等强化脱氧,炉渣变白后,再分批加入粉状脱氧剂脱氧,并保持白渣时间,因为,钢中的夹杂物聚集上浮入渣去除需要一定的时间"当渣中的FeO的浓度小于0.5%时,钢液脱氧良好。此时炉渣脱硫能力也较强。图2是LS与渣中氧化铁浓度的关系。经LF精炼炉处理后的钢水,当渣中的FeO的浓度小于0.5%时,钢中的氧含量20～35×10^-6,钢中的S含量可达0.015%以下,甚至达0.003%以下,脱硫率达到60～80%。

图2 LS与渣中氧化铁浓度的关系

3.4 喂线工艺

　 喂Al线对钢液进行脱氧,使钢中的溶解氧迅速降低。Al脱氧最好是在高自由氧钢液中集中一次加入,形成Al₂O₃簇状脱氧产物,随吹氩搅拌的进行不断地从钢中排出,被炉渣吸收,如若多次加Al脱氧易产生小尺寸的Al₂O₃脱氧产物,不利于碰撞长大并且上浮去除。因此,喂Al线对钢液脱氧应在LF炉精炼前期一次性进行。经计算,钢中的[%Al]为0.01和0.02时,钢中平衡的[O]P分别为8.092×10^-6和5.237×10^-6实际上,脱氧产物未完全从钢中排出,钢中的氧含量比上述值还要高一些"攀成钢92吨LF炉处理时喂入Al线后大约经过8～15分钟吹氩搅拌后,钢中的全Al含量基本保持不变,说明大部分的脱氧产物Al₂O₃已去除,再经过白渣良好的脱氧!脱硫,钢液含有少量的Al₂O_3,此时可喂入CaSi线对钢液进行C处理,促使夹杂物变性。钙在Al₂O₃颗粒中扩散,在Al₂O₃表面CaO含量升高,可形成低熔点的钙铝酸盐,甚至形成12(CaO)·7(Al₂O₃),在炼钢温度下成液态,容易从钢液中排出。减少夹杂物含量,防止中间包水口堵塞。由于钙铝酸盐含有较高CaO,很容易吸收钢液中的硫,要消耗一定的钙量。Ca处理应在S、Al含量比较合适的情况下进行,以便形成低熔点的钙铝酸盐、从连铸中间包水口的断流炉次分析,钢液中的硫含量均在0.015%以上"因此钢液的S含量控制在0.015%以下,Al含量一般控制在0.020%左右较为合适。若S含量高时,喂入CaSi线量偏上限。需在喂钙线后,进行约3～5分钟的氩气弱搅拌时间,以便把形成的低熔点钙铝酸盐尽可能从钢液中排出。

3.5 吹氩搅拌

　 底吹氩搅拌是LF精炼的中心环节,底吹氩不畅通,易使钢液的成分、温度分层,无法完成精炼任务。为获得良好的精炼效果,底吹氩必须畅通。

　 在LF精炼过程应采用合理的吹氩制度,一般应采用氩气弱搅拌方式吹氩,便于电弧稳定以及减少钢液因钢流冲刷电极而增碳。吹入钢液的氩气形成氩气泡,适宜的氩气泡直径为0.5～2mm,小气泡在钢液里高度分散,停留时间越长,去除氧化物夹杂的效果越好。如果大流量氩气吹入钢液,氩气泡变为射流,在钢液停留时间短,不利于去除氧化物夹杂,反而易吹开渣面,钢液吸气而发生氧化,同时钢液易卷渣。雷诺准数Re<500为小氩气泡弱搅拌的上限,Re=4Qρg/πd_oη(do－吹气孔直径,ρ氩气密度,η钢液粘度,Q氩气流量)。Re>5000时,底吹气体将变成射流。

　 因此,根据以上所述,在LF内,除合金化、强化脱硫等需要吹氩强搅拌外,其它精炼过程需要吹氩弱搅拌,以确保钢液面微微蠕动,防止钢液吹氩强搅拌裸露吸气以及卷渣而污染钢液。

4 结论

　 (1)严格控制初炼炉钢水的终点碳含量,防止钢水过氧化,降低钢中氧含量,以确保LF精炼处理的效果。

　 (2)严禁大量的氧化性炉渣进入精炼钢包,减轻LF精炼脱氧的负担,既可防止钢坯产生气泡,又可准确控制钢液的化学成分。

　 (3)LF精炼处理时,造高碱度的白渣,并使渣中的氧化铁含量控制在0.50%以下,可使钢液脱氧良好,S含量达0.015%以下。

　 (4)喂Al线强化脱氧吹氩8～15分钟后,喂入CaSi线0.4～0.6kg/t,可形成低熔点的夹杂物,吹氩后进一步纯洁钢液,防止中间包水口堵塞。