摘 要 根据LF炉造还原渣的要求及LF炉精炼前的炉渣条件,开发出新型扩散脱氧剂——缓释脱氧剂。通过缓释脱氧剂的应用,取得了更好脱氧、脱硫效果,并使工艺成本降低12.6元吨。　

　 　随着国民经济的高速发展和科学技术的不断进步，各行各业对钢材的质量要求越来越高，为保证生产出纯净度高，质量好的铸坯，在钢水浇铸前必须经炉外精炼处理。在众多精炼方法中LF炉的应用较为普遍。它是通过电弧加热、炉内形成还原气氛、造白渣精炼、氩气搅拌等手段，强化了反应的热力学和动力学条件，使钢水在短时间内达到升温、脱氧、脱硫、合金化、除去夹杂等综合精炼效果，提高了钢水的纯净度，保证钢水成分精确、温度均匀以及多炉连浇的顺利进行，成为最主要的炉外精炼设备。在LF炉造还原渣过程中，通常采用金属铝屑作为炉渣的扩散脱氧剂。这种用铝方法有二个弊端:①浮在炉渣表面的铝屑在高温炉气和负压除尘的作用下，燃烧损耗大。②铝屑加入不均匀，顶渣中局部有铝富积，回硅、回磷不稳定，易使钢液增铝。

　 为此，设计开发了一种新的脱氧剂—缓释脱氧剂，即可防止铝屑在渣而燃烧或被炉气或除尘系统抽走，又可保证铝在炉渣中的均匀分布，还能促进炉渣的起泡埋弧。通过缓释脱氧剂可达到如下三个目的:①将缓释脱氧剂加入钢渣表面后，能使炉渣迅速起泡，形成埋弧渣，缩短了炉渣起泡埋弧时间，有利于供电操作和节省电能消耗。②缓释脱氧剂遇钢渣熔化后，均匀连续地熔化并释放出铝对炉渣进行脱氧。③成渣后的炉渣成分对钢中夹杂物具有较好的扑捉和吸附能力。

　 为了满足LF炉造还原渣脱硫时对钢包顶渣脱氧的需要，将缓释脱氧剂加工成有一定强度的小球，通过LF炉的高位料仓及加料系统投入炉内，球状缓释脱氧剂遇热后爆裂，使其能够较均匀地分布在炉渣中进行脱氧反应。根据LF炉造渣埋弧、脱氧和不同处理目的的需要，按照金属铝含量的不同将缓释脱氧剂分成强缓释脱氧剂和弱缓释脱氧剂两种牌号。强缓释脱氧剂的主要功能是造渣深脱氧，以实现较好的脱硫效果及对钢液的净化作用。弱缓释脱氧剂的主要功能是造渣埋弧，满足电极升温埋弧的需要，同时具有对炉渣进行一定的脱氧作用.以提高铝及其它合金的收得率。两种牌号缓释脱氧剂的理化性能指标见表1。

表1 缓释脱氧剂的理化性能指标

项目	Al	CaO	Al2O3	MgO	CaF2	SiO2	C	H2O	烧减
强缓%	29~31	13~17	12~16	8~10	3~5	≤5	3~5	≤1.0	≥5
弱缓%	7~10	23~28	8~12	8~10	3~5	≤5	11~16	≤1.0	≥25
堆比重				≯1.0g/㎝3
强度					≮300N
粒度			经造球处理后的粒度为5~20㎜

　

2 试验条件及原工艺技术指标

2.1 精炼处理前钢包顶渣厚度统计

图1 精炼处理前钢包顶渣厚度

　 图1为211炉LF炉处理前钢包顶渣厚度的统计情况。平均钢包顶渣厚度为121mm。由于精炼处理前钢包顶渣量较大.这势必增加LF炉造渣脱硫的难度和脱氧剂的消耗量。

图2 顶渣中氧含量分布图

2.2 精炼处理前顶渣中(FeO+ MnO)的含量统计

　 图2为本钢炼钢厂2003年6～11月期间.经LF炉处理部分炉次顶渣中氧含量的抽样检测结果，由于钢种不同、转炉终点[C]、[O]值不同、转炉出钢下渣量不同.精炼处理前钢包顶渣中(FeO+ MnO)含量的波动范围较宽.主要集中在2. 6%～14. 6%平均值为8. 47%。

图3 精炼前顶渣中平均氧含量与钢包（C）的关系

　 图3为不同钢种在LF炉精炼处理前钢包顶渣中氧含量的统计结果。随着钢包[C]含量的降低，顶渣中(FeO + MnO)含量的总体趋势呈上升趋势。顶渣中(FeO+MnO)含量受钢种[Si]、[Mn]元素含量的影响较大。SS400钢种[Si]元素含量较低，顶渣中(FeO)含量较高;St12钢种中[Si]元素含量最低，而顶渣中(FeO)含量也最高。S290,S315,S360类钢种，其钢种中[C][Si]元素含量相近，而随着[Mn]元素含量的增加，顶渣中(FeO+ MnO)含量的呈上升趋势。对于需经LF炉进行造渣脱硫的BG510L、S290,S315,S360类钢种.其顶渣中(FeO + M nO)的平均含量为10. 17%。

2.3 原工艺技术指标

　 对于LF炉造渣脱硫的炉次.原工艺是采用铝屑做扩散脱氧剂.采用活性石灰、预熔型精炼渣及埋弧型精炼渣为造渣剂.进行造还原渣脱硫。在正常生产工艺条件下.采用这种工艺可较好地满足生产的需要.其工业化生产技术指标如表2所示。

表2 原工艺方法生产技术指标

项目	终渣中FeO+MnO %	处理前[S]%	成品[S]%	脱硫率%	周期min	电耗kWh	过程[N]增加量×10-6	过程[Si]增加量%	过程[Mn]增加量%	过程[P]增加量%
平均值	3.02	0.0108	0.0061	43.4	39	3003	4.3	0.031	0.072	0.002
最大值	7.10	0.0150	0.0100	78.6	64	10651	13	0.090	0.171	0.006
最小值	0.60	0.0050	0.0030	14.3	23	712	0	0.005	0.000	0.000

　

3 工业性生产试验结果

3.1 造渣脱硫工艺的比较

　 原工艺方法为通过高位料仓向LF炉内加入活性石灰、预熔型精炼渣及埋弧型精炼渣，在炉渣基本熔化后由操作工少量分批地向炉内加入袋装铝屑造还原渣。采用缓释脱氧剂造还原渣的方法为，通过高位料仓向LF炉内加入活性石、缓释脱氧剂，即减化了造渣材料又减轻了工人的劳动强度。

3.2 铝屑及缓释脱氧剂脱氧效果的对比

　 在工业化生产过程中针对BG510L,S290,S315,S360这四种经LF炉进行造渣脱硫的钢种.统计了50炉用铝屑做扩散脱氧剂及49炉用缓释脱氧剂做扩散脱氧剂时，LF炉处理终点顶渣中(FeO+ M nO)含量。对于使用铝屑为扩散脱氧剂的炉次.铝屑的平均加入量为295kg.。终点顶渣中(FeO+ MnO)含量平均值为3. 02%。对于使用缓释脱氧剂的炉次，缓释脱氧剂的平均加入量为541kg.终点顶渣中(FeO +M nO)含量平均值为2. 23 % 。图4为采用不同脱氧剂时终点顶渣中(FeO+ M nO)含量从小到大排列的散点图，图5为两种脱氧剂对不同钢种的脱氧效果比较。从图4,图5可以看出，在缓释脱氧剂的金属铝含量低于铝屑金属含量的情况下，缓释脱氧剂的脱氧效果优于铝屑，且缓释脱氧剂的脱氧效果比铝屑的脱氧效果更稳定。

3.3 脱硫效果的对比

　 采用铝屑做扩散脱氧剂时.其平均脱硫率为43. 4% ，最高脱硫率为78.6%;采用缓释脱氧剂做扩散脱氧剂时，其平均脱硫率为48% ，最高脱硫率为86.4%;同时从图6可以看出，使用缓释脱氧剂时，其脱硫率主要集中在30% ～70%范围内，使用铝屑时，其脱硫率主要集中在20%~60%范围内。采用缓释脱氧剂为造渣脱氧剂时，其脱硫效果好于铝屑。

图4 不同脱氧剂脱氧效果比较

图5 不同脱氧剂对不同钢种的脱氧效果

图6 两种脱氧剂脱硫效果的比较

3.4 两种造渣方法的电耗、埋弧及过程增氮量比较

　 由于缓释脱氧剂中含有碳酸盐及少量的碳粉，有利于顶渣的起泡埋弧。同时缓释脱氧剂中的轻烧镁粉及铝灰可以成为熔渣中的固相粒子.延长气泡在熔渣中的寿命，加强了顶渣的埋弧性能。从图7可看出，采用缓释脱氧剂和活性石灰造渣时，处理周期内的平均电耗值、埋弧不良时间及过程增氮量都小于采用预熔型精炼渣、埋弧型精炼渣、活性石灰及铝屑造渣时的埋弧效果。采用缓释脱氧剂和活性石灰造渣时，其精炼过程增氮量降低0.5×10^-6。

图7 电耗、埋弧情况及增氮量比较

3.5 精炼终点顶渣成分及钢水成分变化的比较

　 从表3可以看出采用活性石灰、缓释脱氧剂可取得与原造渣方法相同的终渣成分，其回硅、回锰、回磷情况与原造渣方法水平相当。

表3　不同造渣方法终渣主要成分及成分变化比较（%）

造渣方法	炉渣主要成分			回硅、回锰、回磷量
	CaO	SiO2	Al2O3	△[Si]	△[Mn]	△[P]
活性石灰、预熔渣、埋弧渣、铝屑	49.29	12.48	26.04	0.0311	0.0716	0.0023
活性石灰、缓释脱氧剂	51.51	11.11	25.78	0.0307	0.0769	0.0025

　

3.6 两种不同造渣方法吨钢成本比较

　 由于缓释脱氧剂不仅具有良好的扩散脱氧作用，还具有使炉渣发泡埋弧及对炉渣成分的调节作用，使其造渣材料成本、合金化用铝成本及电耗、电极消耗成本与原工艺方法相比由60元/吨降到此为47. 4元/吨，可使吨钢成本降低12. 6元/吨。

图8 不同造渣方法吨钢成本比较

　 （1）采用缓释脱氧剂可减化LF炉造渣材料、减轻工人劳动强度。

　 （2）缓释脱氧剂可使其中的铝在熔渣内熔化，减少了铝被LF炉内空气氧化烧损及炉气抽走的现象，明显提高扩散脱氧用铝的利用率，其脱氧深度和脱氧稳定性优于铝屑·

　 （3）在LF炉采用缓释脱氧剂和石灰进行造渣脱硫时，其脱硫率主要集中在30%～70%范围内，最高脱硫率为84.6% 。

　 （4）缓释脱氧剂具有较好发泡埋弧功能，减少埋弧不良时间及钢液增氮量，使钢液温度升高1℃的电耗值比原工艺方法低7kWh。

　 （5）采用缓释脱氧剂和石灰的造渣方法，可取得与原工艺方法相同的终渣成分及回硅、回磷量。

　 （6）采用缓释脱氧剂和石灰进行造渣脱硫，可使吨钢成本比原工艺方法降低12.6元/吨。

　 （7）通过试验证明缓释脱氧剂是一种新型、实用、有效的脱氧剂，特别对于LF炉来说是一种可实现理想效果的造渣扩散脱氧剂。

5 存在问题

　 （1）由于时间关系对于采用缓释脱氧剂后钢中夹杂物含量的变化尚未做分析检验，在今后工作中应该补做。

　 （2）采用缓释脱氧剂和石灰进行造渣脱硫时，其回硅、回磷量与原工艺方法的水平相当，还未达到降低回硅、回磷量的目的，这可能与精炼前钢包内渣量较大及造渣材料的加入方法有关，在今后的工作中将继续进行试验，以减少造原渣时的回硅、回磷量。