摘要:对LF精炼炉中[Al]s与氧含量的关系进行了研究,确定了当[Al]s在0.015%～0.030%的范
围时,可以有效地降低钢中氧含量,提高钢的纯净度。
关键词:精炼炉;酸溶铝;氧含量
1前言
由于脱氧工艺及造渣工艺不够细化，使得钢水中氧含量偏高，钢水流动性较差，在浇钢过程中经常出现大包及中包结流现象。电炉钢的钢水流动良好率仅为30 % ,15%的炉次由于大、中包结流或烧眼次多被迫停浇，钢水流动性差己经严重制约了生产的正常进行，同时使得钢坯收得率降低，铸坯质量变差，质量异议较多。针对上述问题，石家庄钢铁公司炼钢厂2003年采用新工艺对钢中[ Al]s与氧含量进行了有效控制。
2精炼工艺
精炼炉采用60 t LF钢包精炼炉，具有加热、成分微调、吹氩搅拌等功能。工艺流程如下:
初炼钢水一脱氧造渣－L F工位(升温、脱氧、微调)一软吹一浇注
炼钢生产中，铝是强脱氧元素，大多数钢中均采用铝脱氧，用铝脱氧不但可以有效地降低钢中的氧，还可以细化晶粒、改善韧性、防止时效的作用。因此，深入研究钢中铝脱氧的效果，固化工艺，具有重要意义。但是用过剩的铝脱氧时，脱氧产物主要为A12O3，它的熔点高(2050℃)，在钢水中呈固态，可浇性差(见表1)。所以提高钢水的纯净度及其可浇性就要降低钢中氧含量，通过对钢中[Al]s的研究及控制，在生产实践中取得了比较满意的效果，见表2、表3。
表1 水口结瘤成分分析 %
|
SiO2 |
MgO |
Al2O3 |
TiO2 |
|
0.97 |
8.24 |
67.6 |
4.85 |
表2 原工艺精炼钢水的气体含量 ×10-6
|
炉号 |
钢种 |
氧含量 |
氮含量 |
|
1303405 |
20# |
32.7 |
50.3 |
|
1303407 |
40Cr |
38.6 |
35.9 |
|
1303408 |
40Cr |
31.1 |
46.7 |
|
1303418 |
20CrMnTi |
21.8 |
44.3 |
|
1303432 |
45# |
22.1 |
66.2 |
|
1303437 |
45# |
34.1 |
61 |
|
1303439 |
45# |
27.3 |
49.8 |
|
1303441 |
45# |
34.5 |
45.7 |
|
1303442 |
45# |
17.2 |
43.4 |
|
1303454 |
45# |
48.2 |
63.5 |
|
1303455 |
45# |
54.6 |
58.8 |
|
1303456 |
45# |
18.7 |
48 |
|
1303457 |
45# |
39.5 |
76.2 |
|
1303458 |
45# |
44.5 |
86.2 |
表3 采用新工艺后精炼钢水的气体含量
|
炉号 |
钢种 |
氧含量/×10-6 |
氮含量/×10-6 |
[Al]s/% |
|
3303406 |
45# |
14.9 |
56.6 |
0.017 |
|
3303415 |
40Cr |
19.7 |
61.4 |
0.016 |
|
3303431 |
40Cr |
21.2 |
63.8 |
0.014 |
|
3303432 |
40Cr |
11.3 |
72.4 |
0.018 |
|
3303442 |
27SiMn |
12.8 |
65.8 |
0.022 |
|
3303449 |
27SiMn |
19.6 |
79.0 |
0.028 |
|
3303460 |
20CrMnTi |
24.4 |
66.8 |
0.026 |
|
3303470 |
20# |
15.0 |
89.7 |
0.015 |
|
3303526 |
20CrMnTi |
19.9 |
84.4 |
0.022 |
|
3303547 |
45# |
21.8 |
92.4 |
0.01 |
|
3303555 |
45# |
17.0 |
62 |
0.022 |
|
3303571 |
40Cr |
18.5 |
63.0 |
0.016 |
|
3303581 |
40Cr |
19.7 |
64.5 |
0.021 |
|
3303637 |
20CrMnTi |
16.4 |
22.7 |
0.038 |
|
3303657 |
45# |
19.8 |
82.3 |
0.009 |
3造渣工艺的改进
偏心炉底出钢电弧炉的最大特点就是将还原期的任务由精炼炉完成，生产节奏较快，原有造渣工艺很难使钢中的气体、夹杂有充分的时间去除，这样无疑会加大精炼炉的操作难度，进而使钢水的质量无法保证。
(1)在兑入铁水30%左右时，初炼炉渣量选定2 %，分两次加入底灰，装第一次料前加入底灰20～25 kg/ t，装最后一次料前加入底灰30～35 kg/ t。
(2)化渣制度(供电制度)。为使加入的炉料快速熔化，在穿井阶段采用短弧操作，即采用8级电压送电，完成穿井后采用4级电压送电，长弧操作。
(3)防止下渣。提高摇炉工操作水平，根据炉内的装入量及留钢量准确估计炉内的钢水量;在摇炉出钢过程中，根据出在钢包内的钢水量确定何时回炉，防止出钢下渣。
稳定装入量(不同阶段装入量不同)。新炉装入量控制为55 t, 2 ～100炉装入量控制在50 t,100～200炉装入量控制在51t, 200炉以后装入量控制在52 t。
尾砖更换。在尾砖用至200炉左右时，出钢眼变大，出钢时间明显缩短，使得摇炉出钢难以控制，极易下渣。故此在炉体用至200炉时，应重新换上一块新的尾砖，这样可以保证出钢时间，防止下渣。
(4) LF炉渣量的选定。为使LF炉精炼渣具有较好的吸咐夹杂的能力，在初炼炉随合金加入石灰10 kg/ t，同时配入脱硫剂5 kg/ t;精炼炉座包后，根据渣的情况再补加石灰5～8 kg/ t，这样可以保证精炼炉座包后快速成渣。发挥精炼渣的去夹杂能力，提高钢水纯净度。
(5)制定合适的LF炉造渣工艺。对于一般钢种选用二次渣控法;对于碳素结构钢，渣量控制较少，采用初炼出钢时及精炼炉座包后两次加入渣料的方法控制渣量，大约在2.5%～3%之间;对于合金结构钢要求较严，采用初炼出钢时、精炼炉座包后及渣白取第一个样子后三次加入渣料的方法控制渣量，大约在3%～3.5%之间。
4脱氧工艺
(1)氧化气氛下出钢，强化初炼炉预脱氧。高功率电炉冶炼节奏较快，终点碳控制较困难，出钢前钢中氧含量较高，过氧化炉次较多，为了强化初炼炉的预脱氧，制定了详细的脱氧方法。钢水过氧化时，出钢前从炉门加入高碳锰铁，确保残余锰含量大于0.15%，同时出钢时包中加入铝铁3.0kg/t, BaCaSi 0.5～1.0 kg/t;钢水未过氧化时.出钢时加入铝铁1.5～2.5 kg/ t·
(2)增上炉后加料设施，均匀快速反应。为使加入钢包内的合金料快速熔化，利用合金料的沉淀脱氧能力，快速将钢中的氧脱除，在炉后增上了加料设施，提前将合金料、渣料加入料仓内。当钢水出到包中三分之一时打开加料口，使合金料及渣料随钢流加入钢包内，促使合金料及渣料快速熔化，尽快去除钢中的氧。
(3)在LF炉对[ Al]s进行调整.针对不同[Al]s含量喂入CaSi线。为进一步降低钢中的氧含量，根据LF炉中[Al]s的含量.适当喂入Al线.将钢中[Al]s调整到0.015%～0.025%之间。当钢中的[Al]s ≤0.015%时，喂入CaSi线2 m/ t;当钢中的[Al]s在0.015%～0.025%时，喂入CaSi线3 m/ t;当钢中的[Al]s≥0.025%时，喂入CaSi线4 m/ t 。
5加强冶炼操作工艺
2003年采用新工艺后钢中氧含量见表4。
表4 采用新工艺后钢中氧含量
|
月份 |
氧含量/×10-6 |
|
1 |
32 |
|
2 |
30 |
|
3 |
30 |
|
4 |
27 |
|
5 |
25 |
|
6 |
21 |
|
7 |
22 |
|
8 |
23 |
|
9 |
27 |
|
10 |
21 |
|
11 |
20 |
|
12 |
19 |
加强终点碳控制，根据碳含量加入不同质量的脱氧剂(铝铁)。初炼炉Si含量控制在大于0.10%，快速变渣。
6结论
(1)用铝脱氧时[Al]S控制在0.015%～0.030%范围内，可以有效地降低钢中氧含量。
(2)用铝脱氧时降低钢中氧含量的关键是去除A12O3, 合理的渣量及吹氩搅拌工艺，能有效去除A12O3。
(3)精炼炉喂入Ca-Si线，可改变A12O3的形态。
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