摘要：介绍川威集团公司LF炉设备概况及冶金工艺流程，根据精炼过程脱硫反应热力学计算分析了脱硫效果。对低硫管线钢X52的冶炼造渣工艺和实际生产情况进行阐述，讨论了进一步开发利用LF炉冶金功能问题。
关键词：LF炉；精炼效果；造渣工艺；热力学；低硫
炉外精炼技术能使传统炼钢法难以生产的许多高质量钢种、各种特殊用途钢都可以以非常经济的方法大量生产，并使钢内气体含量、夹杂物含量与形态、成分偏差等影响质量的因素均达到前所未有的水平，进而大大改善了钢的化学与机械性能，取得巨大的经济效益，发展极为迅速，而其中，LF炉由于工艺流程简便，精炼成本相对较低，已成为开发品种、提高质量的主要精炼设备之一。国内大量厂家采用转炉－LF炉－连铸的生产工艺路线，但发挥LF炉精炼作用的却不多，仅用其均匀成分和升温。威钢结合自身生产工艺实际，采用合理控制精炼周期、快速造白渣、精确调整成份等手段，在较短的时间内使LF炉充分发挥其精炼效果，钢材实物质量达到国内先进水平，有效的实现了“转炉－LF炉－连铸”低成本生产优质钢的新生产模式。本文介绍了威钢LF炉设备概况及主要冶金工艺，对精炼过程渣金脱硫反应热力学进行了计算与效果分析，对低硫管线钢X52的冶炼造渣工艺、实际生产情况进行了阐述。
1 LF炉设备概况及主要精炼工艺流程
1．1 LF炉设备概况
钢包公称容量： 70 t
转炉平均出钢量：62 t
钢包净空： 600 mm
LF炉变压器容量：12 000 kVA
一次电压： 35 kV
二次电压： 285~165V 13级有载电压
二次电流： 27 169 A
升温速度： 3～7℃／min
电极直径： 600 mm
1．2 LF炉精炼工艺流程及周期控制
1．2．1 工艺流程
到精炼站→加第一批渣料、脱氧剂→送电7min→取样、测温→加第二批渣料、脱氧剂→送电10～15 min→取样、测温、调整成分→升温至合格温度、氧含量→出站钙处理→连铸。
1．2．2 LF炉处理周期
LF炉的处理周期是指钢包进入加热位至精炼完毕钢包离站所用的全部时间。处理周期不仅受钢水条件的影响，同时也受上下工序的制约。LF炉的处理周期包括处理时间和缓冲时间(T周期=T处理+T缓冲)。
目前，国内LF炉处理周期一般在40～60min。我厂由于LF炉布局问题，辅助时间较长，且连铸能力远远大于LF炉，LF炉周期必须控制在25～35 min以内，才能使连铸拉速维持在正常水平。因此，为保证与连铸匹配和精炼钢水质量，就得采取各种措施来缩短LF炉处理周期：
(1)进站钢水的条件稳定，温度和带渣量符合标准；
(2)控制好处理时间，其关键是统筹兼顾、合理安排。与连铸配合的LF炉生产节奏要快，避免时间的浪费；
(3)把缓冲时间降到最低；
(4)合理精炼造渣工艺。
2 精炼过程渣金脱硫反应热力学计算与效果分析
2．1 精炼终点渣金硫的平衡分配比及钢
水硫质量分数的计算公式
若忽略气相脱硫的作用，根据硫的质量守恒可以导出：
式中ω[S]为精炼终点钢水的硫质量分数，％；ω(S)0、ω[S]0分别为反应前渣中和钢中的原始硫质量分数，％；ms、mm分别为熔渣和钢水的质量，kg；Ls为渣金问硫的分配比。
由式(1)可知，要计算钢水中的硫质量分数关键是获得渣金问硫的平衡分配比Ls。而硫分配比可由下式计算：
lgLs=(21 920—54 640Λ)／T+43．6Λ+lgfs－lga[O]－23．9 (2)
可见，影响渣金硫的平衡分配比的因素包括熔渣光学碱度(Λ)、钢水中的活度系数(fs)、钢水的平衡氧活度(a[O])和温度(T)。其中炉渣光学碱度可根据熔渣成分计算得到，而活度系数(fs)可由钢水成分计算得到(在低硫质量分数下fs≈1)．而钢水的平衡氧活度可由与钢水氧活度平衡的炉渣中FeO质量分数来计算。根据渣金氧平衡可得：
Lga[O]=lgγFeO+lgxFeO－6150/T+2.60 (3)
在l 873 K下CaO—SiO2－A12O3－MgO四元精炼渣系中氧化铁的活度系数的实验回归方程为：
Lgγ=[0．676ω(MgO)+0．267ω(A12O3)－19．7]ω(SiO2)+0．0214ω(CaO)－0．047 (4)
2．2 脱硫影响因素阐述
由上几式可得出以下几点。
(1)随着渣中FeO质量分数的降低，Ls迅速增大。因此，从热力学角度，强化熔渣脱氧对提高脱硫效果至关重要。
(2)随着钢中溶解铝质量分数的增加，渣金平衡分配比也相应增加。因此，加强对钢水的脱氧也有利于脱硫反应的进行。
(3)随着渣中CaO质量分数的提高，SiO2质量分数降低，硫的分配比显著提高。因此，提高熔渣碱度利于脱硫。
(4)随着渣质量的增加，钢中硫质量分数显著降低。
(5)随着渣中和钢中原始硫质量分数降低，精炼终点钢水硫质量分数也相应降低。相对而言，钢水原始硫质量分数对钢中终点硫影响更大。因此，控制进站钢水中的硫质量分数对生产低硫钢也非常重要。
3 威钢低硫管线钢X52实际生产情况
3．1 精炼渣系的确定
为确保熔渣具有较好的流动性、发泡埋弧、脱硫及吸收夹杂物的能力，以满足低硫管线钢X52的质量指标要求，根据我厂生产实践和相关研究资料介绍，威钢LF炉精炼目标渣系的选择成分控制为：ω(CaO)50％～60％，ω(SiO2)14％～19％，ω(Al2O3)13％～20％，ω(MgO)3％～6％，ω(FeO)小于1．0％，ω(MnO)小于0．3％，ω(CaF2)7％～10％，R 3．0％～4．0％，M1：0．15～0．25(MI为曼内斯曼指数，MI=R/ω(Al2O3))。转炉出钢钢包渣成分如表1所示。
在表1所示的情况下，要调整至目标渣成分和确保25～35 min的处理时间，维持泡沫渣，按稳定埋弧的渣厚不小于80 mm(因弧长为70～80 mm)，进站渣厚30～50 mm及罐内渣面积约5．0 m2。按照渣密度3．5 g／cm3计算，确定渣料加入量为每炉钢加石灰700～800kg，加萤石50～80 kg，根据脱氧情况过程加适量脱氧剂。
表2为LF炉精炼后的渣成分，从表2所示的情况来看，也是基本吻合的，个别炉号MnO、FeO较高，主要是因进站温度偏低、生产节奏紧张，处理时间偏短，精炼埋弧效果差所致。
3．2 ω(O)的控制
钢中ω(O)是评价钢质量的重要指标之一，直接决定钢中氧化物夹杂的多少，并影响其大小、形状和分布状态，其主要来源可以概括为：转炉钢包氧化渣、耐火材料侵蚀物、来不及上浮脱氧产物等。
在X52的生产过程中，结合威钢精炼周期紧张的现状，在转炉脱氧合金化采用深脱，直接将活度氧作得较低，在精炼过程中，采用沉淀脱氧和扩散脱氧相结合的两种方式。
由于沉淀脱氧是直接向钢液中加入还原性较强的元素进行脱氧，虽然脱氧速度快，效率高，成本低，但是脱氧产物容易污染钢水；而扩散脱氧通过钢一渣界面逐渐扩散至渣中的一种脱氧方式，特点是脱氧产物不污染钢水，脱氧较彻底，但是脱氧速度较慢。
脱氧综合采用这两种方法，结合了两种脱氧方法的优点，具有脱氧速度快，脱氧产物较少污染钢水，脱氧较彻底的特点。
3．3 对钢包渣的控制
钢包内渣过多时，在精炼过程中加入较大数量的渣料、脱氧剂及熔剂都难以使熔渣获得良好的流动性及白渣化程度。白渣化困难的主要原因是渣氧性较高，另外脱氧剂很难在粘稠的渣中扩散，取渣样分析的结果表明，渣中ω(FeO+MnO)较高，吸收夹杂物的能力也较差。
搞好出钢末期的挡渣，适量减少转炉渣进入钢包内，是发挥LF炉精炼作用的基本前提，同时出钢合金化过程中向钢包内加入适量的石灰或合成渣可减少渣中ω(SiO2)、ω(MnO)和ω(FeO)。
3．4 进站温度控制
进入LF炉的钢水温度应控制在一定的范围。进站钢水温度过高或过低都会影响LF炉的生产周期，进站钢水温度过低导致LF炉的供电升温时问增加，目前X52钢若到站温度低于1 540℃将导致升温时间过长、初期造渣困难；温度过高钢水温度不易稳定控制，钢水氧性波动也大。
3．5 底吹氩的控制
底吹氩在LF炉的处理过程中发挥的作用十分重要。底吹氩对化渣、调成分、脱硫、脱氧及夹杂物上浮均有较大的影响。处理初期需进行大氩量强搅拌，使钢水的成分温度均匀，保证取样的代表性，并使渣壳熔化，利于快速形成白渣。加热过程中应采用中等强度的氩气流量搅拌，氩气流量过大会造成电弧不稳，使加热效率降低，同时造成电极消耗增加。调合金及增碳时要大氩量搅拌，除处理初期和调成分需大氩量强搅拌外，其余时间采用中等强度搅拌，以保证吹氩峰值不破坏炉渣、钢水不大面积外露为宜。底吹氩的搅拌强度与钢包带渣量钢水温度有关，钢包渣层增加，需增加氩气流量。另外，同样的氩气流量在较高的钢水温度下会产生更强的搅拌，因此随着钢水温度的升高，及时调整氲气的流量是必要的。
3．6 低硫管线钢X52生产控制及质量指标情况
我厂在低硫管线钢X52的LF精炼炉生产，在控硫、去除夹杂等方面取得了较好的效果，具体数据见表3。
从上表可以看出，LF炉精炼效果是相当理想的。
(1)由于进站硫控制就较低，只有0．009％，脱硫率平均达到50．0％以上是一个非常好的水平。
(2)精炼渣吸附夹杂能力较强，全氧低。
(3)精炼时间的严格控制和良好埋弧效果，加上连铸仝过程保护浇注，使得成品氮控较低。
4 结 论
(1)影响LF炉精炼终点的主要因素包括熔渣的光学碱度、熔渣和钢水的氧化性、精炼温度渣钢的原始硫质量分数和渣质量。
(2)本文的超低硫管线钢X52的LF炉冶炼造渣工艺是可行的，LF炉终点的ω(S)平均可达到0．005％的超低硫水平，夹杂物全氧可达20×10-6水平。
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