CaO—CaF2对钢包精炼顶渣性能的影响

来源：李波、张学军、魏季和、王宏明、李桂荣 |浏览：次|评论：0条 [收藏] [评论]

CaO—CaF₂对钢包精炼顶渣性能的影响

宝山钢铁股份有限公司李波张学军

上海大学李波魏季和王宏明

江苏大学李桂荣

摘要：为减少密封合金化精炼钢包浸渍罩粘渣。采码按m(CaO)／m(CaF₂)=2︰1配赫的混合调质帮对钢包项渣进行诵质处理。研究调覆莉对钢包顶渣性能的影响，熔化性能研究结果表明：调质帮能显著降低钢包顶渣的熔化温度和黏度。当英加入量为钢包下渣量的10％时．渣熔化温度从诵覆前的1439℃降至1400℃在1500℃时。未调质的钢包项渣黏麦约为6．5 Pa·s，历调质后渣的黏度低于2 pa·s。渣金夏应试验表明。调质后的渣可使钢液税硫。但同时会自起钢液少量回磷。

关键词：合金化精炼；渣调质；熔化温度；黏度

随着钢质量要求的提高，炉外精炼技术成为优质钢生产的必要手段，其中带有浸渍罩的底吹氩钢包合金化精炼技术由于设备投资及运行成本低，精炼高效且功能多等优点而应用日益广泛，已有多种应用形式，如LATS，CAS，ANS—OB等。该精炼法最初的功能是在连铸前均匀钢水成分和温度，现在已经具备钢液成分调整、温度控制、去除溶解的夹杂和脱气处理等多种功能。该精炼过程是在顶部有浸渍罩的钢包内进行的，底吹氩气的搅拌作用使得钢液的温度和成分均匀化，同时使溶解在钢中的杂质和气体上浮排出，当钢包渣被底吹氩形成的上升流排挤到钢包的四周后，在无渣的上升流“眼”部安置浸渍罩，将合金添加剂如A1、硅铁、Mn铁等添加到浸渍罩内，在惰性气氛且无渣的区域准确地控制和调整钢水化学成分。当钢液需要升温以满足连铸要求时，铝作为发热剂通过合金管道加入，同时通过顶部氧枪吹氧，铝氧反应的化学热使钢液升温。

目前，钢包炉上方的浸渍罩罩裙耐火材料部位黏渣比较严重，使得浸渍罩增重增粗明显，给精炼操作带来许多不利之处。防止浸渍罩黏渣的主要措施：一是控制转炉出钢的下渣量，二是钢包渣中加入调渣剂，对钢包渣进行调质处理。本次研究以CaO一CaF₂作调质剂来降低钢包渣的熔点和黏度，为探讨钢包渣调质后是否会造成钢水回硫、回磷的问题，研究了调质处理后钢包渣对钢中硫、磷含量的影响。

1研究方法

本次研究所用调质剂为按质量比2︰1混合的CaO一CaF₂。

1．1熔化温度测试

取正常生产状况下的精炼后钢包顶渣，粉碎去除残存的铁珠后充分研磨，按比例配加调质剂后研细混匀，然后制成ф2mm×3 mm的料柱，将在SJY型影像式烧结点试验仪上测定的半球点温度定义为渣的熔化温度，研究调质剂加入量对钢包顶渣熔化温度的影响。

1．2黏度测试

采用旋转柱体法在RTW—08型熔体物性仪上进行渣黏度测试。试验时，将渣料放入石墨坩埚，在MoSi₂加热炉中熔化至1520℃以上，保证渣完全熔化均匀，然后测试降温过程中渣的黏度温度曲线，研究调质剂加入量对精炼处理后钢包渣黏度的影响。

1．3脱硫、磷能力测试

为研究调质后钢包渣脱硫、磷能力的变化，在真空碳管炉内进行渣一金反应试验。金属样在精炼结束时从钢包中吸取，其初始成分利用GSl000型吸收光谱分析仪进行分析，渣料为添加了10％上述调质剂调质后的钢包渣。渣料和金属料装入刚玉坩埚，外套石墨坩埚保护，刚玉坩埚与石墨坩埚用钼桶隔离，试样在1600℃下恒温，渣一金反应进行30 min后，取金属样测定钢中硫、磷含量的变化。

1．4工业应用试验

根据调质渣熔化温度、黏度测试及脱硫、磷能力测试试验结果，确定调质剂的组成及添加量，在150 t钢包炉上进行工业应用试验，考察调质剂的实际效果。

2 试验结果及分析

2．1 调质剂对铜包顶渣熔化温度的影响

未调质的钢包顶渣的熔化温度为1439℃，加入CaO一CaF₂调质后发现：CaO一CaF₂作调质剂能显著降低钢包顶渣的熔化温度，特别是当调质剂加入量大于钢包顶渣量的10％后(此时渣熔化温度为1400℃)，渣的熔化温度随调质剂加入量的增加而显著降低，当调质剂加入量达到20％时，渣的熔化温度降低为l 359℃，比未调质的渣熔化温度降低了80℃，此时渣的熔化温度低于正常精炼结束浸渍罩提升前的浸渍罩罩裙温度，当浸渍罩提升时，钢包顶渣完全呈液态，抑制了钢包顶渣在浸渍罩罩裙上的凝结，即可减少浸渍罩黏渣。

2．2 调质剂对钢包顶渣黏度的影响

由未调质渣和加入不同比例调质剂后渣的黏度一温度曲线可知，按m(CaO)／m(CaF₂)=2︰1配制的混合调质剂降低精炼钢包顶渣黏度的作用非常明显。首先，加入调质剂后，在黏度曲线上，黏度随温度变化的转折点温度下降很多，如不加调质剂时的转折点温度为1500℃，而当CaO一CaF₂加入总量为钢包下渣量的5％、10％后，黏度曲线的转折点温度分别下降至1 460℃和l 370℃，可见，加入调质剂后，渣黏度随温度变化的稳定性提高，减弱了温度波动对渣黏度的影响；其次，加入调质剂后，当温度高于黏度曲线上的转折点温度后，渣的黏度比不加调质剂时大幅度降低，例如在渣温l 500℃下，未调质的钢包顶渣黏度为6．5 Pa·s，而加入5％以上的调质剂后的钢包顶渣黏度均低于2 Pa·s，且随着调质剂加人量的增加，熔渣的黏度降低。

2．3 调质剂对钢包顶渣脱硫能力的影响

调质处理后的钢包顶渣可使钢中的硫含量进一步降低，不会因为渣的熔点、黏度降低，流动性变好而导致钢水回硫，这说明，调质后钢包顶渣的脱硫能力提高。此外，从脱硫前后钢中硫含量变化可知，处理后的终点随初始硫的升高而升高，说明调质处理后钢包顶渣的脱硫能力仍然有限，要想得到低硫含量的钢，要在合金化处理前深脱硫，依靠调质的钢包顶渣难以实现大量脱硫，但可以消除钢液回硫问题。

关于钢包顶渣用CaO—CaF₂调质处理后脱硫能力提高的原因，根据炉渣脱硫的反应式：

(O^2-) [S]=(S^2-) [O] (1)

可知：调质剂中CaO的加入会提高渣中O^2-的活度，同时由于渣黏度降低，渣中S^2-从渣一金界面向渣中扩散传质的速度加快，使得渣脱硫能力提高。此外，CaF₂的加入，也可以提高渣中O^2-的活度，脱硫能力提高。

2．4调质剂对钢包顸渣脱磷能力的影响

调质处理后的钢包顶渣可使钢中的磷含量升高，发生回磷现象。分析回磷的原因为：本研究采用真空碳管炉熔炼，炉内是真空还原性气氛，渣中氧化铁被还原，这对氧化脱磷是不利的，虽然在理论上，加入的CaO能够提高渣的脱磷能力，但渣中的磷氧化物还是部分发生还原。在实际生产中，在钢包内脱氧合金化，渣中的氧化铁还原后，渣中的磷氧化物也会部分还原，发生回磷现象，这在现行的工艺中是难以避免的。要控制脱氧合金化造成的回磷，就要严格控制钢包中的渣量和渣中磷氧化物含量。若冶炼低磷或超低磷钢，必须在合金化前对钢水深脱磷处理，并尽量减少含磷渣进入钢包。

综合考虑精炼过程浸渍罩防黏渣对钢包顶渣的熔化性能要求和处理成本以及环保等因素的要求，在熔化性能满足要求的前提下，应尽量减少调质剂特别是CaF₂的使用量，因为CaF₂在渣中的稳定性较差，可与渣中酸性组元生成有害气体，如AlF₂、A1OF和SiF₄等，造成氟污染，其使用量一般不超过15％。因此，选择CaO—CaF₂加入总量为钢包下渣量的10％左右应当是比较理想的，调质后的渣在1500℃时的黏度低于2Pa·s，渣中ω(CaF₂)=3％左右，不会对浸渍罩耐火材料产生明显侵蚀。

2．5工业应用效果

钢包渣不采用调质处理时，浸渍罩的一次在线使用寿命约20炉次。很多情况下，使用不足20炉次时，浸渍罩重量超过提升机构的承重上限18 t，只好下线清渣处理。使用上述调渣剂调质处理后，浸渍罩一次在线使用寿命都高过44炉次，最大达50炉。下线时，浸渍罩的重量最大为15．3 t，下线清理后的浸渍罩还可以再使用1次，即使用寿命达可达80～100炉次。比不采用渣调质处理时的使用寿命提高l倍以上。另外，浸渍罩在线寿命延长，钢水的温度控制命中率也有所提高。该调渣处理已取得预期的效果。

3 结论