LF炉管坯钢精炼技术

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 558 mm  ,变 压器额定功率 54/ 56 kVA  。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 12500 kVA , 电极直径 300 mm , 升温速度
115 ℃/ min (二次电压 290 V) 。
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014～016 kg/ 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[ 1 ] 可知 , 钢液中的碳含量小于 0106  %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 0106  %以上 ,碳含量为0120  %以上的钢种终点碳[ C ] ≥0110  % ,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 FeO 、 MnO 、P2O5 等被还原 ,钢液中的 Mn 净增加可达 0135% ,而 P 则净增加可达 01020  % ,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[ 1 ] :
lgLo = 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 015  %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 015  %时 ,钢中的氧 含量 20～35 ×10 - 6 ,钢中的 S 含量可达 01015  %以下 ,甚至达 01003  %以下 ,脱硫率达到 60～80  % 。
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 0101 和 0102 时 ,钢中 平衡的 [ O ] P 分别为 81092 ×10 - 6 和 51237 ×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 Al2O3 ,此时可喂入 CaSi 线对钢液进行 Ca 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[ 1 ]  ,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[ 2 ]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 01015  %以上。因此钢液的 S 含量控制在 01015  %以下 ,Al 含量一般控制在 01020  % 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。
315 　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 015～2 mm[ 3 ]  ,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 01015  %以下。
(4) 喂 Al 线强化脱氧吹氩 8～15 分钟后 , 喂入CaSi 线 014～016 kg/ 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。

参考文献
1 . 曲英. 炼钢学原理[ M] . 北京 :冶金工业出版社 ,1980 . 12 :137～152
2 . 徐曾启夂. 炉外精炼[ M] . 北京 :冶金工业出版社 ,2003 :21～90
3 . Vassilios S. Gotsis , George N. Angelopoulos and Demetrios C. Papamantel2 los Special porous plugs for the production of super clean steels.  Steel re2search[J ] . May/ J un. 2001 . VOL . 72 No . 5/ 6 :208