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天津大无缝钢管厂冶金技术


 近年来,钢铁冶金新技术、新工艺得到了长足的发展,而炉外精炼技术作为其中重要的一环,及它对提高钢的内在质量、改善钢材的性能、满足品种钢冶炼的需求已经越来越引起人们的重视。LF精炼炉因其设备投资较少、精炼效果明显而迅猛发展,已成为开发钢种、提高质量的主要精炼设备之一,国内已形成了转炉+LF炉+连铸的工艺路线。山西新临钢钢铁有限公司LF钢包精炼炉投产热试,经过3个月的工艺实践,LF精炼炉已发挥其良好的精炼脱氧优势,有效地起到了改善钢的内在质量和控制钢水温度的作用。
  1LF炉的设备概况
  工艺技术参数
  公称容量:30t
  正常处理钢水量:30t
  最大处理钢水量:32t
  最小处理钢水量:20t
  变压器额定容量:5500kVA+20%
  一次电压:10kV
  二次电压:215V—189V—150V
  调压方式:无励磁调压 前三档为恒功率,后三档为恒电流
  精炼周期:~22min
  2LF精炼工艺制度及钢水处理效果
  工艺流程:转炉——2×LF炉——连铸——转炉的冶炼周期为22min,连铸的生产周期为16min~17min。为保证生产连续快速进行,临钢炼钢厂采用2座LF炉配1座连铸机的生产工艺,且本厂LF工艺的特点是精炼周期较短,这就给LF精炼造渣工艺带来了较大难度。在热试期间,炼钢厂采取了多种造渣脱氧工艺,经过反复比较,最终形成了比较适合炼钢厂的一套工艺制度。
  2.1转炉控制
  2.1.1出钢下渣控制
  转炉出钢过程中下渣时,炉渣受钢流的混冲乳化起到了充分氧化钢液的作用,这种原始渣氧化性强,炉渣氧势高且渣中SiO2含量较高,碱度低,给精炼脱氧造成极大危害。根据临钢目前的转炉设备工艺状况,具有较好精炼效果的转炉下渣的渣层厚度不大于70mm。
  2.1.2转炉成分控制
  在转炉出钢脱氧合金化的过程中,由于加入增碳剂(碳粉),有部分碳粒混入钢渣中,且合金、脱氧剂、精炼渣的加入使出钢温降较大,使熔渣变稠甚至硬化结壳,导致精炼前期化渣困难、时间较长和就位成分碳含量不准确。另外,由于LF炉加料口较小,精炼周期较短,我们采取了精炼过程不进行合金的成分微调,转炉按钢种中限控制合金成分,按钢种下限控制碳含量,减少转炉下渣的工艺措施,确保在LF炉合金和碳含量的准确控制。
  2.1.3 出钢时加渣料
  研究表明,单独用脱氧剂如Fe-Mn脱氧,发生
  如下反应:
  [Mn]+[O]=(MnO)
  [Fe]+[O]=(FeO)
  生成Mn(Fe)O,并不能把氧脱到很低的程度。但是随着脱氧产物Mn(Fe)O在渣溶解,其热力学活度降低,促进了脱氧反应的进行,使钢中溶解氧降低,如图1所示。无渣的情况下脱氧产物为 Mn(Fe)O,钢中溶解氧较高,故出钢前应将配好的渣料加入钢包中且放在钢流冲击处,充分利用出钢时钢水冲击的动能,加强渣———金属的混合,达到脱氧、脱硫的目的。为此,我们采取了出钢过程加精炼渣的工艺制度,采取的精炼渣渣系为: CaO-Al2O3-MgO,主要成分见表1:
  表 1 精炼渣系的主要成分
  成分 W(CaO) W(Al2O3) W(MgO) W(Fe2O3) W(TiO2)
  精炼渣% 45.9 29.5 1.9 1.3 1.6
  2.2加热制度
  30t钢包精炼炉的二次测电压范围为150V~ 加热制度215V,分为4档,调方式为有载或无载。热调试数据表明,实际的钢液升温速度与初始钢液温度、出钢时合金和脱氧剂的加入量、造渣剂的加入量、钢包运转周期等因素有关。实践表明,处理初期采用中等电压、大电流操作以快速化渣提温,当炉渣化好后可根据钢水温度情况,采用不同电流,短电弧加热,弧流变化范围为10000A~16800A。
  2.3吹氩制度
  底吹氩在LF炉处理过程中发挥的作用十分重要。底吹氩对化渣、调节成分、脱硫、脱氧及夹杂物的上浮均有较大影响。搅拌强度与钢包带渣量和钢水温度也有较大关系。实践表明,LF精炼炉到吊包工位后,接吹氩管进行旁吹破壳,破壳后流量稍微变小,以钢水不裸露为准。到加热工位后,根据透气砖透气情况,采取中等强度的氩流量进行搅拌。钢包出加热工位喂Ca-Si丝后,进行软搅拌。氩气流量变化范围约为300NL/min~50NL/min~20NL/min~10NL/min。
  2.4造渣工艺
  LF炉精炼造渣过程的核心任务是尽快形成FeO含量小于1%的强还原性渣,即白渣。能否尽快形成白渣,并使钢水在还原气氛中有足够的精炼时间是保证钢液脱硫和净化钢水质量的关键。在LF炉热试期间,考虑造渣剂成本和精炼周期等因素,经多次实践,形成了较好的精炼造渣工艺制度。即钢包至LF炉,底吹氩旁吹破壳后,首先喂铝线把钢中的溶解氧脱到最低限度,Al脱氧反应为,然后加入电石、铝粉等脱氧剂,转至精炼工位后,测温取样,供电精炼。精炼过程中,根据实际情况分批加入石灰、电石、铝粉等渣料,总量约为350kg~400kg。供电结束后,LF炉转至等待工位,喂硅钙线,软吹3min~5min,吊包出工位。精炼过程白渣形成时间约需6min~10min。
  3LF钢水处理效果
  3.1渣中(FeO+MnO)含量和熔渣碱度
  有关资料表明,当熔渣中w(FeO+MnO)在1.0%以  下时,钢液内的氧将向与之接触的熔渣内扩散,从而降低了钢液中的氧浓度,保证一定的炉渣碱度,控制包渣碱度R在3~4.5之间,会使炉渣具有较高的脱硫和吸附夹杂能力。
  热试过程的数据表明,在出钢挡渣正常的情况下,对于出钢时w(FeO+MnO)为7%~14%,碱度R为2.5~3的钢包顶渣,经LF炉精炼后,大部分炉次渣中w(FeO+MnO)变为1%左右,碱度提高到3~4之间,有效降低了钢中的氧含量。
  3.2成分控制
  经LF炉处理后钢水成分变化不大,在渣厚小于100mm情况下,经喂丝、添加碳粉、加入渣料后,可适当增加部分合金元素的含量。
  w(C):由于转炉C含量按规格下限控制,考虑石墨电极加热增碳量, 根据目标要求加入碳粉,可使钢中w(C)增加0.01%~0.08%。
  w(Si):由于精炼还原脱氧和加入硅钙线使钢中平均上升-0.01%~0.04%之间。
  w(Mn):由于加入碳粉、电石和铝粉,使部分MnO被还原,回锰量约为0.01%~0.06%。
  w(P):精炼处理时,随着炉渣脱氧反应的进行,存在回磷现象,回磷量为0.001%~0.006%。
  w(S):随着炉渣氧化性降低,钢水流动性渐好,脱硫条件得到改善,处理结束后,脱硫率平均为14.96%, 最高达 41.66%。
  3.3钢中气体和夹杂
  在实际生产时,转炉出钢采用硅铁、锰铁、钢芯铝、硅钙等合金和脱氧剂进行脱氧,钢包精炼时,进一步采用喂铝线脱氧,可以使钢中的氧含量降低,而炉渣中(FeO+MnO)含量的降低和炉渣碱度的提高,使钢中氧向炉渣中扩散成为可能,但在白渣化较差的情况下,钢中氧有可能回升。经过3个月的工艺实践,LF炉发挥了较好的脱氧优势,脱氧率最高为84.04%,平均为66.61%。钢中氮含量稍有增加,平均为32×10-6,氮含量控制都在标准范围内。
  转炉出钢过程加部分硅钙,精炼结束喂硅钙线,使钢中Al2O3夹杂和MnS夹杂由链条状转变为易上浮排除的液态球状氧化物,起到了提高钢液纯净度,消除机械性能影响的作用。金相检验表明,经精炼后的铸坯中只有级别较低的球状氧化物夹杂。
  4结论
  (1)LF炉发挥了较好的脱氧优势,脱氧率平均为66.61%,铸坯纯净度得到改善。
  (2)转炉下渣量不稳定给精炼操作带来一定难度,钢包内渣层厚度不大于70mm是今后一段时间内的攻关目标。
  (3)LF炉的工艺制度还需要继续研究,对于如何解决渣料快速熔化,提高渣铁的硫容比,以进一步提高脱硫率是今后需要解决的问题。  
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