李葆華，劉軍平，仇 軍

( 河鋼集團(tuán)承鋼公司 板帶事業(yè)部，河北 承德 067002)

摘要: 分析了鋼液中高熔點非金屬夾雜物的來源與產(chǎn)生機(jī)理，對夾雜物進(jìn)行兩種鈣處理的原理。通過對比試驗，研究了轉(zhuǎn)爐在終點氧活度較低的情況下，鋼水中夾雜物變性規(guī)律。鋼水到 LF 爐不喂鈣線，僅通過調(diào)節(jié) LF 爐頂渣 w( CaO) /w( A₂O₃ ) ，從而達(dá)到對鋼水中高熔點非金屬夾雜變性的目的，改善了鋼水的可澆性，冶煉同期縮短 3 min，鋼水質(zhì)量合格率 100%。關(guān)鍵詞: LF 爐; 造渣制廢; 優(yōu)化

0 引言

河鋼承鋼具有獨特的釩鈦資源特點，致使高爐鐵水中的硫偏高。由于河鋼承鋼采用提釩—煉鋼雙聯(lián)工藝，造成渣系單一、轉(zhuǎn)爐終點硫含量高，給精煉增加了脫硫負(fù)擔(dān)，所以 LF 爐的造渣制度應(yīng)根據(jù)氬站硫含量確定加入石灰量，石灰的加入量也基本根據(jù)經(jīng)驗判斷。LF 爐脫氧采取鋁強(qiáng)脫氧，脫氧產(chǎn)生的Al₂O₃ 等氧化物依靠高堿度頂渣吸收，處理結(jié)束后進(jìn)行喂鈣線處理。為了保證夾雜物充分上浮，采取不低于 10min 的弱吹氬。上述造渣工藝精煉成本

高、處理周期長，并且鋼水可澆性差^［1］。

鈣處理工藝目前廣泛應(yīng)用于冶金行業(yè)，生產(chǎn)低碳低硅鋼最大的問題就是鋼水可澆性差，目前各大鋼廠煉鋼脫氧都是采用鋁制脫氧劑。鋁制脫氧劑脫氧效果好，未起到脫氧作用的酸溶鋁溶解到鋼液中可以細(xì)化晶粒，提高鋼的塑韌性。但是，它的脫氧產(chǎn)物 Al²O³ 熔點很高，在鋼液中不容易上浮去除^［2］。為此，要對其進(jìn)行變性處理，冶金行業(yè)形成的共識是鈣元素可以對 Al ₂O₃ 進(jìn)行變性，使其成為低熔點復(fù)合型夾雜，然后再和其他夾雜物碰撞長大，最后經(jīng)過LF 爐的弱吹氬操作上浮被頂渣吸收。

1 鋼液中高熔點夾雜物的產(chǎn)生與變性原理

1． 1 鋼水中高熔點夾雜物產(chǎn)生的機(jī)理轉(zhuǎn)爐出鋼時，操作工人會根據(jù)轉(zhuǎn)爐終點鋼水的氧化性向鋼包加入適量的鋁制脫氧劑。脫氧過程中會發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng):

2［Al］+3［O］= ( Al₂O₃ )        ( 1)

生成大量的 Al₂O₃一部分進(jìn)入爐渣中，一部分溶解在鋼液中。當(dāng)鋼液到達(dá) LF 爐工序時，繼續(xù)深脫氧、造渣脫硫。此時，鋼液中含有 Al₂O₃ 以及未脫氧的 Als。鋼包上方的頂渣中含有大量 CaO、MgO等物質(zhì)，所以在鋼 － 渣界面會發(fā)生如下反應(yīng):

2［Al］+3( MgO)_渣=3［Mg］+ ( Al₂O₃ )_渣        ( 2)

2［Al］+3( CaO)_渣=3［Ca］+ ( Al₂O₃ )_渣        ( 3)

［Mg］+［O］+ ( Al₂O₃ )_夾雜物= ( MgO·Al ₂O₃ )_夾雜物        ( 4)

z［Ca］+ ( xMgO·yAl₂O₃)_夾雜物= z［Mg］+［zCaO·( x－z) MgO·yAl₂O₃］_夾雜物        ( 5)

由于鋼包內(nèi)襯聚集有大量鎂元素，在高溫下會向鋼液內(nèi)擴(kuò)撒，會發(fā)生如下反應(yīng):

3［Mg］+4 ( Al₂O₃ )_夾雜物=3( MgO·Al ₂O₃ )_夾雜物 +2［Al］        ( 6)

其中 Al₂O₃和 MgO· Al₂O₃是高熔點夾雜物，必須通過變性去除。

1． 2 鈣處理原理

通過上述反應(yīng)(1)~(6)式可以知道，鋼液中的高熔點夾雜物主要是Al ₂O₃和 MgO·Al ₂O₃ ，鈣處理主要是針對這兩種非金屬夾雜物的變性。但是，這兩種夾雜物的變性原理是不一樣的，當(dāng)轉(zhuǎn)爐終點氧活度較低時，轉(zhuǎn)爐脫氧之后鋼水的夾雜物主要為MgO·Al ₂O₃ ，只有少量的Al ₂O₃，此時鈣處理的原理是利用鋼液中少量的鈣離子和 MgO·Al ₂O₃ 結(jié)合形成低熔點的 CaO·MgO·Al ₂O₃達(dá)到夾雜物變性的目的。當(dāng)轉(zhuǎn)爐終點氧活度較高時，轉(zhuǎn)爐脫氧之后，鋼液中溶解過量的Al ₂O₃，必須向鋼水中打入鈣線進(jìn)行鈣處理，隨著鋼水中鈣含量的不斷增加，夾雜物中鈣的含量也在增加，形成的復(fù)合夾雜物依次為CA6、CA2、CA、C12A7、C3A ( C 與 A 分別代表CaO和Al ₂O₃ ) ，其中前兩個夾雜物的熔點均在1 700 ℃以上，CA的熔點在1600 ℃，都高于連鑄中包的澆鑄溫度，在連鑄溫度下呈固態(tài)，澆鑄時易于粘附在水口壁上。當(dāng)轉(zhuǎn)爐終點氧活度過高時，鈣處理的原理就是通過喂入適量的鈣線，將鋼液中過量的Al ₂O₃

發(fā)生反應(yīng)生成低熔點的 C12A7 或 C3A，從而改善鋼水可澆性。

2 試驗方法

2． 1 工藝流程

河鋼承鋼冶煉低碳低硅鋼采取的工藝流程: 提釩→轉(zhuǎn)爐煉鋼→ LF →板坯連鑄。提釩轉(zhuǎn)爐供氧提取釩渣，之后將提釩半鋼兌入煉鋼轉(zhuǎn)爐，吹煉終點符合工藝要求出鋼，之后再經(jīng) LF 升溫、脫硫、鈣處理、弱吹氬，最后吊至板坯連鑄澆鑄成板坯。

2． 2 試驗?zāi)康?/p>

本試驗主要研究在轉(zhuǎn)爐終點氧活度較低的情況下( 轉(zhuǎn)爐終點氧活度小于600 ppm) ，在 LF 爐處理結(jié)束后不經(jīng)喂鈣線處理，只是通過調(diào)節(jié) LF 爐頂渣的w( CaO) /w(Al₂O₃ ) 能否達(dá)到對鋼液夾雜物變性，以提高鋼水可澆性。

2． 3 試驗方案

本次試驗使用鋼種為 SPHC，試驗 15 爐次。將此 15 爐 次 根 據(jù) 精 煉 爐 頂 渣 中 不 同 w ( CaO ) /w( Al₂O₃) 分為3個對比組，主要研究精煉頂渣中不同w( CaO) /w( Al₂O₃ )對鋼水可澆性和脫硫效果的影響。SPHC 鋼種成分如表 1 所示。

2． 4 試驗步驟

第一步: 將15爐將要試驗的爐次按照:1.0 ＜w( CaO) /w( Al₂O₃ ) ＜1.5、1.5 ＜w ( CaO ) /w( Al₂O₃ ) ＜2.0、w( CaO) /w( Al₂O₃ ) ＞2.0 的標(biāo)準(zhǔn)分為 3 組。

第二步: 實際生產(chǎn)過程嚴(yán)格按照以上標(biāo)準(zhǔn)控制頂渣 w( CaO) /w( Al₂O₃ ) 。

第三步: 每爐次處理結(jié)束后分別取鋼樣和終渣樣，送化驗室化驗。

2． 5 試驗結(jié)果

試驗結(jié)果如表 2 ～7 所示。

2． 6 試驗結(jié)果分析

2． 6． 1 頂渣 w( CaO) /w( Al₂O₃ ) 對脫硫的影響

由表 2、4、6 中的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)頂渣1.0＜w( CaO) /w(Al₂O₃) ＜1.5、w ( CaO) /w (Al₂O₃) ＞2.0時脫硫效果不好，頂渣1.5＜w( CaO) /w(Al₂O₃ )＜2.0 時脫硫效果最好。這是因為當(dāng)頂渣1.0 ＜w( CaO) /w(Al₂O₃ ) ＜1.5時，爐渣堿度不夠，CaO 的活度低造成脫硫效果差。當(dāng)頂渣w ( CaO ) /w(Al₂O₃) ＞2.0 時，由于渣系中 CaO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過55%，CaO 的溶解度已經(jīng)達(dá)到飽和，頂渣中存在不能溶解的 CaO，造成頂渣流動性下降，脫硫的動力學(xué)條件變差，從而導(dǎo)致脫硫效果差。

2． 6． 2 頂渣 w( CaO) /w(Al₂O₃) 對鋼水可澆性的影響

由表 3、5、7 中的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)頂渣1.0 ＜w( CaO) /w ( Al₂O₃ ) ＜ 1.5和頂渣w ( CaO ) /w( Al₂O₃ ) ＞2.0時鋼水可澆性不好，頂渣1.5 ＜w( CaO) /w(Al₂O₃) ＜2.0 時鋼水可澆性最好。這是因為當(dāng)頂渣1.0＜ w( CaO) /w( Al₂O₃) ＜1.5 時，爐渣堿度低，CaO 的活度低，Al₂O₃的活度高，頂渣中的Al₂O₃就會通過鋼渣界面向鋼液里傳輸。

鋼包包襯的耐火材料里存在有大量鎂元素，鎂元素就會從濃度高的包襯向濃度低的鋼液中擴(kuò)散，然后與鋼液中的Al₂O₃反應(yīng)生成高熔點的 MgO·Al₂O₃尖晶石導(dǎo)致鋼水可澆性差。當(dāng)爐頂渣中 w ( CaO) /w( Al₂O₃ ) ＞2.0 時，爐渣堿度高，CaO 的活度高，并且混有大量未溶解 CaO 顆粒，未溶解的 CaO 顆粒有可能進(jìn)入到鋼液中和 SiO₂ 或Al₂O₃反應(yīng)生成高熔點的硅酸鈣或鋁酸鈣，造成鋼水可澆性差。

另外，CaO 的活度高，在頂渣中 CaO 可以電離出大量鈣離子。鈣離子擴(kuò)散到鋼液中可以和 MgO·Al₂O₃ 尖晶石反應(yīng)生成低熔點的 CaO·MgO·Al₂O₃復(fù)合型非金屬化合物。經(jīng)許多冶金工作者發(fā)現(xiàn)，要想實現(xiàn) MgO·Al₂O₃尖晶轉(zhuǎn)變成低熔點的CaO·MgO·Al₂O₃復(fù)合型非金屬化合物，只需要很少的鈣離子就可以完成轉(zhuǎn)變。如果鈣離子過多，鈣離子會把 CaO·MgO·Al₂O₃中的 MgO 還原，生成 CaO·Al₂O₃化合物，CaO·Al₂O₃同樣是高熔點化合物，也會導(dǎo)致鋼水可澆性差。所以頂渣中的w( CaO) /w(Al₂O₃) 不宜太高，也不宜太低。經(jīng)試驗，w( CaO) /w( Al₂O₃) 控制在1.5~2.0比較合適。如圖 1、圖 2 所示為優(yōu)化后鋼樣中夾雜物的掃描電鏡照片及能譜分析結(jié)果，優(yōu)化后的夾雜物得到了很好變性，尺寸較小、形狀較規(guī)，并且是為復(fù)合型夾雜，熔點較低，易于上浮去除。

綜上所述，LF 頂渣 w( CaO) /w(Al₂O₃) 控制在1.5~2.0，脫硫和鋼水可澆性都能達(dá)到很好的效果。當(dāng)轉(zhuǎn)爐終點氧活度不高的情況下可以通過調(diào)節(jié) LF爐頂渣 w( CaO) /w( Al₂O₃ ) ，使鋼液中的高熔點非金屬夾雜變性為低熔點非金屬夾雜物。

2． 7 優(yōu)化效果

通過優(yōu)化 LF 造渣制度，減少喂線工序，達(dá)到了鈣處理的效果、降低了鋼水硫的不合格率，并且改善了鋼水可澆性。在生產(chǎn)過程中統(tǒng)計了一個月的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，冶煉周期縮短 3 min，鋼水合格率達(dá)到 100%，未出現(xiàn)鋼水下流不通暢現(xiàn)象，增加了連澆 5 爐。

3 結(jié)論

( 1) 在轉(zhuǎn)爐終點氧活度小于 600 ppm 的情況下，可以通過調(diào)節(jié) LF 爐頂渣 w( CaO) /w(Al₂O₃) 以對鋼液夾雜物變性。

( 2) LF 頂渣 w( CaO) /w(Al₂O₃)控制在1.5~2.0，脫硫和鋼水可澆性都能達(dá)到很好的效果。