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LF炉精炼的研究及提高LF炉精炼效率的途径

2012年03月31日

1影响LF炉脱硫效率因素分析
        相对转炉氧化性炉渣而言,LF炉脱硫是在还原渣条件下进行的,因而其脱硫效率要远远高于转炉,其反应主要发生在炉渣和钢水界面之间,通过钢渣反应,使硫由钢水向炉渣的扩散转移,其基本反应为:[FeS]+(CaO)=(CaS)+(FeO)。
         LF炉精炼脱硫,首先要形成还原性的白渣,将氧化性钢包渣子进行还原,渣中w(FeOH-MnO)<1%原才比较充分,然后钢水和炉渣中的氧以FeO形式被渣子吸收,在白渣中还原,并达到一定的平衡值,这是脱硫去夹杂的基本条件,在一定碱度和氩气环境下,CaO被还原渣中A1、C、Si等元素还原出Ca与钢水中的硫反应形成高熔点CaS进入炉渣。LF炉脱硫效率受钢水条件、炉渣状况、动力搅拌及操作多方面影响。
1.1转炉钢水氧化性
        转炉吹炼过程控制,终点加料、温度和C含量等因素直接影响钢水氧化性,从而影响钢水及炉渣脱氧还原时间及钢水夹杂物控制,对钢水精炼脱硫有所影响,实际操作中采取措施主要是根据钢种要求,优化合金结构,减少合金增c来最大限度提高出钢c含量;通过合金烘烤、钢包烘烤、控制合适出钢时间来降低出钢温度,有效降低钢水初始氧化性。
1.2转炉出钢控制
        转炉钢渣含∑FeO在20%左右,不利于还原渣快速形成,同时易造成钢水回磷,影响钢水炉渣搅拌效果地提高和低P钢生产。为防止下渣,一方面强化出钢操作,避免出钢夹渣,一方面强化挡渣操作,控制出钢下渣,同时为避免出钢口后期下渣量较大,钢水初始氧含量偏高现象,规定走LF炉次出钢时间控制在2min以上。
1.3转炉脱氧合金化工艺控制
         钢水终脱氧直接影响LF炉钢水和炉渣还原效率,应强化LF炉钢种终脱氧,实际生产中对LF精炼钢水有效增加了终脱氧剂用量,同时对脱氧合金化操作严格控制程序符合规定。
1.4LF炉前期化渣慢
         LF炉进站钢水温度偏低,钢包未加顶渣是造成LF炉前期加料多化渣慢的主要原因,需要进行改进。
1.5精炼吹氩控制
         原钢包为单透气砖,由于透气砖质量原因,部分炉次底吹氩不透气或透气量太低,不能满足精炼强吹氩过程化渣脱硫要求,需要调整。同时吹氩过程压力流量变化对化渣脱硫去夹杂起着关键作用,需对吹氩过程控制进行规范。
1.6精炼造渣工艺
        精炼造渣主要包括合理控制渣量,炉渣氧化性和炉渣碱度3个方面,实际生产中受钢包净空(钢包净空300mm)限制,实际渣量控制在500kg左右,而碱度通过采用高活性小颗粒石灰基本都能保证在3—4左右。
        转炉炉渣FeO含量一般在15—20%左右,因此转炉炉渣脱硫能力较差,为提高LF炉脱硫能力,必须将炉渣中氧含量降低,实践证明当炉渣中FeO含量低于2.5%后,炉渣的脱硫能力逐步提高,特别是当FeO含量低于1%后,炉渣脱硫能力显著提高。根据其他厂家经验工艺,初期使用铝粒造还原渣,用铝粒造还原渣造渣较快,脱氧程度较高,但其使用成本高,渣子稀,无泡沫,渣层薄,加热增C现象,不能提高吹氩强度,造成脱硫速度慢。熔渣碱度影响,需要对精炼造渣工艺改进。
1.7精炼过程温度控制
        LF炉精炼初期采用边化渣边提温,最终达到出站温度的操作工艺,由于对精炼初期和过程无严格温度控制要求,造成实际钢水前期温度偏低,过程温度较不稳定,、影响了精炼脱硫效率,需要进行改进。
1.8糟炼讨程时间控制
        正常情况下LF精炼随着时间的延长钢水中硫含量不断降低,钢水精炼40min以后受渣量和S容量影响,脱硫速率大幅降低,同时由于工艺结构上要求两台LF炉供一台连铸机,精炼周期相对固定,即要求精炼周期必须控制在40min以内,否则无法满足铸机正常生产要求,从实际情况看,精炼周期应控制在35min左右,以保证正常的铸机衔接生产。
1.9精炼还原气氛控制
        保持精炼过程钢包上面还原气氛有利于减少钢水二次氧化,保持炉渣还原状态,同时有效减少钢水吸氮现象,保证钢水纯净度。LF炉采用罩式除尘,可有效将精练过程烟气排走,但相应造成钢水表面空气流动,炉盖内为氧化性气氛,不利于钢水质量控制。
1.10精炼喂线控制控制
        根据钢种需要精炼后期喂Ca线,统计喂Ca线100炉前后钢水硫含量,喂线脱硫率为5%,对脱硫有一定影响,但过分增加SiCa量严重增加生产成本,同时影响钢水成分稳定性,不作为重点改进方面。
2提高精炼脱硫效率的改进措施
2.1改进精炼造渣还原工艺
2.1.1精炼顶渣配加出钢前向钢包配加适量顶渣,利用钢流冲击动能及钢水显热将顶渣熔化,有利于钢包精炼渣前期熔化,减少了在LF加人的渣量,缩短了LF化渣时间。为保证加入石灰有效熔化,经多次试验,采用了石灰:萤石为4:1比例混合渣料,在精炼跨吹氩平台上部出钢主线位设称量加料设备,在出钢前按规定量分散加入钢包,加入后的顶渣对钢包内渣子起到改质及预脱氧的作用,使顶渣碱度提高,氧化性降低,起到了早化渣,预脱氧和预脱硫的效果。
2.1.2精炼还原剂改进为进一步降低成本,提高LF炉脱硫效率,试验应用了高品位粉状SiC造还原渣,在精炼过程中代替铝粒洒到炉渣表面,配合合理地吹氩搅拌,进行还原渣造渣工艺操作,取得了良好的使用效果。
1)使用高品位粉状SiC造还原渣,Si和C元素均能迅速脱出炉渣中氧,从而形成还原渣,同时形成SiO2与前期加人顶渣反应,进一步促进了化渣。2)使用高品位SiC造还原渣,由于C—O反应形成气泡,使流动性良好的炉渣发泡,增大了钢渣接触面,提高了钢渣反应脱硫能力,同时提高了炉渣吸附夹杂能力和减少了钢水吸气。3)精炼过程适时加人SiC造还原渣产生CO气体能持续保持炉气的还原性,防止炉渣中(FeO)上升。4)适时加入SiC造还原渣泡沫比加入发泡剂持续稳定,使电极埋弧效果良好,电极加热和保温效果提高,同时有效避免了电极加热造成的钢水增C现象。5)原生产中铝粒加入量为0.8kg/t,吨钢成本为14元。调整脱氧剂后实际使用平均SiC吨钢2kg,使用成本为5.5元,比使用铝粒降低成本8.5元/吨钢。取样化验使用SiC炉次,炉渣脱氧效果、炉渣碱度、流动性和脱硫效果良好。
2.2精炼过程温度控制
        LF炉提温是在非氧化性气氛下利用电弧加热来提高钢水温度,补偿处理过程钢水温降及造渣、合金化的吸热,便于形成有利于脱硫、脱氧、去除夹杂的钢包渣。还可以精确控制温度,为连铸机提供温度合适的钢水温度。脱硫反应是一个吸热反应,提高温度有利于脱硫反应的进行,同时加热使渣产生较高的温度,较好地提供了脱硫反应的热力学条件。但过分提高钢水炉渣温度,不利于钢包包衬使用寿命的提高和电耗成本控制。
        根据实际情况对精炼过程温度控制制定了规范:1)为保证精炼前期化渣脱硫,适当提高钢水到站温度,从制度上规定钢水进LF炉温度控制在1560℃以上。2)钢水到站后迅速提温操作,避免加渣料造成的钢水和渣子温降,保持精炼过程钢水温度在1580~1590℃之间。3)过程采用频繁短时间提温,目的是保持钢水炉渣温度的稳定性,避免温度大幅度波动,保证渣子有效活性,促进炉渣脱硫去夹杂。4)出站前将钢水温度提高到规定到站温度的10℃以上,软吹氩5min,开出钢水上铸机。
2.3优化吹氩工艺控制
        要提高脱硫率,除热力学上的保证外,还要改善反应的动力学条件,而底吹氩系统正好做到了这一点,增大了钢渣接触面积及反应的碰撞机率,使反应充分进行。
        原包吹氩系统为单管控制双砖,实际生产中经常出现因管子开裂、碰坏或因透气砖的透气性较差造成钢包不透气和透气不良情况,影响了吹氩效果,实际透气率为97%左右。为此,结合水模试验情况,把钢包吹氩单管改为双管,对快速接头进行改造,实现双气路控制双砖,采用微机有效控制氩气流量压力,达到了透气率100%的目标,同时有效提高了吹氩可控性。
2.4精炼过程还原气氛控制
         精炼还原气氛主要受除尘抽气量和底吹氩量影响,为保持炉盖内还原性气氛,对除尘阀门设计了微机调整控制,实际生产中,根据电极环烟气外溢情况及时调整阀门开度,保持炉盖电极环上部烟气能溢出又被收回状态,以此保持炉内还原气氛。
2.5炉渣性能判断及调整
        由于感应电炉炉渣成分化验滞后和运行成本问题,实际生产中不能及时对炉渣进行理化性质检测,而主要通过经验来了解炉渣性质并采取措施予以调整,保证炉渣最佳脱硫状态。正常情况下LF炉渣子颜色随着氧化性变化,渣子氧化性不同,其颜色也不同。同时炉渣碱度不同,其物理状态也不同,因此可以利用对渣子状态观察来判断其氧化性和碱度情况情况。为及时了解渣子特性,需要对渣子外观物理特性有所了解,实际生产中,使用烧氧管粘钢包内渣子,观察渣子颜色形状来判断渣子氧化性和碱度等化学性质,然后做相应调整,保证炉渣合适的理化性能。
3结论
3.1通过对LF精炼炉脱硫工艺的改进,有效提高了LF炉脱硫能力和精炼效率,统计2007年共生产低S精炼钢种70万余吨,平均脱硫率为63%,脱硫率在70%以上炉次达到40%左右,平均精炼周期为32min,满足了生产精炼钢种要求和正常的铸机衔接。
3.2通过精炼造渣工艺的改进,精炼造还原渣由原来铝粒改为高品位SiC,吨钢精炼成本降低3.25元,合计降低还原剂成本227余万元。
3.3LF炉精炼脱硫工艺的改进有效促进了高附加值专用品种钢的生产开发,2007年生产低S高附加值专用品种钢同比提高50%。
3.4通过对LF精炼炉脱硫工艺的改进,有效提高了LF炉钢水精炼质量,促进了精炼钢水纯净度提高,为开发牛产高纯净度钢打下良好基础。
 

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