LF精煉過程鋼中硫、磷、氮、氧含量控制

錢丹丹+++陳志月++閆若璞

[摘 要]將轉(zhuǎn)爐、平爐或電爐中初煉過的鋼液移到另一個容器中進(jìn)行精煉的煉鋼過程，也叫“二次煉鋼”。煉鋼過程因此分為初煉和精煉兩步進(jìn)行。初煉：爐料在氧化性氣氛的爐內(nèi)進(jìn)行熔化、脫磷、脫碳和主合金化。精煉：將初煉的鋼液在真空、惰性氣體或還原性氣氛的容器中進(jìn)行脫氣、脫氧、脫硫，去除夾雜物和進(jìn)行成分微調(diào)等。這樣將煉鋼分兩步進(jìn)行，可提高鋼的質(zhì)量，縮短冶煉時間，簡化工藝過程并降低生產(chǎn)成本。

[關(guān)鍵詞]LF精煉 脫硫 脫磷 氮、氧含量 s非金屬夾雜物

中圖分類號：U231.92 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）07-0277-01

1.引言：

鋼材的質(zhì)量及性能是根據(jù)需要而確定的，不同的需要，要有不同的元素含量。硫；是鋼中的有害雜物，含硫較高的鋼在高溫進(jìn)行壓力加工時，容易脆裂，通常叫做熱脆性。磷；能使鋼的可塑性及韌性明顯下降，特別的在低溫下更為嚴(yán)重，這種現(xiàn)象叫做冷脆性。通常情況下，氮被視為鋼中的有害元素，而氧元素主要以氧化物系非金屬夾雜物的形式存在于鋼中。減少LF爐精煉工藝過程鋼液增氧、去除鋼中氫含量是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。此外，控制鋼中夾雜物是提高鋼材使用性能的有效途徑。

2.轉(zhuǎn)爐LF精煉脫硫與脫磷

2.1脫硫

2.1.1脫硫方法

硫是鋼中的長存元素之一，它會使大多數(shù)鋼種的加工性能和使用性能變壞，因此除了少數(shù)易切削鋼種外，它是需要在冶煉中脫除的有害元素。硫在鋼中以[FeS]形式存在，常以[S]表示。鋼中含錳高時，還會有一定的[MnS]存在。目前煉鋼生產(chǎn)中能有效脫除鋼中硫的方法有堿性氧化渣脫硫、堿性還原渣脫硫和鋼中元素脫硫三種。

2.1.2 脫硫影響因素

脫硫影響因素與堿性氧化渣脫硫不同，LF堿性還原渣脫硫

反應(yīng)方程式為：[FeS]+（CaO）=（CaS）+（FeO） （1） [MnS]+（CaO）=（CaS）+（MnO） （2）

由于鋼中的[S]大部分以[FeS]形式存在，因此脫硫反應(yīng)主要以式（1）為主。從式中可以發(fā)現(xiàn)，影響脫硫的主要因數(shù)有：①爐渣中（CaO）的含量，即堿度高低的影響；②爐渣中（FeO）含量；③該反應(yīng)是渣鋼界面反應(yīng)，爐渣流動性影響；④渣量的影響等。

2.2 脫磷

2.2.1磷元素轉(zhuǎn)化趨勢分析

煉鋼過程中，鋼水中磷進(jìn)入爐渣有兩種方式，即氧化脫磷和還原脫磷，如圖1所示.當(dāng)體系氧勢高于某一臨界值，磷元素以P5+形式進(jìn)入爐渣（氧化脫磷），并且氧勢越高，進(jìn)入爐渣的磷元素越多，氧勢減小，渣中磷將返回鋼中（回磷）；當(dāng)體系氧勢等于這一臨界值時，氧化脫磷和還原脫磷的趨勢相同；當(dāng)體系氧勢低于臨界值，磷元素將主要以P3-形式進(jìn)入爐渣（還原脫磷），并且體系氧勢越低該過程越易進(jìn)行.考慮到堿性渣中主要的陽離子是Ca2+，若發(fā)生氧化脫磷，則脫磷產(chǎn)物為3CaO·P2O5或4CaO·P2O5，若發(fā)生還原脫磷，則脫磷產(chǎn)物為Ca3P2。

2.2.2 LF精煉過程還原脫硫的可能性分析

LF精煉是對鋼水脫氧后開始的.寶鋼EAF出鋼過程進(jìn)行脫氧，BOF是在RH內(nèi)脫氧合金化，所以鋼水進(jìn)入LF工位時，鋼水中的溶解氧含量已經(jīng)于3·0×10-5，在LF精煉過程中向渣內(nèi)加入擴(kuò)散脫氧劑，使渣中氧和鋼中氧迅速下降，致使LF精煉后期，鋼水中溶[w（O）/%]已經(jīng)小于1·0×0-3，渣中FeO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0·1～0·5%，當(dāng)采用鋇系脫氧劑時，鋼中氧[w（O）/%]可達(dá)到2·0×10-4～3·0×10-4，渣中FeO質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0·04%.LF精煉終點典型爐渣化學(xué)成分

經(jīng)試驗研究，在LF內(nèi)熱力學(xué)上具備了還原脫磷的條件。另外，LF精煉過程具有較高的溫度，采用還原脫磷優(yōu)于氧化脫磷.在較高溫度下，采用鋁鈣合金，可以避免鈣的過分氣化損失.LF爐內(nèi)襯采用鎂質(zhì)耐火材料，使還原脫磷劑對爐襯的侵蝕減小到最低.所以，在LF精煉過程中進(jìn)行還原脫磷是可行的，并可同時降低鋼中硫含量。

3.LF精煉過程中氮、氧元素含量的控制研究

3.1 鋼中氮氧含量在各個工序中的變化

3.1.1鋼中氮含量在各個工序中的變化

圖1列出各工序鋼中氮含量的變化情況，其中20號、45號鋼在出鋼、LF爐精煉和澆注過程氮含量有所增加，而普通船板鋼氮含量略有增加。

3.2 LF精煉過程減少鋼水增氮、降低鋼中全氧含量

3.2.1 LF精煉過程減少鋼水增氮

LF爐實施泡沫渣工藝可以減少精煉過程鋼水增氮。在高強(qiáng)船板鋼上做了巧爐泡沫渣試驗。每爐試驗在電極加熱期間加人兩批發(fā)泡劑，間隔7min。在鋼水搬人LF爐和搬出LF爐時取鋼樣，分析鋼中氮、氧、酸溶鋁含量。鋼水增氮量為（1一13） x 10-6，平均增氮5.27 x 10-6。未采用泡沫渣工藝時鋼水增氮0一20 x 10-6，平均增氮6.43x 10-6。對嚴(yán)格控制鋼中氮含量的鋼種應(yīng)根據(jù)加熱和精煉時間的長短加人3 -- 4批發(fā)泡劑，精煉中間不加鋁。生產(chǎn)低氮含量鋼應(yīng)在LF精煉后期喂線加鋁、欽；需要真空處理的鋼種，應(yīng)在真空下通過合金加人裝置在破真空前Smin加人鋁、欽。

3.2.2降低鋼中全氧含量

實施爐外精煉以后，轉(zhuǎn)爐出鋼后的鋼水罐內(nèi)脫氧操作對鋼水凈化作用大大減弱，LF爐精煉操作顯著地改善了鋼水的潔凈度。根據(jù)鋼種的不同，在LF爐內(nèi)造堿度不同的頂渣，即使堿度在1.0--1.5的情況下，Si含量也提高了脫氧能力，鋼水中全氧含量明顯降低.

4.結(jié)論

4.1通過以下控制，轉(zhuǎn)爐LF精煉可以得到極低硫鋼：

1）爐渣堿度控制在2.5～3.5；2）爐渣中（FeO）+（MnO）≤0.5%；3）良好的爐渣流動性；4）爐渣渣量控制在80mm內(nèi)；5）保證充足的通電時間和吹氬時間

4.2 LF精煉條件下對鋼水還原脫磷是可行的.但必須滿足下列條件：

1）鋼種對氮含量沒有特殊要求；2）在滿足鋼種要求的情況下，盡量降低爐內(nèi)溫度；3）須采用沉淀脫氧與擴(kuò)散脫氧相結(jié)合的脫氧方法降低鋼中溶解氧[O]和渣中（FeO）活度，降低渣鋼界面氧勢；4）要求一定的吹氬量，趕凈體系內(nèi)的空氣，保證體系氧勢足夠??；5）還原脫氧劑加入到鋼水內(nèi)部。

4.3確定控制鋼中氮、氧含量的關(guān)鍵技術(shù)：

1）采用LF爐精煉渣洗和明〕爐真空渣洗生產(chǎn)潔凈鋼，根據(jù)鋼種的質(zhì)量要求和液相線溫度，選用不同堿度的渣系進(jìn)行渣洗。真空渣洗后補加鋁、欽等成分應(yīng)在破真空前實施。

2）生產(chǎn)潔凈鋼時應(yīng)嚴(yán)格控制I_F（或VD）搬出鋼水溫度及中間罐鋼水溫度。

3） LF爐采用泡沫渣工藝、強(qiáng)化連鑄保護(hù)澆注等措施，可以有效地減少鋼中的氮含量。連鑄長水口采用新型密封墊非常有效，澆注過程鋼水增氮量在8 X 10-6以下。

參考文獻(xiàn)：

[1] 馮聚和，艾立群，劉建華編著.鐵水預(yù)處理與鋼水爐外精煉[M]. 冶金工業(yè)出版社，2006.

[2] 《鋼鐵材料手冊》總編輯委員會編著，張少棠卷主編.鋼鐵材料手冊[M]. 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004.