无氟预熔LF精炼渣的开发与应用研究

　第41卷　第10期　2006年10月

钢铁

Iron and Steel

　Vol.41,No.10

October 2006

无氟预熔LF 精炼渣的开发与应用研究

潘贻芳1,　凌遵峰1,　王宝明1,　李树庆1,　王振峰2

(1.天津钢铁股份有限公司,天津300301;　2.郑州大学材料科学与工程学院,河南郑州450052)

摘　要:为了避免有氟渣的氟污染问题,结合炉渣基础理论,设计开发出了CaO 2Al 2O 32MgO 2SiO 2系无氟精炼渣。精炼渣的工业应用表明,该渣能满足BOF 2L F 2CC 工艺生产石油套管钢(37Mn5、34Mn5)的要求,钢管的实物质量达到美国石油行业API.5CT 标准,并可使L F 精炼操作时间由42min 缩短到35min ,为高效生产和快节奏奠定了基础。与常规有氟渣相比,避免了氟污染问题,且达到了脱氧、脱硫效果好,精炼初期成渣快、发泡埋弧效果好及包衬侵蚀较轻的目的。

关键词:L F ;无氟精炼渣;脱硫

中图分类号:TF111.173 文献标识码:A 文章编号:04492749X (2006)1020023204

Development and Application of LF R ef ining

Pre 2Melted Slag Without C aF 2

PAN Yi 2fang 1,　L IN G Zun 2feng 1,　WAN G Bao 2ming 1,　L I Shu 2qing 1,　WAN G Zhen 2feng 2

(1.Tianjin Iron and Steel Co.,L td.,Tianjin 300301,China ;　2.Department of

Material Science and Engineering ,Zhengzhou 450052,Henan ,China )

Abstract :In order to avoid the fluorine pollution ,the L F refining pre 2melted CaO 2Al 2O 32MgO 2SiO 2slag without CaF 2was developed based on the molten slag theory.The industrial practice showed that the slag was suitable for the BOF 2L F 2CC route to produce oil 2well pipe steel such as 37Mn5and 34Mn5,etc ,according to the standard of A PI.5CT of USA ,and the operation period of L F refining was decreased f rom 42min to 35min ,establishing the foundation of high efficiency production and short production cycle.Meanwhile the slag ,compared with the slag with CaF 2,has good properties for desulphurization ,deoxidation ,and arc submerging ,quick slag forming at the be 2ginning of refining and foaming ,as well as the advantages of lower lining erosion and no pollution of fluorine.K ey w ords :ladle f urnace ;refining slag without CaF 2;desulphurization

作者简介:潘贻芳(19612),男,博士,教授级高级工程师; E 2m ail :tgpyf @ ; 修订日期:2006201223

目前,复吹转炉2钢包精炼(含喂线)2连铸已成为优质钢生产的主导流程之一,尽管L F 精炼炉是保证钢水洁净程度所不可缺少的关键性环节,因其冶炼周期相对较长,也是限制生产效率的瓶颈环节。对转炉炼钢而言,在出钢过程中带有相当量的高硫、高氧化性的转炉终渣进入钢包,因此,如何结合品种和具体的生产操作,从脱硫、吸收夹杂、埋弧稳弧、减少精炼包衬侵蚀及环保等角度考虑,采用适当的精炼渣和造渣制度在BO F 2L F 2CC 工艺中是至关重要的。本文报道了无氟L F 精炼渣的开发和在天钢BOF 2L F 2CC 工艺生产石油套管钢(34Mn5、37Mn5)等钢种的工业化生产应用效果。

1　渣系的设计和确定

1.1　基本渣系的选择

传统上L F 精炼所用渣系大多采用以CaO 2

CaF 2为基的渣系,由于这种渣系中CaF 2含量较高

导致炉渣对炉衬的侵蚀严重,也不可避免地产生氟

污染。为此,笔者开发L F 精炼渣时,选择以CaO 2Al 2O 3为基的无氟渣系。由文献及CaO 2Al 2O 3相图可知[1,2]:CaO 与Al 2O 3可以形成C 12A 7的低熔点化合物。这种化合物具有的多孔疏松结构使其便于熔解,并可作为渣中其它组分熔化的熔剂,使精炼渣总体的熔点下降。

MgO 是一个抑制镁质耐火材料侵蚀的重要成分,从减轻熔渣对包衬的侵蚀角度考虑,在成分设计时,要求渣中应含有一定量的MgO 。尽管BaO 是近几年兴起的脱硫、脱磷原料,但从资源效率和成本角度还有许多待研究的问题,在基渣设计时并未考虑。

综合以上因素,初渣料考虑CaO 2Al 2O 32SiO 22MgO 为基,主矿相为C 12A 7的四元渣系。

钢　铁第41卷

1.2　精炼渣基本功能和成分之间的定量关系

设计精炼渣时重点考虑炉渣成分与如下基本功能之间的关系:①脱硫能力;②脱氧并吸附钢中非金属夹杂物,净化钢液;③起泡埋弧以减少热损失和防止钢水吸气的能力;④较低的熔点和较高的熔化速度;⑤对包衬的侵蚀力较低。

1.2.1　精炼渣脱硫能力与成分之间的定量关系

对CaO2Al2O32SiO22MgO渣系的L S值进行热力学计算及实验结果表明[3],当钢中w(Al)为0103%,温度为1600℃,脱硫渣的组成为w(CaO) 60%～70%,w(Al2O3)20%～30%,w(SiO2) 5%～10%时,L S可达500～700,硫的分配系数和硫容量间存在下列关系[1]:

lg w((S))/w([S])=-770

T

+1.30+lg C S-lg a[O]

(1) 炉渣的脱硫能力与成分之间的定量关系可以用式(1)计算,渣的硫容量C S可根据下列渣2钢间的平衡反应来衡量:

[S]+(O2-)=(S2-)+[O](2)

lg C S=1216Λ-12.3(3)

Λ=X AΛ

A+X B

ΛB+ (4)

由式(1)～(4)可见,渣的硫容量取决于渣的组成,渣的脱硫能力是光学碱度Λ、温度和钢水氧化性a[O]的函数。

1.2.2　精炼渣吸附夹杂物特性与其成分的关系

钢液脱氧不仅要考虑降低钢液中的溶解氧,还应考虑钢液中脱氧产物的去除。因此,设计精炼渣时要求精炼渣有一定的脱氧作用,同时还可以吸收脱氧产物,使脱氧产物容易从钢液中排除,达到降低钢液中全氧含量的目的。炉渣成分和脱氧之间的关系已有大量研究,脱氧和吸附夹杂物的特性与精炼渣的定量关系可以用式(5)得到[4]:

w(TO)=-744.17+2138.39Λ-1465.14Λ2

(5) 1.3　减少热损失和防止钢水吸气的能力

L F钢包精炼渣的泡沫埋弧作用,不仅有利于减少裸弧造成的热损失和对包衬的辐射,起到减少热损失和提高包衬寿命的作用,而且泡沫渣还能有效防止钢水吸气。合适的熔渣组成、适宜的物性是气2渣能充分乳化、熔渣能储泡的关键。因此,基于熔渣成分对熔渣物性的影响,熔渣物性对其储泡能力影响分析,设计出具有稳定储泡能力的成分。

对于熔渣的发泡性能有不同的衡量方法,文献[5,6]给出了光学碱度与起泡指数回归关系式,指出当光学碱度小于0.76时,起泡指数随光学碱度的提高而增大;而光学碱度大于0.76时,起泡指数随光学碱度的提高而减小;光学碱度在0.76左右时,起泡指数达到最大值。当设计渣系中无CaF2时,将文献[5]回归关系式中CaF2项影响系数取为零,则发泡指数与光学碱度的关系变为:

ρ=-79.56+230.50Λ-

0.266w(Al2O3)-162.80Λ2+

0.348Λw(Al2O3)+0.14×10-3w(Al2O3)(6) 根据以上精炼渣的脱硫、去氧、发泡能力与光学碱度的关系分析,将式(1)～(6)联立,并将钢水中硫含量、全氧含量、白渣等作为约束条件,可建立非线性优化方程组,采用MA TLAB6.5对方程求解,可以确定L F精炼终渣控制的目标成分。

由于BO F2L F2CC工艺本身的特点所限,转炉出钢时不可避免地带出大量高SiO2、FeO转炉终渣,再加上锰合金的脱氧产物,到L F工位前,钢包顶渣的(MnO+FeO)含量远高于精炼对渣的性能要求,在设计精炼渣的基本成分时必须考虑到工艺和操作连续性,将转炉出钢作为L F精炼造渣的起点来考虑。根据L F精炼终渣成分,再结合脱氧产物及其生成量、转炉下渣的情况及活性石灰等渣料的加入量,算出精炼初渣料的成分。

为了提高熔化速度和渣洗的冶金效果,并且避免岗位粉尘,采用电熔法生产初渣料(称为预熔精炼渣)。这样可以减轻L F化渣和精炼负担,缩短L F 的冶炼时间,可以解决工艺中L F精炼时间长造成的生产衔接不顺畅的瓶颈问题。表1是新开发的预熔精炼渣和L F精炼终渣控制的目标成分。

2　预熔精炼渣的应用效果

2.1　工艺流程

生产应用钢种为34Mn5、37Mn5石油套管钢,其主体工艺流程为BO F(120t)2L F(120t)2CC(六机六流圆坯)。

表1　预熔精炼渣与LF精炼终渣目标成分

T able1　Chemical composition of pre2melted ref ining slag and LF end slag%

成分w(CaO)w(SiO2)w(Al2O3)w(MgO)

w(FeO)+

w(MnO)

其它

预熔渣42～48<536～407～8<0.5

终渣50～5512±220±27～8<1.0<5

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4

2

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