LF炉预熔精炼渣的研制与应用

(1) 这种渣的熔点很高，熔速慢，在 初炼炉出钢过程加入时不易成渣，需靠 提高出钢温度或LF炉电弧加热化渣，影 响生产节奏；并且深脱硫效果不理想。 (2) 渣料中石灰活性度较高，容易吸 收水分、二氧化碳等变质，造成运输和 储藏上的不便。
预熔精炼渣概念
预熔精炼渣，就是在精炼工艺之前用一 定的化渣装置将造渣原料进行提前熔融化合 所得到的产物。它不再是机械的混合物，而 是在化渣装置中通过复杂的物理化学反应所 形成的复杂化和物，并且成分均匀稳定，无 水分，成渣迅速，与目前广泛使用的传统固 体合成渣有本质上的区别。
3 预熔精炼渣的设计
在LF精炼过程中，精炼渣的熔化是冶 炼开始的一项重要任务。工艺要求精炼渣 在尽量短的时间内熔化，形成粘度适宜， 流动性、铺展性和起泡性能好的液态渣。 传统的精炼渣是由活性石灰、高铝熟料等 高熔点物质机械混合而成，一般需要有助 熔剂才能熔化，或者靠氧化性的炉内气氛 熔化。
3.1 精炼剂渣系的选择
数据总和T=61747.5 总平均y=1286.406
极差分析
首先分析因素A。如果把包含A因素“1” 水平的四次实验(第1、2、3、4号实验)算作第 一组，同样，把包含“2”水平、“3”水平、 “4”水平的实验分别算作第二组、第三组和 第四组，则16次实验就分成了四组。各因素 的水平出现情况见下表。
熔化温度(℃) 实验号 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1295.3 1322.3 1303 1293.7 1240.4 1231.6 1293.6 1259.3 1269.5 1272.1 1247.3 1280.3 1334.5 1290.3 1277 1314.2 2 1325.3 1298.7 1298.7 1290.3 1253.6 1239.7 1269.5 1269.5 1282.5 1308.9 1258.6 1312 1288.6 1278 1306 1299.4 3 1339.5 1307 1303 1308.7 1266.3 1244.6 1278 1296.7 1248 1286.3 1264.4 1286.3 1317 1298.7 1323 1276.3
3.1.4 其他精炼渣系
Alien H. Chan等人通过与CaO基的渣 系比较，研究了Na2O-SiO2渣系，该渣系在 1550℃和1600 ℃时，渣系组成分别为 Na2O(53.6%)-SiO2(39.5％)和 Na2O(48.9％)SiO2(37.0％)的两种渣系能将硫脱至10到 20ppm。
3.2 组分选择
CaO是冶金生产中造渣、脱磷、脱硫等 必不可少的成分，为保证良好的脱硫效果， 要求精炼渣系中含有较高的自由态CaO。 Al2O3，一方面，其量的增加，炉渣粘度 降低，促进渣钢反应，有利于脱硫；而另一 方面，其增加降低了CaO 活度，抑制脱硫的 进行。 Al2O3属于表面活性物质有利于泡沫渣 的维持。
发展预熔精炼渣的目的和意义
(1) 寻求熔化温度明显低于机械混合渣 的预熔精炼渣，得到低熔点，高熔速，起泡 性能好的新型精炼渣。 (2) 找到脱硫效果优于机械混合渣的精 炼渣，要求其脱硫速率大于机械混合渣，同 时钢中终点硫也低于机械混合渣，达到深脱 硫的目的。
(3) 对炉衬的侵蚀小。 (4) 熔渣应该具有良好的铺展性，使钢液与 空气隔离。 (5) 尽量缩短冶炼周期，达到节能高效的生 产效果。
3.3 正交试验设计
正交实验法是一种科学的安排与分析多 因素实验的方法。利用正交实验法可以解决 多因素、多水平、多指标的实验问题。方法 是利用正交表安排实验，它有两个特点：(1) 每个因素的各个水平在实验中出现了相同的 次数。(2)任何两个因素的各个不同水平的搭 配，在实验中都出现了，而且出现的次数相 同。
合计si (℃) 3960.1 3928 3904.7 3892.7 3760.3 3715.9 3841.1 3825.5 3800 3867.3 3770.3 3878.6 3940.1 3867 3906 3889.9
平均yi (℃) 1320.033 1309.333 1301.567 1297.567 1253.433 1238.633 1280.367 1275.167 1266.667 1289.1 1256.767 1292.867 1313.367 1289 1302 1296.633
牛四通等人通过正交试验的离差分 析法和计算工程平均值法，得出了低碱 度、中碱度、高碱度范围内的具有最佳 发泡指数的精炼渣组成。
项目 低碱度 中碱度 高碱度 碱度 1.6 2.6 3.6 CaO SiO2 MgO Al2O3 CaF2 8 9 8 15 10 7 10 15 9
41.23 25.11 47.67 18.33 55.64 16.36
ຫໍສະໝຸດ Baidu
SiO2主要来源于原料中的杂质(脉石) 和脱氧产物，其具有一定的助熔剂作用， 但是含量增加对脱氧、脱硫均不利；对钢 中点状夹杂的减少有利。 CaF2可显著降低精炼渣粘度，使炉渣 流动性改善，增加传质，有利于脱硫。但 其量过大，不仅不利于脱氧，而且对炉衬 侵蚀也较快。
MgO的含量在8%左右时炉渣中 MgO溶解度达到饱和，从而阻止了 炉渣对炉衬的侵蚀，这对于延长耐火 材料的寿命是有益的。 BaO是脱硫、脱磷的有效成分， 也是最近研究的热点，本实验中作为 一个考察目标。
全是A4
B3一次 B4一次
在A1、A2、A3、A4各自所在的实验组 中，其它因素(B、C、D和E)的1、2、3、4 水平都分别出现了一次。把第一组实验所得 的实验数据相加，其和记作I，同理，把第 二组、第三组、第四组的数据相加分别记作 II、III和IV。 I=1376.7+1309.8+1301.6+1294.467=5222.5 II=1266.767+1244.6+1273.7+1275.1=5060.2 III=1266.667+1289.0+1268.2+1296.2=5120.0 IV=1316.7+1289+1304.333+1291.7=5201.7
解决下面问题
(1) 因素的主次； (2) 因素与指标的关系； (3) 什么是较好的生产条件； (4) 进一步实验的方向。
正交实验法的一般步骤
第一步，定指标，挑因素，选水平； 第二步，选用正交表，排表头； 第三步，排实验方案表，做实验，将实验数据 添入方案表的右端； 第四步，分析实验数据，选取较优生产条件； 第五步，验证实验。
3.1.3 CaO-Al2O3-CaF2渣系
由于无氟渣存在流动性不好的缺点，完 全采用无氟渣系还有待研究，国内部分钢厂 和国外很多钢厂都在CaO-Al2O3渣系的基础上 加入适量的CaF2形成CaO-Al2O3-CaF2渣系， 但在实际生产过程中，由于炉衬受到侵蚀等 原因会带入一定的MgO，作为脱氧产物和精 炼渣原料中都会带入部分SiO2，因而实际渣 系为CaO-Al2O3-CaF2-MgO- SiO2五元渣系。
陈祖廉认为针对不同目的精炼渣最有效 配置成分如表所示 。
CaO Al2O3(+MnO) SiO2(+P2O5) MgO 脱硫 50~55 脱氧 50~55 脱磷 45~55 20~25 10~25 6 10~15 10~15 6~10 ≤5 ≤5 ≤2 FeO ＜0.5 ＜0.5 30~40
S.Gilbet研究发现当钢水含硫量已降 至0.010%时，在1665℃左右采用钢包处 理，使用配比为60%CaO~40%Al2O3的高 碱度精炼渣能将硫脱至20ppm；在 1650~1700℃，通过l.3~1.9 Nm3·min-1强度 底吹氩气，仍采用上述渣系得到10ppm的 10ppm 硫含量。
由于精炼渣的主要作用有脱氧、脱硫、 防止二次氧化、吸附夹杂及保护包衬耐火 材料等，因而在渣系选择上必须满足适宜 的碱度、低氧化性和高流动性等条件。目 前为止，各国的冶金工作者已研究出了许 多精炼渣系，比较常用的是CaO-CaF2和 CaO-A12 O3为基的精炼渣系。
3.1.1 CaO-CaF2渣系
组别 I平均 II平均 III平均 IV平均 R
A
B
C
D
E
1307.125 1288.375 1278.017 1295.567 1296.575 1261.9 1276.35 1300.25 45.225 1281.517 1289.408 1288.658 1285.175 1290.558 1283.1 1295.1 1288.25
A 1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3 4 4 4 4
B 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
C 1 2 3 4 2 1 4 3 3 4 1 2 4 3 2 1
D 1 2 3 4 3 4 1 2 4 3 2 1 2 1 4 3
E 1 2 3 4 4 3 2 1 2 1 4 3 3 4 1 2
CaO-CaF2渣系具有很强的脱硫、脱 氧能力。据文献报道，该渣系在1500 ℃ 下的硫容高达0.03，被认为是脱硫能力最 强的渣系。
3.1.2 CaO-Al2O3渣系
CaO-Al2O3渣系也具有较强的脱硫能力， 该渣系也被用来生产超低硫钢。 E.T. Turkdogan等人对熔融氧化物的硫容 进行了研究，他们认为铝酸盐与硅酸盐相比 脱硫速度和硫容更大，但该渣系的炉渣流动 性稍差。
LF炉预熔精炼渣的研制与应用 炉预熔精炼渣的研制与应用
李广田 教授
东北大学材冶学院 钢铁冶金研究所
主要内容
1. 问题的提出 2. 当前的国内外研究情况 3. 正交实验设计 4. 实验室研究 5. 工业实验 6. 结论
1 课题提出
目前国际比较流行的精炼渣是以 CaO-Al2O3-CaF2为基础的固体合成渣， 该渣是将活性石灰、高铝熟料、萤石等 原料按一定比例机械的混合在一起，虽 然可以达到大部分钢种的精炼要求，但 是这种固体合成渣存在两个缺陷：
E E1一次 E2一次 E3一次 E4一次 E1一次 E2一次 E3一次 E4一次 E1一次 E2一次 E3一次 E4一次 E1一次 E2一次 E3一次 E4一次
全是A1
B3一次 B4一次 B1一次 B2一次
全是A2
B3一次 B4一次 B1一次 B2一次
全是A3
B3一次 B4一次 B1一次 B2一次
实验号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
A
B B1一次 B2一次
C C1一次 C2一次 C3一次 C4一次 C1一次 C2一次 C3一次 C4一次 C1一次 C2一次 C3一次 C4一次 C1一次 C2一次 C3一次 C4一次
D D1一次 D2一次 D3一次 D4一次 D1一次 D2一次 D3一次 D4一次 D1一次 D2一次 D3一次 D4一次 D1一次 D2一次 D3一次 D4一次
2 精炼渣脱硫的研究现状
LF炉目前主要应用石灰-氟化钙和石灰-高 铝熟料渣，前者成渣迅速并能较好脱硫，但对 钢包内衬的侵蚀严重，降低钢包的使用寿命， 其埋弧效果不理想，氟化物对环境的污染也不 可忽视；后者使用Al2O3代替或部分代替CaF2 即能达到良好的脱硫效果，又能减缓石灰-氟 化钙渣系的负面作用，石灰-高铝熟料渣系在 对钢包耐材的侵蚀和埋弧操作方面有所改进但 成渣速度和精炼效果会受到一定影响。
在查阅文献的基础上进行了正 交实验设计。
水平 碱度(R) Al2O3(%) MgO(%) BaO(%) CaF2(%) 1 2 3 4 6.5 7.0 7.5 8.0 20 25 30 35 6 8 10 12 6 8 10 12 5 6 7 8
正交表 因素数
L16
5) (4
水平 实验次数
实验号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
4 预熔精炼渣的实验室研究
为了达到预熔精炼渣的各项指标， 首先进行了实验室研究： 1. 熔点实验 2. 熔速实验 3. 脱硫模拟实验
4.1 熔化温度测定实验
在MoSi2炉中将原料加热进行预熔反应， 得到实验所需要的预熔精炼渣。然后将渣样 制成200目粉末，再压成Φ3×3mm的圆柱体， 制好后的样品送入烤箱烘干，将烘干后的试 样送入测定仪的加热炉中加热并监视其形状 的变化，采集和记录温度值和试样的熔化情 况。每个渣样测试3次，取平均值，作为最终 的测试结果。