第21卷 第2期1999年4月山 东 冶 金Shandong YejinVol.21,NO.2April199950t UHP(EBT)电炉-L F精炼工艺参数优化及合成渣系研究孟兆生 王 洪 王勤朴 亓新平 倪友来(莱芜钢铁总厂特殊钢厂)摘 要 针对从德国引进的50t UHP(EBT)电炉-LF精炼生产线在试生产中存在的工艺参数不稳定、生产效率低、消耗高及钢品种开发少等问题,莱钢特钢厂从优化生产工艺参数和稳定操作入手,通过设计合理的精炼渣系,使脱硫率提高了30%以上,轴承钢中钢的含氧量降低到2.0×10-3%以下,成本降低了35.52元/t钢。
关键词 电炉,精炼,合成渣收稿日期:1998年11月7日Parameter Optimizing and Composition Slag System of 50t UHP(EBT)Electric Arc Furnace-LF Refining Process M eng Zhaosh eng,W an g Hong,W ang Qinpu,Qi xinping,Ni Youlai (S pecial S teel Plant of Laiw u Iron and Steel General W orks)Abstract 50t U HP(E BT)electric arc fu rnace-LF refining produ ction lin e of special s teel plant of Laiw u iron and s teel gen-eral w orks is introduced from German y,th e main ques tion s of this production line are u nstable pr oces s param eter,low p ro-ductivity,h igh cons umption and w eak development of kinds of steel,etc,.Th rough optimiz ing proces s parameter an d stabiliz-ing operation of production s ystem,r easonable design refining s lag sys tem,the desulphuriz ation ratio is increased b y a factor of30%above,the oxygen conten t in bearing s teel is d ecr eased to below2×10-3%and th e production cos t is decreased b y 35.52yuan/t,steel.Keywords electric arc furn ace,refin ing,compos ition s lag1 前 言莱芜钢铁总厂特殊钢厂(简称莱钢特钢厂)第二炼钢车间的主体设备是1994年从德国原柏林钢厂引进的,在试生产过程中存在生产工艺不稳定、产量低、消耗高、成本高等问题,特别是电炉出钢至LF 精炼这一关键环节,工艺参数不合理,造渣方式和渣系落后,致使精炼过程中化渣慢、精炼时间长、脱氧、脱硫效果差,只能生产技术条件低的一般钢种,各种技术经济指标落后,生产成本高,严重影响了设备能力的发挥和经济效益的提高。
莱钢特钢厂通过优化工艺参数和研制出多功能精炼合成渣用于LF精炼,完善了50t UHP(EBT)电炉—LF精炼工艺,经过1000多炉的试验,取得了良好的冶金效果和经济效益。
2 工艺参数优化设计50t电炉出钢参数:出钢方式:EBT;倾炉角度:+15°～-7°;倾炉速度:3(°)/s;回倾速度:6(°)/s;留钢率:10%～15%;出钢口直径: 140mm;出钢时间:小于3m in;出钢温度降:80～100℃。
LF主要技术参数:变压器容量:15M VA(常用8MVA);二次电压:143～233V(共9级);二次电流;最大24kA;设计升温速度:3℃/min;电极直径: 30mm;吹氩量:0～300l/m in(可调);吹氩压力: 0.1～1.0M Pa(可调);钢包上口直径: 2616mm;溶池深度:2106mm;溶池面直径: 2072mm;自由空间:504m m。
2.1 试生产工艺参数试生产工艺参数见表1。
通过试生产,原工艺暴露出的主要问题是:(1)出钢量和出钢温度波动范围大。
(2)U HP电炉出钢[C]控制不准,钢液过氧化情况严重。
(3)出钢过程中脱氧、合金化、造渣料加入时间顺序不匹配,没有充分利用出钢动力学条件。
增碳、合金化程度不够,脱硫、脱氧速度慢,造成分析次数多。
(4)因化渣不好,LF送电初期电弧不稳定,钢液升温速度慢。
(5)吹氩搅拌不合理。
40表1 试生产工艺参数电炉出钢量,t38～46电炉出 a.温度,℃1640～1710钢条件 b.钢中[C],%c.钢中[P],%0.05～0.20≤0.015预脱氧用铝量,kg/t钢 [C]≤0.10%时为1.5 [C]>0.10%时为1.0渣料组成,kg/t钢石灰12～15,萤石3～4碳化硅用量(渣脱氧),k g/t钢 1.5出钢过程各种材料加入方法 a.出钢前包中加铝锭;b.出钢2/3前顺序加入增碳剂、合金、脱氧材料c.出钢后1/3加入渣料和碳化硅增碳方法出钢增碳小于50%,LF炉增至下限,第二次分析后调整合金化方法出钢增至小于50%,LF炉增至下限,第二次分析后调整分析制度LF送电10～15min分析第一次,白渣增碳及部分合金化后(送电30min±)分析第二次,[S]高或分析成分不一致再分析第三次,平均分析次数2.2次/炉吹氩搅拌,l/min平均吹氩量50～602.2 工艺参数优化 EBT技术实现了电炉无渣出钢,与LF配合,可使化学成分稳定控制,也使LF用渣系的开发调整更加灵活,为各种操作参数定量化提供了条件。
针对试生产暴露出的问题,研制了新型多功能复合精炼渣并进行了工艺参数优化,优化后参数见表2。
表2 优化后工艺参数电炉出钢量,t42～43电炉出钢温度,℃1650±10钢中[C],%0.10±0.02出钢用Al-M n-Fe,kg/t0.75渣料,kg/t多功能合成渣14加料方法 a.出钢前加Al-M n-Feb.出钢1/3加入增碳剂、铁合金c.出钢1/2加入合成渣增碳程度至中下限合金化至中下限分析制度渣变白取样,一般一次取双倍样分析。
根据分析结果微调成分,平均分析次数1.2次/炉。
吹氩搅拌电炉出钢过程加大吹氩搅拌,以促进化渣和熔体运动 通过优化工艺参数和采用具有脱氧、脱硫、发泡、埋弧等功能的复合精炼渣,实现了定量化操作。
在出钢过程中充分利用出钢动力学条件进行渣洗,将精炼炉的部分脱氧、脱硫任务在出钢过程中完成,从而减轻了LF中的脱氧、脱硫负担,缩短了冶炼时间,稳定和简化了操作。
采用优化的工艺参数和多功能精炼合成渣,经过三个阶段的试验共冶炼1000余炉钢,合金比达70%以上,开发生产了轴承钢、齿轮钢、弹簧钢、锚链钢、冷镦钢、汽车用钢等重点品种。
分钢种的精炼时间均有不同程度地降低,电炉出钢到LF送电前的脱硫率提高了30%。
其它主要技术经济指标明显改善,见表3。
表3 主要技术经济指标平均精炼时间,m in/炉29.3平均精炼时间降低值,min/炉18.2平均精炼电耗,k W・h/t钢52.48平均精炼电耗降低值,k W・h/t钢22.10平均精炼电极消耗,k g/t钢0.53平均精炼电极消耗降低值,kg/t钢0.34平均精炼包龄,次43平均精炼包龄提高值,次9平均还原分析次数,次/炉 1.2平均还原分析次数降低值,次/炉 1.03 精炼渣系研究3.1 原精炼渣系的组成和成分原精炼渣系的组成和成分分析结果分别见表4和表5。
表4 原精炼渣组成 %钢 种石灰萤石碳化硅火砖块一般钢种68239-GCr1557237133.2 原精炼渣系存在的问题(1)渣中氧化铁高,(FeO)平均达到4.6%, (TFe)达到6.41%,说明渣脱氧不彻底。
(2)渣中的硫容量低,分析渣中(S)平均为0.071%,反映出脱硫能力差,脱硫速度慢。
(3)渣中(CaO)偏低,而(SiO2)偏高,平均碱度CaO/SiO2为2.29,(CaO+ M nO+M gO)/(SiO2+Al2O3)为1.97,说明硅质脱氧材料用量太大,渣碱度远不能满足脱氧、脱硫、夹杂物变性的要求。
(4)炉渣各组元成分波动大,无规律可循,根据CaO-SiO2-Al2O3三元关系相图分析,都处在高熔点区,化渣不良,化渣慢,影响了出钢过程和精炼初期的渣钢反应。
3.3 渣系设计41孟兆生 王 洪 王勤朴 亓新平 倪友来 50t UHP(EBT)电炉-LF精炼工艺参数优化及合成渣系研究表5 原精炼渣成分分析 %FeO SiO2M nO P2O5S CaO M gO Al2O3TiO2Cr2O3T Fe3.61～7.714.617.3～23.821.30.13～0.210.180.028～0.0340.0340.51～1.680.71146.0～52.248.78.02～11.879.016.78～10.508.210.16～0.410.330.090.45～17.16.41 注:(1)因原工艺生产轴承钢成分不合格,其渣分析值未列入。
(2)分析炉数为21炉,连续取样。
(3)为便于对比,冶炼钢种均为45#钢。
3.3.1 一般钢种碱度设计 根据上述分析和实践经验,一般钢种的碱度:B=( CaO+ M gO- Al2O3 )/( SiO2)在3.5～4.0之间,渣中(FeO)活度a FeO= ( FeO/ )在0.010～0.013之间比较合理。
3.3.2 轴承钢用渣碱度设计 根据理论和外厂经验可知,轴承钢精炼渣的碱度B在2.3～2.8之间, FeO在0.010～0.013之间,渣子具有较好的脱硫、脱氧效果。
3.3.3 精炼渣设计主要组元成分 精炼渣系设计主要组元成分见表6。
表6 一般钢种和轴承钢精炼渣系设计主要组元成分组元C aO S iO2M gO Al2O3CaF2 FeO一般钢种成分,%摩尔数,mol490.9160.278.50.2170.07150.200.013轴承钢成分,%摩尔数,mol460.82130.22100.24230.2330.0410.0143.3.4 渣系设计材料组成范围及特点 精炼渣系设计材料组成见表7。