LF钢包精炼炉实践 唐恒国 闫小平 杨学书 朱占文 摘 要 介绍了邯钢一炼钢两台LF钢包精炼炉方案选择以及在生产中所起的作用,从而证明在中小转炉厂建设LF钢包精炼炉是可行的。 关键词 LF炉 精炼 成份微调
Practice on LF Ladle Refining Furnace Tang Hengguo Yan Xiaoping Yang Xueshu Zhu Zhanwen (Handan Iron & Steel Co. Ltd)
Abstract The choice of the phan of two LF ladle refining furnaces in No.1 Steelmaking Plant of Handan Iron & Steel Co. Ltd, and its effects on production have been introduced in this paper. Thereby, it is proved that it is possible for middle scale converter plants to build up LF ladle refining furnace. Keywords LF ladle refining furnace refining fine adjustment of component
1 前言 近年来,随着我国钢产量的提高,钢材市场由原来的卖方市场向买方市场的转变,用户对钢材质量提出了越来越高的要求,各钢厂都纷纷采用新技术新工艺来提高产品的竞争力,达到占领市场的目的。以目前国际上公认的现代炼钢最佳工艺路线(①高炉——铁水预处理——转炉——炉外精炼——连铸 ②废钢预热——超高功率电炉——炉外精炼——连铸)为主线,钢铁冶金新技术新工艺得到了长足的发展,而炉外精炼技术作为其中重要的一环,以及它对提高钢的内在质量,改善钢材的化学和力学性能,在转炉和连铸之间起到的缓冲调节作用,已经越来越引起人们的重视。其中LF钢包精炼炉(简称LF炉)因其设备投资少,精炼效果明显而发展很快。 根据我厂的实际情况和存在和问题,通过对各种炉外精炼装置特点的比较,最后选择了LF钢包精炼炉,自1997年5月投产以来一年的实践表明,LF炉可以有效地改善钢的内在质量和控制钢水温度,在转炉和连铸之间起到了良好的缓冲调节作用,稳定了生产,提高了生产效率,从而证明在中小转炉(30t以下)厂建设LF钢包精炼炉是可行的。
2 方案选择 选择方案时,我厂的基本情况是:600t混铁炉一座,铁水由高炉供应,可部分预脱硫,20t氧气顶吹转炉三座,出钢量30t,5台连铸机,其中小方坯连铸机三台12流,矩形坯连铸机两台四流,年产量1996年达到了118万t,主要冶炼普碳钢、低合金钢和新开发的高碳钢、H08和标准等低碳系列,主要存在如下问题: (1)钢水成份偏差大,特别是20MnSi钢种的C、Mn成份不稳定,造成螺纹钢筋性能不合; (2)钢水洁净度差,内部夹杂含量多,不能适应高速线材轧制要求,退废量占投料数量的1.5%以上; (3)钢水温度波动大,由于3座转炉配5台连铸机,钢水不好调度,钢水镇静时间范围大,再加上转炉容量小控制不稳定,出钢温度波动大,给连铸生产带来不利的影响。 为了解决以上问题,综合比较各种炉外精炼装置的功能,从中优选出LF钢包精炼炉和CAS-OB两种进行论证: 2.1 LF炉 该装置主要特点是三根电极埋弧加热,升温速度一般为3～5℃,钢包底吹氩气搅拌,可以均匀成份和温度,促使夹杂物上浮,还可以通过加料装置进行成份微调。 2.2 CAS-OB法 CAS-OB精炼法为日本新日铁最早推出,其特点是:钢包底吹氩撇开浮渣,在钢包顶部插入一个锥形浸渍罩,罩内钢水表面无渣,上面有足够的空间,从罩内加入合金进行成份微调,或把铝或硅铁加入钢液面,在罩上面插入氧枪吹氧提温,利用硅、铝氧化的化学热升温,供氧强度一般为30m3/h.t,升温速度可达15℃/min。该法吹氧后C、Si、Mn等元素有轻微的烧损,发热元素铝在钢中有少量增加,酸溶铝一般为0.008%～0.012%,由于底吹氩搅拌,钢中总夹杂物含量无明显变化,该法对一般要求的钢种完全可以满足连铸的需要,是一种既简单又实用的精炼方法。 从以上分析表明,LF炉对脱氧脱硫都有明显的效果,可以进行成份微调及温度控制,基本满足我厂的要求,在一钢建设两台LF钢包精炼炉,使一钢形成高炉——铁水预处理——转炉——炉外精炼——连铸的现代化炼钢最佳工艺流程。
3 LF炉工艺流程及参数 3.1 工艺流程 3.2 主要工艺技术参数。 主要工艺技术参数见表1。
表1 主要工艺技术参数 项 目 参 数 钢包容量/t 35 变压器容量/kVA 1号炉:7000,2号:6500 一次电压/kV 10
二次电压/V 1号:161～215.5 2号107～208
二次电流/kA 16～18 升温速度/℃.min-1 ＞3 精炼周期/min 27 电耗/kWh.t钢-1 ～35 氩气耗量/m3.h-1 30 压缩空气耗量/m3.h-1 12 冷却水耗量/m3.h-1 200 年处理量/万t 60 电极直径/mm 300 极心园直径/mm 500 电极行程/mm 1200～1450 喂丝机喂线速度/m.min-1 10～150,20～300 喂线规格/mm ＜15,＜16×7 喂线长度误差/m ＜0.22 喂线速度误差/% ＜2.5
4 LF炉效果分析
LF炉的投入使用,在品种钢开发方面,在提高钢的实物质量方面以及在协调转炉与连铸之间的生产节奏、稳定生产方面,都起到了非常重要的作用。自1997年5月投产至1998年底,共精炼钢水24万t,其中生产大规格螺纹钢筋用20MnSi17万t,H08、标准件等低碳系列2116t,45号钢21983t,16Mn 3751t,共加热2321炉,温度命中率87%。 4.1 品种钢开发的有力工具 生产大规格螺纹钢筋用20MnSi、H08、45号钢等新品种的开发成功,LF炉都起到了关键性作用。 建设LF炉以前,曾试炼了几次H08钢种,都因为铸坯气泡严重或钢中酸溶铝含量过高造成中包结瘤而失败。LF炉投产以后,可以准确地确定钢中氧含量,通过喂Ca-Si线或Al线,严格控制钢中氧含量在40×10-6以下,而酸溶铝含量不超过0.008%,从而有效的控制了铸坯气泡和中包结瘤,使H08冶炼一举获得成功;充分利用LF炉的成分微调功能,使45钢号的成分命中率从70%～80%提高到100%,使大规格螺纹钢筋用20MnSi的内控成分命中率从60%～70%提高到90%以上。另外,LF炉对提高45钢热顶锻合格率以及大规格螺纹钢筋用20MnSi的小冷弯合格率都起到了重要作用。 4.2 提高钢的质量 LF炉通过底吹氩、喂丝和电弧加热等手段,可以均匀钢水成份和温度,减少钢中气体和夹杂,净化钢液。 4.2.1 成份 底吹氩4～6min既可达到均匀成份的目的,经精炼处理后,钢水成份变化不大(见表2),经喂丝、添加合金等成分微调手段后,可适当增加合金元素的含量。
表2 精炼前后成份变化表/% 元 素 C Mn Si P S 精炼前平均 0.1612 0.5266 0.1761 0.02208 0.02288 精炼后平均 0.1547 0.5322 0.1957 0.02356 0.02109 增 量 -0.0065 0.0056 0.0196 0.0015 -0.0018 ［C］:氩气泡在上升过程中形成的假真空效应,起到了微脱碳作用,钢中的碳含量平均下降0.0065%;喂入碳线后,根据需要可以使钢中［C］增加0.01%～0.008%; ［Si］:由于喂Ca-Si线使钢中硅含量平均上升了0.0196%;加入小块Si-Fe，可以使钢中硅含量增加0.01%～0.04%； ［Mn］:随着［O］及(FeO)的下降,存在回锰现象,回锰量约为0.0056%;加入小块Fe-Mn,可以使钢中锰含量增加0.01%～0.06%； ［P］:LF炉精炼处理时,氧化性气氛由强变弱,产生回磷现象,磷含量升高0.0015%; ［S］:与回磷相反,LF炉处理时,随着温度的均匀,(FeO)的降低,氧化性气氛由强变弱,钢水流动性渐好,脱硫条件改善,另外,Ca是一种强脱氧剂和脱硫剂,钙喂入钢液中发生如下脱硫反应: ［Ca］+［S］→(CaS) LF炉处理后,硫含量降低0.0018%。 4.2.2 温度 大部分钢水因转炉热效率很高,一般不需要加热即可满足连铸的要求,吹氩4～6min温度就可达到均匀化,平均温降3～5℃/min,如再延长吹氩时间,则平均温降为0.5～1.0℃/min。 LF炉的升温速度很快,平均温升2～5℃/min,在通电起弧加热的前2～4min,有一个钢水均匀温度和钢包蓄热的过程,再加上吹氩温降,所以综合起来温度并不升高,此后才逐渐提高,而且加热时间越长,温升速度越快,温升变化与时间基本符合如下关系:
y=-0.0641x2+4.7952x-8.1695 式中 y——温升/℃ x——时间/min 经精炼处理的钢水,由于温度与流动性的改善,温度可以比未精炼的钢水低10～15℃,并且中间包温度前中后差别很小(见表3)。
表3 精炼与未精炼钢水温度对比 项 目 大包至中包温降 中包温度偏差 未精炼／℃ 60～85 ±10 精 炼／℃ 50～60 ±4 4.2.3 钢中气体和夹杂 钢液中氧的去除主要靠喂Ca-Si丝和Al丝,［H］、［N］的去除服从气体的平方根定律,利用氩气泡的假真空效应来实现。 经过LF炉吹氩喂丝加热等处理后,钢中氧含量由精炼前平均110×10-6降至精炼后的45×10-6,平均降低59.09%,对［H］、［N］的统计较少,有待进一步探讨。 4.3 稳定生产节奏 LF炉的使用,在转炉与连铸之间起到了缓冲调节作用,可以减少因转炉事故造成钢水供给不上而使连铸停机、因连铸事故造成钢水镇静时间过长温度过低而被迫回炉等事故,可使停机及回炉等事故大大减少,稳定了生产,提高了转炉及连铸的作业率。
5 存在问题及改进措施 生产实践表明,LF炉工艺先进、设计合理,基本满足生产需要,但也