低成本管控下LF造渣工艺的研究与实践

何 晴， 李彦军， 黄 山， 王 鹏， 张 东， 程 康

（河北钢铁股份有限公司承德分公司， 河北 承德 067002）

面对中国钢铁行业产能过剩、高成本、效益低的现状，短期是难以改变的。钢铁企业只有努力降低生产成本、进行结构调整，提高市场竞争力，才能化危机为动力，使企业创效。LF造渣的目的是脱硫、脱氧、提高合金收得率、去除杂质。为降低精炼成本，加快钢铁企业低成本炼钢的步伐，优化LF造渣工艺，快速造白渣，缩短成渣时间，发挥LF强大的精炼功能。

1 生产工艺简介

LF精炼的核心是造好精炼渣，低氧势、适当碱度、良好的流动性和发泡能力、合理成分配比的精炼渣是发挥LF精炼能力的基础，其操作要点是早化渣，在精炼前期快速造白渣。

采用在出钢过程中加入一定量石灰。出钢结束后，在吹氩站进行折渣操作，将连铸返回钢包热渣兑入钢包液面上。通过在吹氩站经一定时间的吹氩搅拌，确保钢包内热渣与石灰熔化，减少了LF加入的渣量，缩短了LF化渣时间。钢包到LF处理后，加入石灰、包渣、铁矾土、改质剂等，增加氩气流量，在进行加热前保证精炼渣基本熔化，LF加热化渣期间进行渣的脱氧和调整渣的碱度、流动性及Al2O3含量。

2 生产实践与分析

LF任务主要是升温、脱硫、调整钢水成分和温度、洁净钢水等，处理时间为35～45 min，而转炉冶炼和连铸拉钢周期一般不到40 min。因此对于目前高效率、低成本的炼钢节奏，LF必须缩短精炼时间，优化造渣工，降低精炼成本。

2.1 LF提前造渣工艺研究

LF造渣的关键是渣快速熔化并保证合适的黏稠度。一般来说，转炉出钢后，由于合金化的影响，钢包内钢渣碱度有降低的趋势，对于LF造还原渣的需求来讲，需在LF工序加入石灰以满足钢水精炼过程中碱度要求。将精炼加入的部分石灰选择在出钢过程中加，提前造渣，以便钢包内钢渣碱度和稀稠度满足LF处理要求[1]。

2.1.1 预成渣工艺方法

利用转炉出钢过程中良好的动力学条件，在出钢过程中通过合金溜管向钢水内加入石灰，石灰在钢包底吹搅拌和钢流冲击的作用下，不断与钢水反应，实现出钢过程的快速成渣，达到低成本生产高洁净度钢水的需求。

2.1.2 预成渣试验及结果分析

本次工业实验共进行28炉次，出钢过程中加入石灰量分为 200 kg，300 kg，400 kg，500 kg，每批次试验7炉。渣样抽取出钢后并在吹氩站充分搅拌后的钢渣样。渣样进行化学分析，并将所检测相关数据一并列入下页表1，由于实验炉次较多，仅列出代表性炉次 8 炉，表 1 中 R2为二元碱度 m（CaO）∶m（SiO2）。

2.1.3 石灰量对精炼前钢渣的影响

由表1可以看出，不同石灰量情况下，炉渣碱度、炉渣还原性均能满足精炼的需求。但从整个出钢过程中观察看出，加入量在400～500 kg时，钢包内石灰结块现象严重，吹氩站吹氩时间较长。加入量在200 kg时，精炼前渣量过少，精炼埋弧效果较差[2]。

表1 LF精炼前预成渣渣样主要成分

2.1.4 石灰量对钢水温度的影响（见图1）

图1 石灰量对钢水温度的影响

由图1可以看出，石灰量对钢水温度影响随着石灰量增加而增加。因此，出钢过程中加入石灰量应控制在300～400 kg以内，既能保证炉渣精炼的需求，又能对钢水温降降低到最低。

2.2 热渣循环利用的研究

经LF处理后的精炼炉渣具有高碱度、低氧化性、低熔点的特性。精炼渣循环利用可以有效降低精炼石灰、改质剂等用量。热态精炼渣循环利用还可以提高精炼化渣速度，降低精炼电耗[3]。通过对热态精炼渣循环利用研究，将连铸机浇铸完后钢包内的渣子不倒入渣罐内，而是直接吊至炉后吹氩站区域，待转炉出钢结束后，将空包内热渣倒入重包内，再进行吹氩操作，吹氩搅拌均匀后，测温。

2.2.1 钢包内渣子成分变化

在转炉出钢结束后，先进行折渣操作（即将连铸浇铸完后的钢包内渣子倒入新出完钢的钢包内），在折渣过程中，通过人员指挥天车将热渣准确兑入重包内，热渣的多次循环使用，成分变化见表2。

由表2可看出，多次循环后渣子中Al2O3含量不断升高，CaO含量降低，不利于脱硫反应进行，因此循环折渣应进行4次后，钢渣失去了再利用价值，应将循环渣倒出。

表2 循环折渣后渣子的组分

2.2.2 炉后折渣量对精炼造渣工艺的影响

连铸钢包返回热渣循环利用后，随循环次数增加，渣量增大，脱硫率降低[4]，再每次折渣过程中应控制折渣量，保证LF精炼正常操作，控制钢包内渣量（见表 3）。

表3 炉后不同折渣量下精炼工艺的变化

当折渣量在1 t以下时，精炼过程中加入造渣料较多，折渣效果不明显；当折渣量在1.5～3.0 t时，精炼过程中渣料加入有所降低，且钢包净空满足精炼要求；当折渣量在3.0 t以上时，钢包净空较少，影响精炼正常操作。

2.2.3 折渣后对精炼电耗和时间的影响

根据现场实际操作，连铸钢包返回热渣具有一定热量，热渣在循环利用过程中精炼石灰可以不加或少加，这就减少了渣料熔化造成的热量损失，缩短了精炼时间，降低了精炼电耗。依据现场数据分析，通过折渣操作，精炼时间可缩短4～6 min，节约电耗 800～1 000 kW·h。

2.3 低成本包渣应用于LF造渣工艺

连铸大包浇铸结束后，产生的浇余一部分进行折渣操作，一部分倒入渣罐内，倒入渣罐内的钢渣叫做包渣[5]。将包渣送至渣场，经磁选、破碎，破碎后粒度至5～30mm，直接上至料仓内。包渣中w（Fe）在10%～12%左右，w（Al2O3）在 11%～13%之间，包渣碱度 3.3左右，可替代部分改质剂、铁矾土等。

2.3.1 造渣与改质、铁矾土的效果对比（见表4和表5）

表4 未使用包渣造渣炉次精炼后炉渣成分

由于包渣碱度在3.3左右，属于高碱度渣，这就满足脱硫的必要条件（高碱度、大渣量），在精炼过程中配以一定量的脱氧剂，满足低氧化性脱硫条件，因而在氧含量降低的同时，硫含量也在逐步降低。

表5 使用包渣造渣炉次精炼后炉渣成分

由表4和表5对比可以看出，两种造渣方式生成的炉渣成分基本不变，碱度在3.3左右，课件使用包渣造渣是可行的。

2.3.2 两种造渣方式生产成本的影响

两种造渣方式加入的渣料对比分析如表6、表7。

由表6与表7分析可知：在同等精炼条件下，使用包渣造渣，可以降低精炼用白灰消耗，节约了炼钢成本，减少了原辅助材料的浪费。并且改质剂、铁矾土外购成本较高，对现在所有的钢铁企业来说，这是一个不小的代价。成本的降低，意味着钢铁企业的盈利能力和竞争力的增强。

表6 未使用包渣造渣质量 kg

表7 使用包渣造渣质量 kg

3 结论

1）利用转炉出钢过程中良好的动力学条件，在转炉出钢过程中加入300～400 kg石灰，既能保证炉渣精炼的需求，又能对钢水温降降低到最低。

2）在转炉出钢结束后，先进行折渣操作（即将连铸浇铸完后的钢包内渣子倒入新出完钢的钢包内），折渣量控制在1.5～3.0 t，再进行吹氩搅拌，可有效缩短精炼时间，降低精炼电耗。

3）在精炼炉使用包渣造渣，可有效降低精炼用白灰量，同时减少了改质剂、铁矾土等外购成本较高的造渣物料，有效地降低精炼成本，提高了企业的盈利能力和竞争力。