1、需要什么样的钢包渣化学成分及物理性能取决于渣需要履行什么样的冶金任务。钢包渣冶金管理的任务就是在不同的处理工序将钢包渣化学成分和物理性能尽可能精确地调整为适合本工序精炼目的的钢包渣系。为此，操作者了解各工序渣性能是非常必要的。下面是完成一些重要冶金任务所需的目标渣要求：（1）脱磷氧化条件FeO活度高高碱度CaO活度高低粘度Al2O3或CaF2高含量（2）脱硫还原条件低FeO及MnO活度（低氧化性）高碱度高CaO活度、 低SiO2及 Al2O3活度低粘度Al2O3或CaF2含量高 、少量MnO（9%）（3）去除氧化物夹杂还原条件低FeO及MnO活度高碱度高CaO活度5、顶渣脱硫原理钢渣反应过程是
2、否成功取决于钢液与液化了的活性顶渣之间的大面积混合程度。钢液与渣的大面积混合增加了反应界面，加速了冶金反应，从而反应更易达到平衡。钢渣的混合靠底吹氩搅拌来完成，进入钢液的实际吹氩强度需保证在6NL/t钢min以上。钢液中硫含量取决于铁矿石中的硫含量、高炉焦煤或冶炼过程中加入的原材料或合金中硫含量。硫在以下两个方面影响钢材性能：优点：机械加工性能提高。由于减少磨损可提高工器具寿命。缺点： 热轧板无取向加工性能恶化； 电工钢矫磁力增加，导致电磁损失增大； 热扎板高硫引起红脆或热脆； 硫导致FeS、MnS或其它硫化物的成分偏析。由于硫的最后两条缺点，因此炼钢行业千方百计要脱硫，将钢液中硫的含量降至最
3、低。硫与钙具有很强的亲合力。因此大多数脱硫剂都是钙产品，如氧化钙、硅酸钙或金属钙。通常使用的脱硫剂为：1、饱和石灰顶渣2、含钙粉如CaSi，CaC2或CaO/Ca的混合物3、石灰粉如CaO/ Al/CaF2 、CaO/ CaF2或CaO/CxAy/ CaF2不同的工艺条件，不同的冶金目的以及不同的二次冶金设备，对脱硫剂选择也不一样。当用石灰质脱硫剂对钢液脱硫时，可以加入粉状料，也可以进入块状料。对饱和石灰顶渣脱硫，典型的反应是析出反应，并达到如下平衡：CaO （CaO） 自由焓H=+ KJ/MOL （1）S+（CaO）（CaS）+O H=+ KJ/MOL （2）3O+2AL Al2O3 H=-
4、1078+44T KJ/MOL （3）3（CaO）+2Al+3 S3（CaS）+（Al2O3） H=- *T KJ/MOL （4）对于（4）式有：Ks=a3（CaS）a（Al2O3）/ a3（Cao）a3S a2Al （a:活度）推导出自由能平衡最佳条件：（1）对于（1）式（2）式，温高有利于反应向右移动，因为反应为吸热反应；（2）钢包渣中低的CaS含量，脱硫渣中高的CaS溶解度有利于脱硫；（3）渣中Al2O3含量低；（4）高碱度渣（CaO/SiO2或CaO/ Al2O3+SiO2高）高碱度渣可以由加入饱和石灰顶渣脱硫剂获得；（5）钢中AL含量高，钢水氧化性强，钢渣中形成还原气氛。在整个脱硫过
5、程中，钢水氧活度需低于2.5PPM，AL需高于0.03%，钢包渣中（FeO+MnO）含量应低于0.5%。当使用钙基质脱硫剂时，通常加入粉剂，反应式如下：S+Ca（CaS）（5）脱硫剂的脱硫能力通常用Cs表示：Cs=（%S）a O/ %S （6）钢水中S与钢渣中（S）的比称为硫在钢渣中的分配系数，由（4）可知：（%S）/ %S=KSa（Cao）Al2/3/a1/3（Al2O3） （7）（7）式与硫分配系数Cs有关，（7）式中其余参数由化学分析可得。硫分配系数越高,脱硫程度越高。这种情况适合于用饱和石灰顶渣脱硫。饱和石灰顶渣脱硫能力最强。但饱和石灰顶渣脱硫剂的脱硫能力随着钢包渣的不同而不同。图2.
6、2表示的是饱和单纯CaOSiO2FeO系脱硫渣的硫分配系数，图2.3表示的是CaOP2O5FeO系脱硫渣的硫分配系数。5、LF增碳机理LF增碳来自于石墨电极及钢包衬的镁碳砖。电极增碳石墨电极通常是由石墨焦油和煤矿研磨细粉制成，它将电能转化为热能对钢液升温。在LF加热期间，电极本身熔损，氧化，电极受热振还会脱落，从而使钢液增碳。精心操作优化工艺参数如电弧长度、电压档位选择、底吹氩等可避免电极产生机械剥落。电极下端的熔损与电流强度、加热时间成正比，其关系是： Ctip= RsubI2 Tpo/P （13）Ctip电极下端的熔损（Kg/ton）Rsub升华率（Kg/KA2h）I相电流（KA）Tpo通
7、电加热时间（h）PLF炉生产率（t/炉）电极棒身熔损（棒圆柱面）与电极氧化表面积和对应周期（炉与炉之间的间隔时间）成正比：Cside=RoxAoxT/P （14）Cside棒身熔损（Kg/ton）Rox氧化率（Kg/m2h）Aox氧化电极表面积（m2）T出钢周期（h）PLF生产率（吨/炉）加热率、氧化率参考值为：Rsub0.0135Kg/KA2h，交流电Rsub0.0135Kg/KA2h，直流电Rox8Kg/m2h，水冷电极 耐火材料增碳目前，大多数炼钢厂使用的钢包都是砌筑钢包。如生产线上有LF设备，渣线部位普遍用镁碳砖修砌，其抗蚀能力较强。渣线侵蚀表现为化学侵蚀，由于渣粘度低易钻钢再加之电弧
8、热辐射，因此渣线部位耐材工作条件很恶劣。镁碳砖含碳量大于20%，这些砖一旦侵蚀，自然造成钢液增碳。对于高碳钢，这些增碳量可不考虑，但低碳钢或超低碳钢，这些增碳可能影响最终产品质量。因此在生产低碳钢时，该处砌筑应选用其他耐材代替镁碳砖。不同的钢厂LF加热过程的增碳控制水平不一致，一般情况下LF加热过程的增碳量为0.51.5ppm/min。6、钢液清洁轴承钢、锻造用钢、管线钢等钢种的生产需要很复杂的精炼技术。其精炼生产技术的重心是钢水清洁度及良好的浇铸性能。钢包渣性能对提高钢水清洁度非常重要。%CaO/% Al2O3值、渣的碱度、渣的流动性及渣的氧化性对钢水清洁都会产生直接影响。实际上，由于这些钢
9、种在质量上要求苛刻，渣中所有的物理化学参数必须严格控制才能满足钢种质量的需要。钢包渣在出钢过程中就形成了。通常渣的组成为：（1）转炉下渣；（2）出钢氧化物；（3）钢包内衬材料；（4）石灰、石灰石、白云石等造渣材料；（5）钢包内上一炉次的留渣。控制下渣及炉后扒渣是生产高纯洁钢的先决条件。在铝镇静钢中大多数夹杂是Al2O3型夹杂。为了去除Al2O3，关键是控制钢包渣的成分。如出钢后渣中（FeO+MnO）含量高，钢中就会产生这类夹杂。为降低渣中（FeO+MnO）含量，必须在转炉出钢口安装下渣检测装置。如必要的话，在炉后可安置扒渣装置。在出钢过程中或出钢后向钢包中加入合成渣调整渣成分使渣能最大限度地吸
10、附钢中铝的氧化物。为了获得这样高吸附性能的渣，渣成分必须调整到一个很窄的成分范围，并达到相关元素的平衡。对铝镇静钢而言，C/A值（%CaO/% Al2O3）建议在1.22内较合适。渣线部位耐火材料的损耗取决于钢包渣的成分。真空处理后钢包渣氧化镁含量与饱和石灰系数关系很大。对亚饱和渣，降低饱和石灰系数，氧化镁含量将增加。对饱和或过饱和石灰渣，氧化镁含量变化不大。因此，钢包渣成分的精确控制，对降低耐材消耗特别是钢水脱硫处理期间的耐材消耗具有重大意义。生产中控渣制的另外一个作用，就是通过使用不同的合成渣，改变钢液中非金属夹杂类型。渣A： Al2O3含量大约10%，渣B：铝氧化物含量低于1%。因此一定
11、的石灰/二氧化硅比例，一定的Al2O3含量，能有效控制残留在钢中的非金属夹杂的化学成分。对硅镇静钢如车轴钢的冶炼，目的是需要获得带有低熔点夹杂物的产品，这种夹杂物的存在提高了金属热加工性能。这时石灰硅酸盐渣系中Al2O3含量值为1428%，这种钢水工序控制的任务是靠调渣处理使钢包渣能分离夹杂，特别是使钢中的夹杂物发生形变，从而对钢材无害。除了钢包渣成分、耐火材料、空气对钢的清洁度有影响外，常压下的二次冶金过程对钢的清洁度也有重要影响。在软搅拌的情况下，即钢渣层封闭，这时钢液受渣层保护与空气隔绝，避免了二次氧化。当采用钢包底吹氩或顶吹对钢液进行强搅拌时，渣层分开，钢液直接暴露在大气中，此时会发生
12、二次氧化。为了将大气中的有害气体氮气、氧气、水对钢液的负面影响降低到最低程度，钢包通常用各种覆盖剂覆盖。为了进一步降低氮气、氢气、渣氧化物及钢液氧化对钢液的影响，可在加热罩内通入氩气，使之产生正压。这可以通过控制除尘吸力和底搅拌强度来达到目的，通过肉眼观察LF炉电极缝里益出的烟尘量可以控制炉内的压力。优化过程工艺参数，达到钢水清洁的目的可通过：设计优化钢包渣，运用热力学原理，利用渣的物理化学特性来实现。7、钙处理钙处理是一种可改变低合金钢中氧化物和硫化物夹杂组成和形态的一种特殊方法。特别对改变铝镇静钢中氧化铝夹杂很有效，从而可提高连铸的浇铸质量。即使微量钙（1030PPM）在钢液或凝固过程中形
13、成氧化物和硫化物都能带来以下好处：提高连铸质量；减少应夹杂物产生的表面缺陷；提高钢材机械性能；将管线钢氧化硅夹质转变成液态的铝酸钙或其复合物。这种液态夹杂因表面张力作用变成球形。这种使夹杂组成和形态都发生变化就是常说的夹杂物变性处理。 镇静钢中钙的反应不管钙以CaSi、CaAl、CaFe或单质钙加入到钢液中，钙在钢液中的反应都是一样，下面是含氧化铝夹杂的铝镇静钢中的反应： Ca（l）Ca（g）Ca（g）CaCa+O （CaO）Ca+S（CaS）Ca+（Al2O3）（CaOX Al2O3）+ AL（CaO）+ AL+S（CaS）+（Al2O3）在通常的炼钢温度下，与1bar钙蒸汽平衡的钢液中钙的
14、饱和溶解度是160ppm，所以钢液中钙不是溶解态存在的，约1025%的钙以简单的CaO、 CaS和铝酸钙式复杂化合物存在，其余扩散在渣中或蒸发掉，钙处理对夹质物形态的影响由图2.7所示。从图2.8 CaOAl2O3二元相图可看出，当CaO含量为50%，铝酸钙C12A7的熔点低于1400，因此，该温度下的组成被炼钢和连铸所用。此外，钙处理可实现多种冶炼功能。 提高浇铸质量各种形态的Al2O3质点容易粘结在水口和中包上，形成硬壳并相互聚积起来，浇铸时降低钢液流动性。为提高浇铸质量，需要进行钙处理，在Al2O3质点中提高CaO浓度，使其生成易熔的C12AF，这种球形的液态质点易流经水口和中包，不易产
15、生粘积现象。钙不只在减少原生夹质时可作为溶剂，在浇铸时熔解钙还会因自身的氧化作为钢液的保护剂，避免钢液与渣、耐火材料或空气接触时发生二次氧化。因钙与氧有很强的亲合力，发生二次氧化时易生产氧化钙和铝酸钙，这种球形质点易通过水口，从而使浇铸顺利进行。同时，氧化钙和铝酸钙连续弥散在铸坯中，不会对钢液清洁度生产负面影响。 硫化物形态控制当用户要求时，有些特殊工程用钢也需进行钙处理以减少硫化物沉淀。没经过钙处理，硫化物散布在晶界上最后凝固，在热扎时产生变形。从而在热轧产品中产生高度变形的发纹；另一方面，提高硫化物含量可改善钢材的机加工性能。在钙处理低硫钢时，硫化锰在晶界上的形成受到了抑制，生成复杂的化合
16、物Ca（Mn）S形成于铝酸钙上，由下式说明：（CaO）+Mn + AL+S（CaSMnS）+ Al2O3经钙处理的钢液凝固过程的进一步硫化物形态控制取决于钢中全氧、硫和钙的含量。下面是铝镇静钢中硫化物形态控制的一些方法：当钢中O10ppm，而S含量很高（如大于1000ppm）时，通过钙处理来控制硫化物形态是不可行的。在这类钢中，加入碲或硒对减少硫化物发纹是有效的。由于这两个元素使钢液和硫化物表面产生很强的表面张力，在轧制过程就减少了硫化物产生发纹的趋势。轧制后，硫化物变成椭圆体，其长宽比取决于钢液中的Te/S。通常碲的加入是通过喷粉或喂丝完成的。8、合金化基本原理LF班长LF中控应用 LF室外
17、了解钢液的合金化是在对比了均匀化后钢液中某元素的实际值与目标值后，再计算出需要增加的合金量的。 合金化前必须知道以下参数： 钢水量； 添加合金的成分； 所添加合金的目标值； 二次氧化的氧含量。 然后，根据二次冶金原理确定合金化顺序，如在与氧有很强亲合力的元素添加前先降低氧含量以避免不定量的烧损。钢液中自由氧含量可通过加入铝来降低，加铝脱氧同其它还原剂相比，可获得非常低的自由氧含量，这种方法可产生固态还原产物，但不会恶化钢液清洁度，纯的Al2O3夹杂有很强的聚集长大的性能，或多或少地能完成从熔池钢水中分离出来。通常合金化顺序是： 加入还原剂，通常是铝，有时用硅。 碳应以较高的堆密度并尽可能早于或
18、同时与其它合金一起加入到还原熔池中，特殊情况下，碳以袋装或包芯线的形式加入到未还原熔池中生成CO来脱氧，这时，应小批量加入以避免激烈的碳氧反应。 如钢中氧含量低于元素的平衡含量，Mn、Cr、V、Nb可随时加到熔池中。当熔池未采用铝脱氧镇静时，为避免生成硅酸锰，锰含量仅受硅含量限制。与氧有很强亲合力的元素（如Ce、Zr、Ti、B）通常把钢液还原得很充分时才加入，避免其与自由氧反应。计算添加的合金，必须考虑合金元素的量，而且应考虑合金中次要元素对目标值的影响。当精确的合金添加至少达到0.1Kg/t，而且透气砖正好位于合金溜槽正下方时，元素的收得率参考值如下：C 90%Mn95%Cr95%Si90%
19、Ni99%V 85%Nb85%Ti75%还应考虑随后脱硫加入的CaSi或CaC2对硅和硅含量的影响。当CaO/CaF2作脱硫剂时，通常不会产生影响。二、基础知识问答1.1 金属、纯金属、合金（1）、金属是地球上存在的100多种元素的统称。炉长了解 金属具有共性：常温下都是固体（汞除外），且是晶体，具有特殊的金属光泽，有不同的颜色；具有导电性及传热性，这是区别金属和非金属的主要标志；有较好的延展性，可拉制成丝或片等形状。在工业上，金属按其颜色分为黑色金属与有色金属两大类。黑色金属包括铁、锰及合金，其它统称为有色金属（有色金属中还可进一步分类为有色金属、稀有金属和贵重金属）。（2）、纯金属指基本上
20、由一种金属元素组成的材料或物质。纯金属按统纯度不同分为工业纯金属及化学纯金属；纯金属是一个相对的纯度概念，绝对纯的金属是不存在的。炉长中控合金掌握金属、纯金属、合金1、钢包精炼炉吹氩搅拌的作用是什么？（1）吹氩可使钢液产生循环，使成分与温度迅速趋于均匀。（2）吹氩增大了钢中非金属夹杂碰撞长大的机会，同时，上浮的氩气泡不仅吸收钢中的气体，促使氢氮排除，还会粘附悬浮于钢液中的夹杂，把这些夹杂带至钢液面被渣层吸收。（3）扩大渣、金属反应面，加速反应物质的传输过程，提高反应速率。（4）降温调温作用。（5）将渣中的过量热转移到钢水中。2、人工如何调整氩气流量？（1）避免三相电弧强烈波动，造成加热不稳定。
21、（2）压力、流量不可过于强烈，以免将渣层吹破，使钢液大面积暴露。3、对精炼渣有何要求？（1）炉渣碱度；（2）在精炼钢液过程中，渣子应有较强脱氧能力；（3）合适的炉渣流动性；（4）合适的渣量；（5）足够大的相互表面。4、钢包穿包事故原因是什么？（1）钢液温度较高，耐材侵蚀加重。（2）钢液氧化性较强，耐材侵蚀速率加快。（3）耐材质量不好，耐火度、荷重软化点等指标未达标，正常钢水条件下加速了钢包侵蚀。（4）钢包砌筑质量不过关。（5）钢包使用过程中已发现包衬有较大侵蚀仍然冒险使用。5、精炼钢包渣线部位MgO-C砖损毁主要原因是什么？（1）氧化引起碳的消失。（2）熔渣侵入脱碳层。（3）熔渣成份与MgO-
22、C砖中的MgO反应生成低熔物质，造成反应层蚀损。（4）防氧化金属添加物的氧化或膨胀，造成组织劣化以及间隙操作条件而导致结构疏松。（5）在高温下，MgO-C砖强度不够而引起破裂与脱落。6、LF过程主要操作包括内容（1）喂铝线操作（2）埋弧加热、脱硫、吸附夹杂物的造渣操作。（3）吹氩搅拌操作。（4）供电操作。（5）合金微调操作。7、如何减少LF电弧功率损失？（1）短弧操作，即增大弧流，降低弧压。（2）增加渣厚，但不能增大渣量，渣厚应与弧长配合。采用泡沫渣技术，可达到大幅度提高渣厚的效果；同时使大电流短电弧供电改为高电压长电弧操作，提高功率因素，电压电流波动减小，使电能利用率提高。8、如何保证钢液成
23、份的精确控制？（1）钢液脱氧良好（溶解氧最低）（2）白渣精炼（渣中不稳定氧化物最低）（3）取样具有代表性（钢液成份的稳定性）（4）准确的钢水重量（5）准确的合金成份；（6）在线快速分析设施分析快速稳定。（7）合金计算正确。9、LF精炼过程为什么要采用泡沫渣？采用低电压、大电流的短弧供电制度操作，有如下优点：（1）增加电弧对熔池的辐射，减少电弧向炉衬的辐射；（2）降低耐材的侵蚀指数；（3）电弧燃烧稳定、连续。但是该供电制度的问题是：（1）功率因素低；（2）大电流对电极质量要求较高，电极消耗高；（3）大电流、低电压使短网电抗值增加，三相不平衡严重。当采用泡沫渣或埋弧渣时，可以采用较长电弧操作，功率
24、因素一般由来已久0。65提高到0。85，整个电器系统的电气特性都得到改善，钢包炉衬寿命得到显著改善，加热速度提高，电耗与电极消耗下降，所以，LF精炼操作中应尽量采用泡沫渣埋弧操作。10、埋弧泡沫渣操作有哪几种方式？泡沫渣是液体炉渣和一定成份的炉气的混合相。当气泡在炉渣中溢出速度慢，从而使炉渣与气体形成蜂窝状结构，密集的气泡与炉渣以液体渣膜隔开，此时形成的泡沫相称为泡沫渣。在LF精炼过程中能够将高温电弧掩埋的精炼渣又叫埋弧渣。埋弧渣可分两类：（1）在基础渣中加一定量的发泡剂，造成精炼渣泡沫化，使炉渣体积膨胀并在较长时间内维持该状态达到埋弧目的；（2）依靠加大渣量，使炉渣厚度超过电弧长度，达到埋弧精炼的目的。11、防止LF精炼过程钢液增氮的措施有哪些？（1）采用短弧操作或长弧加泡沫渣操作；（2）采用炉内微正压操作；（3）保证钢液面不裸露；（4）避
