精煉渣

精煉渣是指將原料按一定比例和粒度混合後，在低於原料熔點的情況下加熱，使原料燒結在一起，再破碎成顆粒粒度後使用的技術。主要成分是CaO-CaF2基，CaO-Al2O3基，CaO-Al2O3-SiO2基，從精煉渣的形態主要有燒結型，預熔型和混合型。

基本介紹

• 中文名：精煉渣
• 外文名：Refining slag
• 學科：冶金工程
• 領域：冶煉
• 類型：燒結型，預熔型和混合型
• 主要成分：CaO-CaF2基，CaO-Al2O3基等

簡介

燒結型精煉渣的成分更均勻，穩定，熔化速度更快，但成本相對增加，且由於燒結渣密度小，氣孔多，易造成精煉過程吸氣。

預熔型精煉渣是指將原料按一定比例混合後，在專用設備中利用高溫在高於渣系熔點溫度的情況下將原料熔化成液態，再冷卻破碎後用於煉鋼的精煉渣。 預熔型精煉渣的純淨度高，化學成分均勻，物相穩定，熔點低，成渣速度快，可大幅度縮短精煉時間且可直接用於轉爐鋼包出鋼過程渣洗，提高鋼水的潔淨度。並且不含氟或少量含氟，減少爐襯侵蝕，有效的減少了氟對環境的污染。由於預熔型精煉渣的結構緻密，不吸水，便於儲運倉儲，不粉化，不揮發，可顯著減少鋼鐵廠粉塵污染，但生產成本較高。

在冶金過程中，爐渣成分對鋼水的潔淨度有著十分重要的影響。轉爐出鋼後進入到鋼包中的高氧化性爐渣由於FeO、MnO 等不穩定氧化物含量較高，會持續不斷向鋼液傳氧，嚴重影響鋁的收得率和鋼液的潔淨度，最終導致水口堵塞和板材表面質量缺陷。精煉渣控制技術在上世紀就已被Armco、Posco、Nippon Steel 等廠家套用於IF鋼的生產，通過合理地控制精煉渣成分來有效降低鋼液中夾雜物和有害元素的含量從而得到高潔淨度鋼材。因此在儘量減少出鋼下渣量的基礎上套用精煉渣控制技術尤為重要。國內某廠針對IF 鋼的精煉渣控制技術並對改質後精煉渣的各項理化性能進行分析研究，為潔淨鋼生產過程中精煉渣系的選擇提供依據。

工藝流程

國內某廠當前採用“頂底復吹轉爐→LF→RH→中薄板坯連鑄”工藝流程生產IF 鋼。轉爐出鋼過程採用下渣檢測技術，控制鋼包渣層厚度在50 ～ 80 mm。出鋼1 /2 時加入調節劑石灰和螢石來稀釋渣中的FeO、MnO 不穩定氧化物，待出鋼完畢後向爐渣表層投入金屬鋁基還原劑，並向鋼中餵入鋁線。LF 進行電極加熱升溫和爐渣還原改質，RH 破空後補加部分還原劑來進行精煉渣成分微調。

金屬鋁基還原劑可以降低渣中的不穩定氧化物含量。與含鈣化合物還原劑相比，金屬鋁基還原劑不會造成鋼水增碳或者增矽，因而廣泛套用於高品質冷軋板材的生產。

精煉渣性能研究

對正常生產過程中任意選擇2 個爐次，對不同工序取渣樣進行化學成分分析。

還原性

轉爐出鋼後爐渣的氧化性很高，w ( FeO +MnO) = 25 % ～ 40 %。爐渣還原處理後渣中w( FeO +MnO) 急劇下降。改質完畢後，RH 處理過程中爐渣w( FeO + MnO) =0.72 % ～ 5.38 %，並且大部分情況可以控制在3 %以下水平，為鋼液脫氧、脫硫創造了條件。

流動性

為了增強精煉渣對夾雜物的吸收能力，首先必須控制好其成分使之位於低熔點區域。CaOAl2O3-SiO2渣系1 300 ℃ 左右的低熔點區共有3個。其中Ⅱ、Ⅲ區具有較高的SiO2含量不能用於鋁脫氧鋼的精煉處理，而Ⅰ區SiO2活度較低( 約為10-4，以純固態為標準態) 適宜用作精煉渣系。RH 處理過程中精煉渣的成分基本控制在Ⅰ區附近，熔點約為1 335 ℃，能夠很好保證精煉渣良好的流動性。

黏度對爐渣與鋼液間的傳質及傳熱速率有著十分密切的關係，影響著冶金反應的速率。當渣中CaO 含量過高時，渣中的固相質點析出會導致爐渣黏度上升流動性惡化。但是由於該精煉渣中含有較多的Al2 O3，有效解決了爐渣流動性的問題。從CaO-Al2O3-SiO2渣系等黏度圖可以看出，該廠精煉渣的黏度可以控制在低黏度區( 約1.5 ～ 2 Pa·s) 。

去除夾雜物性能

鋼中的夾雜物一旦上浮至渣鋼界面就應被爐渣牢牢吸附並快速溶解，如果爐渣對夾雜物的吸附能力不夠則夾雜物有可能被鋼流重新帶回到鋼液內部。從夾雜物去除的角度出發，爐渣應該既要保持與夾雜物的良好潤濕性又要具備快速溶解夾雜物的能力。Al2 O3在CaO-Al2 O3-SiO2系爐渣的溶解速率取決於很多因素。在溫度、攪拌條件等影響因素不變的條件下，只考慮爐渣成分對其影響。

在該精煉渣成分範圍內，爐渣對Al2O3的相對溶解速率較高。Al2O3在CaO-Al2O3-SiO2渣系的相對溶解速率精煉渣鹼度對鋼水脫氧有較大影響。研究表明，隨著鹼度提高和渣中SiO2含量的降低，精煉渣的脫氧能力提高，這是由於渣中SiO2含量的降低使得其活度的下降從而減小或者避免渣中SiO2對脫氧鋼液的二次氧化。精煉渣的二元鹼度很高，w( CaO) /w( SiO2) =5 ～ 11。鋼包渣吸收Al2O3夾雜的能力保持在較高的水平，同時防止了由SiO2引起的二次氧化，抑制了回矽、回硫。

除精煉渣鹼度以外，渣中w( CaO) /w( SiO2)對脫氧有著不可忽視的作用。日本川崎水島廠生產超低碳鋼的試驗表明， 當頂渣w( CaO) /w( SiO2) = 1.4 ～ 1.8 時，精煉渣吸附Al2O3夾雜的能力達到最大。該廠精煉渣基本滿足了上述要求。RH 出站鋼包渣中的Al2 O3含量明顯高於進站值，說明RH 處理過程中夾雜物不斷上浮進入渣中。

脫硫性能

RH 加鋁脫氧後鋼中的自由氧含量很低，加上鋼液上方覆蓋有高鹼度、高還原性的精煉渣，這就為鋼液脫硫提供了有利的熱力學條件。

爐渣的光學鹼度表示了渣中CaO 提供氧離子( O2- ) 的能力，代表了其參與脫硫能力的強弱。

研究表明，爐渣光學鹼度在0.78 ～ 0.82時具有最強的脫硫能力。計算得出精煉渣的光學鹼度為0.74 ～ 0. 76，說明該精煉渣具有較強的脫硫能力。

對於CaO-MgO-Al2 O3-SiO2渣系，計算結果表明RH 處理過程中精煉渣可以控制在0.020 ～ 0.030的高硫容量區間。

生產實踐

對3 個爐次連鑄坯進行大樣電解和總氧含量分析。鑄坯總氧含量都在30×10-6 以下， 10 kg 鑄坯中大型夾雜物平均含量3.38 mg 左右，大型夾雜物控制水平較高。中薄板坯連鑄機可連澆6 爐以上，解決了Ti-IF 鋼難澆性問題。

高鹼度高硫容量精煉渣使得RH 處理過程中鋼水硫含量發生一定程度的下降。某一爐次RH進站鋼水中的w( S) 為70×10-6，出站時降至40×10-6，脫硫率達到42.8 %。成品平均硫含量為38 ×10-6，這為RH 生產低硫鋼提供一定的借鑑思路。

總結

1) 採用金屬鋁基還原劑對轉爐出鋼後高氧化性爐渣在LF 進行還原改質處理，精煉渣w( FeO + MnO) 控制在3 % 以下，RH 處理過程中能快速吸附去除夾雜物。鑄坯總氧質量分數小於30 × 10-6，大型夾雜物控制水平較高。

2) 精煉渣的黏度在1.5 ～ 2 Pa·s，熔點在1 335 ℃附近，爐渣流動性較好。

3) 精煉渣的光學鹼度為0.74 ～ 0.76，硫容量在0.0020 ～ 0.0030，具有較強的脫硫能力。