鋼包頂渣控制

在鋼水爐外精煉中，通過控制頂渣（指精煉爐上部的熔渣）的化學和物理性質以及渣量，利用頂渣與鋼液的反應，控制鋼水中多種元素的含量的技術。

通過頂渣成分及數量的調整，可以控制鋼液中各元素的氧化和還原；頂渣吸收鋼液中的氧化物和硫化物夾雜，防止鋼液二次氧化和吸氣；還可減少鋼液輻射熱損失。一般通過頂渣與鋼液的反應，可以控制硫、磷、氧三種元素。

基本介紹

• 中文名：鋼包頂渣控制
• 外文名：ladle top slag control                        
• 學科：冶金工程
• 控制內容：硫、磷、氧三種元素
• 目的：生產優質鋼
• 方法：擋渣球法、擋渣塞法等

研究意義

在轉爐煉鋼生產中，冶煉時爐內會產生大量熔融狀態的爐渣，全部熔渣均浮在鋼水上面，而熔渣中大量對鋼水成分有害的雜質物尚處於不穩定的狀態，隨時還可能重新返回型溶解到鋼水中而成為鋼水中的雜質，從而導致鋼水成分的偏離，並最終對鋼材質量產生不良影響。同時大量的熔渣還以多種方式消耗合金，大大地降低了合金的收得率。因而，控制轉爐高氧化性爐渣進入鋼包或消除其氧化性是提高鋼水質量的關鍵環節之一，尤其是超
低硫鋼冶煉過程中爐渣改性處理更是必不可少的工藝環節。如果鋼包中帶人過多的FeO含量的爐渣，不僅會惡化操作條件，而且會造成許多純淨度和成本問題。儘管可用很多方法實現對（轉爐或電爐）鋼包下渣量的控制，但從目前各鋼廠的操作條件看，無論是轉爐還是電爐出鋼，均不能完全消除下渣。在鋼包內加入鋼包頂渣改質劑，不僅可以縮短精煉爐造渣時間，對淨化鋼液、縮短鋼包精煉爐冶煉時間、節約精煉爐電耗及電極消紊均有利，而且可以實現精煉前移，對解決轉爐一鋼包精煉一連鑄爐機匹配問題和高效率生生產具有重要意義。

控制方法

鋼包頂渣儘管有很多的負面作用，但鋼包頂渣可以隔絕空氣與鋼水的接觸，因此能防止鋼水二次氧化並能減少鋼水直接與空氣接觸式的降溫幅度。由於正面作用遠不能彌補上述的諸多缺點，生產實際中常採用鋼包覆蓋劑替代鋼包頂渣或對鋼包頂渣進行改性處理。由於鋼包頂渣的絕大部分來自轉爐終渣，因此控制轉爐出鋼的下渣量是減少鋼包頂渣的最有效措施之一。在這方面國內外已發明了多種控制出鋼下渣量的方法，如擋渣球法、擋渣塞法、擋渣料法、避渣罩法、電磁擋渣法、滑板法、氣動擋渣法、擋渣棒法、渣罐擋渣法、出鋼口吹氣干擾渦流法等。已積累了許多減少出鋼過程中轉爐下渣量的成功經驗，歸結起來主要有下面幾種：
（1）提高擋渣設備和方法的效率，如從材質和結構上對擋渣體進行改進和完善等；
（2）造好過程渣、控制好轉爐終點渣，使終點爐渣具有一定的鹼度、氧化性和較高的黏度等；

（3）加強出鋼口維護管理，對偏大的出鋼口要及時進行襯套維護或整體更換，保證出鋼口符合出鋼要求等。

除此之外，最佳化擋渣和轉爐抬爐操作也是控制下渣的關鍵，若擋渣體加入過早會導致擋渣棒體浮於鋼水面易沸騰翻出；加入過晚又會導致渦流卷渣較多以及擋渣棒在下落過程中直接堵住出鋼口留鋼較多，甚至出現正在擋渣操作時鋼水已出淨無法抬爐的現象。擋渣操作的成功與否還取決於能否準確掌握抬爐時機。當出鋼口偏大時，抬爐時機掌握不好會造成抬爐下渣；出鋼口偏小時，抬爐時機掌握不好會造成留鋼過多的現象。因此，一方面不斷提高爐長分辨鋼渣的能力，另一方面要求爐長依據出鋼量的多少和鋼流變化情況及時抬爐，防止抬爐下渣。

脫硫

為生產低硫鋼採用鋼包精煉加頂渣處理進行脫硫，可使硫從35×10^-6降至7×10^-6。若採用帶加熱的精煉設備，均可將硫含量降至10-6級。套用還原性頂渣脫硫時，要使渣中FeO的含量降至0.5%以下，以保證好的脫硫效果。生產實踐表明，脫硫效果良好的渣係為CaO-Al₂O₃-SiO₂。CaF₂對脫硫也是有益的，但考慮到含CaF₂渣對鋼包襯的侵蝕較嚴重及CaF₂的揮發易污染環境，所以CaF₂的含量要嚴格控制。在CaO-Al₂O₃-SiO₂渣系中，頂渣的組成對精煉效果和耐火材料包襯的侵蝕影響很大，效果最好的脫硫頂渣成分為：CaO60%、Al₂O₃30%和SiO₂10%。噸鋼渣料加入總量一般為10～15kg，依鋼種對硫含量的要求而定。一般加入10kg/t的渣料，脫硫率≥60%；加入15kg/t的渣料，脫硫率≥80%。

脫磷

根據脫磷反應的熱力學條件，鋼包脫磷頂渣要求高鹼度、高氧化性及大渣量，再結合鋼液的攪拌，就可得到良好的脫磷效果。一般脫磷的最佳頂渣成分是：CaO40%～55%，（FeO+MnO）35%～50%和（SiO₂+P₂OAl₂O₃）5%～15%。由於鐵水脫磷技術的發展，可生產低磷（[P]≤0.01%）和超低磷（[P]≤0.002%）鋼種。但生產磷低於10×10-6的鋼種，除採用鐵水預脫磷外，必須同時採用鋼水脫磷技術，即利用合理的鋼水頂渣，獲得低磷鋼。

脫氧

通常鋼水終脫氧用鋁，再經吹氬攪拌去除Al₂O₃夾雜，但要達到[TO]<20×10則較困難。爐外精煉可降低鋼中氧，由於耐火材料供氧，難以將氧降到較低水平。在1600℃用鋁脫氧，[Al]=0.04%，平衡氧含量為2×10^-6。如果使用優質耐火材料（如高鋁磚等鹼性鋼包），並採用頂渣控制和吹氬攪拌，能使[TO]<15×10^-6。頂渣的鹼度R=（CaO）/（SiO₂）要求約為3～5，渣的曼內斯曼指數M=R/（Al₂O₃）為0.25～0.35（這是鋼包處理後按渣成分推算出的）。這種渣中氧活度特別低，在石灰飽和的渣中，氧化鋁含量不超過0.001%，鋼中相應的氧活度在與渣平衡時小於0.5×10。

噴射冶金中的頂渣控制

在噴射冶金操作中，頂渣需滿足以下基本要求，方能保證噴射冶金的效果。（1）高的鹼度，R=（CaO）/（SiO₂）可達到10；（2）有足夠的頂渣量，一般要求9～11kg/t；（3）為加速反應和易於吸收夾雜物，要求頂渣的流動性好；（4）渣中不含有大量不穩定氧化物如FeO、MnO或SiO₂。爐外精煉中，脫硫、脫氧和脫磷的最佳頂渣成分列於表中。

表 爐外精煉的最佳頂渣成分

精煉主; 要目的	頂渣組成/%
	CaO	Al2O3	SiO2	MgO	FeO
脫硫; 脫氧; 脫磷	50～55; 50～55; 45～55	20～25; 10～15; （MnO）	10～15; 10～15; （SiO2+P2O5）; 6～10	≤5; ≤5; Na2O; ≤2～4	<0.5; <0.5; 30～40