摘要：LF钢包炉作为一种高效钢的二次精炼手段，借助电弧加热、造还原渣和底吹氩气搅拌等手段，以达到快速脱氧、脱硫、均匀钢水温度、成分，以及有效去除钢水中夹杂物的目的。探讨合理的精炼渣成分对于提高LF的作业率，降低脱硫时间，优化转炉、精炼炉和连铸之间的工艺衔接和加快生产节奏都具有重要的意义。

　　关键词：LF炉 精炼炉渣

　　1.前言

　　随着用户对钢材质量的要求越来越高，炉外精炼作为提升钢材质量的重要手段得到了迅速的发展。钢包精炼炉已经成为现代化钢铁生产短流程中不可缺少的一道工序。LF炉精炼工艺主要是依靠电极加热、钢包底吹氩、造白渣等手段来降低钢水中氧、硫等有害元素的含量，以达到精炼的目的。炼钢就是炼渣，炉渣的流动性好，碱度适当，再配以相应的吹氩参数，就能最大限度的控制钢中的夹杂物总量，净化钢种，因此炉外精炼中特别重视造渣。

　　2.精炼渣系的分类

　　精炼渣的基础渣一般多选CaO-SiO2-Al2O3系三元相图的低熔点位置的渣系。基础渣最重要的作用就是控制渣的碱度，而渣的碱度对精炼过程中脱硫、脱氧都有较大的影响。LF精炼渣从其组成大致可以分为五类[1]：

　　(1)CaO-CaF2渣系

　　CaO-CaF2渣系具有很强的脱硫能力，其硫容量在二元渣系中最高。CaO-CaF2渣系在1500℃下的硫容量高达0.030。合成渣中CaO与CaF2应有适当的比例。若渣中CaO含量较高，则合成渣熔点过高，流动性差，精炼效果不明显;若比值过低，合成渣中CaF2含量较高，对CaO起了稀释作用，降低了CaO的有效浓度，对脱硫不利。

　　(2)CaO-Al2O3-CaF2渣系

　　由于精炼渣原料中不可避免的带入SiO2，因而CaO-Al2O3-CaF2渣系实际为CaO-Al2O3-CaF2- SiO2渣系。Oguch S等人测定了CaO-Al2O3-CaF2- SiO2渣系在1550℃时的硫含量，研究表明，CaF2含量对渣中硫含量影响很小，主要取决于ω(CaO)/ω(SiO2)的大小。

　　(3)CaO-Al2O3渣系

　　CaO-Al2O3渣系实际为CaO-Al2O3-SiO2渣系，它应用于炉外精炼具有很多冶金特性，如碱度高，脱硫能力强，氧势低，可起到扩散脱氧的作用。吸收夹杂能力强，不含氟或含低氟，适于精炼快速操作和环保的要求等。

　　(4)BaO-MgO-Al2O3-SiO2渣系

　　BaO与CaO同属碱土金属氧化物，从热力学分析可知，BaO的脱氧能力比CaO的脱氧能力强，BaO的光学碱度是CaO的1.15倍，因此BaO基脱硫渣系往往较CaO基脱硫渣系具有更高的硫容量。但以BaO为基的脱硫渣系未能在工业生产中大规模应用，其主要原因是BaCO3资源远不如CaCO3丰富，因此BaO脱硫渣系的成本要高于通常使用的CaO脱硫渣系，从而使其在实际应用中受到限制。

　　(5)含铝灰的脱硫渣系

　　铝灰是由铝电解时铝液面上的熔渣或铝铸造时铝液面上浮的渣粉，经加工碾成粉状，其含铝量为15%～20%，其余成分是Al2O3和SiO2。研究发现，铝灰中所含的铝及Al2O3与普通化学试剂所含晶格结构不同，具有更高的活性。铝灰是非常有开发潜力的脱硫原料。

　　3.合成精炼渣中各组分的作用

　　LF精炼渣根据其功能由基础渣、脱硫剂、还原剂、发泡剂和助溶剂等部分组成。见表1[2][3]。精炼渣最重要的作用就是控制LF炉渣的碱度，而碱度对精炼过程的脱氧、脱硫效果均有较大的影响。提高渣的碱度可使钢中平衡氧降低，提高硫在渣钢之间的分配比，即有利于脱硫和脱氧。但是如果精炼渣碱度过高，会使精炼渣粘度过大，流动性差，使渣钢界面硫扩散成为限制性环节，影响脱硫效果[5]。

　　4.LF精炼渣的泡沫化

　　在钢包精炼炉中使用泡沫渣精炼工艺，可以做到埋弧加热，稳定电弧，提高精炼过程的热效率，减少加热电弧对钢包炉壁的高温辐射，保护炉衬，提高处理用钢包的使用寿命，减少钢水的二次氧化机会。

　　对于炉渣的泡沫化性能，从以前研究者的工作来看，主要的影响因素是渣密度、粘度、表面张力等。而渣的成分、气泡大小等其他因素对炉渣的泡沫化性能都有所影响[4]。

　　碱度R是表示炉渣成分组成的一个重要的物理量。有研究表明，CaO-SiO2系熔渣的发泡指数随碱度的增减呈现波状变化。在R<2时，发泡指数随着R的增大而增大。这是因为随着R的增大引起熔渣中固相质点2CaO-SiO2不断增多，提高了渣的粘度，对气泡运动起到了阻碍作用，延长了气泡在熔渣中的滞留时间。另外，固相质点黏附在气液界面上还提高了液膜的粘度和弹性，从而使液膜难以劈裂。而在R大于2后发泡指数有下降的趋势。

　　SiO2属于表面活性物质，适量增加其含量有利于炉渣泡沫化，而P2O5和S同样也属于表面活性物质，有研究结果表明它们却不利于泡沫渣的产生，所以对于熔渣表面活性物质也不能一概而论。

　　有研究表明，Al2O3对泡沫渣的影响与渣中萤石(CaF2)含量有关。当萤石含量为5%时，Al2O3对泡沫化有促进作用;当萤石含量为10%时，Al2O3对泡沫化有抑制作用。

　　萤石是常见的炉渣助熔剂，有的研究者认为精炼渣中的萤石可使熔渣表面张力下降，促进泡沫的生成;但也有人认为渣中萤石不利于熔渣的泡沫化，只有渣中存在难溶的颗粒时才会促进泡沫产生。这种研究结果的不一致，还表现在FeO，MgO等成分上。

　　综合来看，炉渣成分对于熔渣泡沫化性能的影响相当复杂，这是由于炉渣成分对熔渣物理性能影响的复杂性而造成的。

　　5.结语

　　随着连铸的发展和对高品质钢材需求的增加二次精炼过程变得越来越重要。钢包炉作为一种重要的炉外精炼设备得到了广泛的应用。有研究表明，LF炉运行成本的60%是用于钢包耐火材料方面。故钢包炉要达到经济高效运行的目的，须进一步研究精炼渣的成分和性能。目前对于精炼渣不仅要求要有良好的精炼能力，同时还必须有合适的密度、粘度、表面张力等物理性能以满足炉渣泡沫化的要求。由于人们环境保护和成本意识的增强，LF精炼渣有以低含氟渣甚至是无氟渣系代替高含氟渣的趋势。为使精炼渣加入钢包后快速均匀熔化，也常采用预熔型精炼渣，预熔型铝钙渣因其成分均匀，熔点低，熔速快，可缩短精炼时间，不含氟等特点，正越来越受到重视。

　　参考文献

　　1.孟劲松，LF合成精炼渣优化与深脱硫工艺研究[D]，东北大学，2006

　　2.杨丽，对精炼炉炉渣性能的分析[J]，一重技术，2008(6).

　　3.林功文.钢包炉(LF)精炼用渣的功能和配置[J].特殊钢，2001.12(6).

　　4.张东力.LF泡沫精炼渣研究及钢包精炼炉数理模拟[D]，东北大学，2003.8

　　5.黄宗泽等，LF的精炼埋弧工艺技术研究[J]，宝钢技术，1998，6.