精炼渣

冶金工程术语

精炼渣是指将原料按一定比例和粒度混合后，在低于原料熔点的情况下加热，使原料烧结在一起，再破碎成颗粒粒度后使用的技术。主要成分是CaO-CaF2基，CaO-Al2O3基，CaO-Al2O3-SiO2基，从精炼渣的形态主要有烧结型，预熔型和混合型。

简介

烧结型精炼渣的成分更均匀，稳定，熔化速度更快，但成本相对增加，且由于烧结渣密度小，气孔多，易造成精炼过程吸气。

预熔型精炼渣是指将原料按一定比例混合后，在专用设备中利用高温在高于渣系熔点温度的情况下将原料熔化成液态，再冷却破碎后用于炼钢的精炼渣。预熔型精炼渣的纯净度高，化学成分均匀，物相稳定，熔点低，成渣速度快，可大幅度缩短精炼时间且可直接用于转炉钢包出钢过程渣洗，提高钢水的洁净度。并且不含氟或少量含氟，减少炉衬侵蚀，有效的减少了氟对环境的污染。由于预熔型精炼渣的结构致密，不吸水，便于储运仓储，不粉化，不挥发，可显著减少钢铁厂粉尘污染，但生产成本较高。

在冶金过程中，炉渣成分对钢水的洁净度有着十分重要的影响。转炉出钢后进入到钢包中的高氧化性炉渣由于FeO、MnO 等不稳定氧化物含量较高，会持续不断向钢液传氧，严重影响铝的收得率和钢液的洁净度，最终导致水口堵塞和板材表面质量缺陷。精炼渣控制技术在上世纪就已被Armco、Posco、Nippon Steel 等厂家应用于IF钢的生产，通过合理地控制精炼渣成分来有效降低钢液中夹杂物和有害元素的含量从而得到高洁净度钢材。因此在尽量减少出钢下渣量的基础上应用精炼渣控制技术尤为重要。国内某厂针对IF 钢的精炼渣控制技术并对改质后精炼渣的各项理化性能进行分析研究，为洁净钢生产过程中精炼渣系的选择提供依据。

工艺流程

国内某厂当前采用“顶底复吹转炉→LF→RH→中薄板坯连铸”工艺流程生产IF 钢。转炉出钢过程采用下渣检测技术，控制钢包渣层厚度在50 ～ 80 mm。出钢1 /2 时加入调节剂石灰和萤石来稀释渣中的FeO、MnO 不稳定氧化物，待出钢完毕后向炉渣表层投入金属铝基还原剂，并向钢中喂入铝线。LF 进行电极加热升温和炉渣还原改质，RH 破空后补加部分还原剂来进行精炼渣成分微调。

金属铝基还原剂可以降低渣中的不稳定氧化物含量。与含钙化合物还原剂相比，金属铝基还原剂不会造成钢水增碳或者增硅，因而广泛应用于高品质冷轧板材的生产。

精炼渣性能研究

对正常生产过程中任意选择2 个炉次，对不同工序取渣样进行化学成分分析。

还原性

转炉出钢后炉渣的氧化性很高，w ( FeO +MnO) = 25 % ～ 40 %。炉渣还原处理后渣中w( FeO +MnO) 急剧下降。改质完毕后，RH 处理过程中炉渣w( FeO + MnO) =0.72 % ～ 5.38 %，并且大部分情况可以控制在3 %以下水平，为钢液脱氧、脱硫创造了条件。

流动性

为了增强精炼渣对夹杂物的吸收能力，首先必须控制好其成分使之位于低熔点区域。CaOAl2O3-SiO2渣系1 300 ℃ 左右的低熔点区共有3个。其中Ⅱ、Ⅲ区具有较高的SiO2含量不能用于铝脱氧钢的精炼处理，而Ⅰ区SiO2活度较低( 约为10-4，以纯固态为标准态) 适宜用作精炼渣系。RH 处理过程中精炼渣的成分基本控制在Ⅰ区附近，熔点约为1 335 ℃，能够很好保证精炼渣良好的流动性。

黏度对炉渣与钢液间的传质及传热速率有着十分密切的关系，影响着冶金反应的速率。当渣中CaO 含量过高时，渣中的固相质点析出会导致炉渣黏度上升流动性恶化。但是由于该精炼渣中含有较多的Al2 O3，有效解决了炉渣流动性的问题。从CaO-Al2O3-SiO2渣系等黏度图可以看出，该厂精炼渣的黏度可以控制在低黏度区( 约1.5 ～ 2 Pa·s) 。

去除夹杂物性能

钢中的夹杂物一旦上浮至渣钢界面就应被炉渣牢牢吸附并快速溶解，如果炉渣对夹杂物的吸附能力不够则夹杂物有可能被钢流重新带回到钢液内部。从夹杂物去除的角度出发，炉渣应该既要保持与夹杂物的良好润湿性又要具备快速溶解夹杂物的能力。Al2 O3在CaO-Al2 O3-SiO2系炉渣的溶解速率取决于很多因素。在温度、搅拌条件等影响因素不变的条件下，只考虑炉渣成分对其影响。

在该精炼渣成分范围内，炉渣对Al2O3的相对溶解速率较高。Al2O3在CaO-Al2O3-SiO2渣系的相对溶解速率精炼渣碱度对钢水脱氧有较大影响。研究表明，随着碱度提高和渣中SiO2含量的降低，精炼渣的脱氧能力提高，这是由于渣中SiO2含量的降低使得其活度的下降从而减小或者避免渣中SiO2对脱氧钢液的二次氧化。精炼渣的二元碱度很高，w( CaO) /w( SiO2) =5 ～ 11。钢包渣吸收Al2O3夹杂的能力保持在较高的水平，同时防止了由SiO2引起的二次氧化，抑制了回硅、回硫。

除精炼渣碱度以外，渣中w( CaO) /w( SiO2)对脱氧有着不可忽视的作用。日本川崎水岛厂生产超低碳钢的试验表明，当顶渣w( CaO) /w( SiO2) = 1.4 ～ 1.8 时，精炼渣吸附Al2O3夹杂的能力达到最大。该厂精炼渣基本满足了上述要求。RH 出站钢包渣中的Al2 O3含量明显高于进站值，说明RH 处理过程中夹杂物不断上浮进入渣中。

脱硫性能

RH 加铝脱氧后钢中的自由氧含量很低，加上钢液上方覆盖有高碱度、高还原性的精炼渣，这就为钢液脱硫提供了有利的热力学条件。

炉渣的光学碱度表示了渣中CaO 提供氧离子( O2- ) 的能力，代表了其参与脱硫能力的强弱。

研究表明，炉渣光学碱度在0.78 ～ 0.82时具有最强的脱硫能力。计算得出精炼渣的光学碱度为0.74 ～ 0. 76，说明该精炼渣具有较强的脱硫能力。

对于CaO-MgO-Al2 O3-SiO2渣系，计算结果表明RH 处理过程中精炼渣可以控制在0.020 ～ 0.030的高硫容量区间。

生产实践

对3 个炉次连铸坯进行大样电解和总氧含量分析。铸坯总氧含量都在30×10-6 以下， 10 kg 铸坯中大型夹杂物平均含量3.38 mg 左右，大型夹杂物控制水平较高。中薄板坯连铸机可连浇6 炉以上，解决了Ti-IF 钢难浇性问题。

高碱度高硫容量精炼渣使得RH 处理过程中钢水硫含量发生一定程度的下降。某一炉次RH进站钢水中的w( S) 为70×10-6，出站时降至40×10-6，脱硫率达到42.8 %。成品平均硫含量为38 ×10-6，这为RH 生产低硫钢提供一定的借鉴思路。

总结

1) 采用金属铝基还原剂对转炉出钢后高氧化性炉渣在LF 进行还原改质处理，精炼渣w( FeO + MnO) 控制在3 % 以下，RH 处理过程中能快速吸附去除夹杂物。铸坯总氧质量分数小于30 × 10-6，大型夹杂物控制水平较高。

2) 精炼渣的黏度在1.5 ～ 2 Pa·s，熔点在1 335 ℃附近，炉渣流动性较好。

3) 精炼渣的光学碱度为0.74 ～ 0.76，硫容量在0.0020 ～ 0.0030，具有较强的脱硫能力。