CSP流程低碳低硅铝镇静钢精炼渣成分优化

第36卷增刊1 北京科技大学学报 Vol.36 Suppl.1 2014年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2014 CSP流程低碳低硅铝镇静钢精炼渣成分优化 郭 请)四，程树森”，程子建2，张鹏” 1)北京科技大学治金与生态工程学院，北京1000832)酒泉钢铁（集团）有限责任公司，甘肃嘉峪关735100 ☒通信作者，E-mail:uojingzq(@163.com 摘要通过热力学分析和计算，得出紧凑式带钢生产技术(CS)流程低碳低硅铝镇静钢优化精炼渣成分（质量分数）为： Ca050%-55%,A,0330%-36%,Si021%-6%.在[A1%]=0.03时与之平衡的钢液成分为：[Si]0.2%-0.4%,氧活度 (a回）小于4.5×10-6，[C]2×10-5~4×10-5.优化的精炼渣有很好的脱氧、脱硫和控硅能力，同时其有较低的熔点，优良 的流动性和吸收夹杂物能力.实验室渣一钢平衡实验和工业试验均证明，优化的精炼渣系能够很好地控制钢液成分和夹杂物， 有效提高钢水的洁净度.使用优化渣系后冷轧板由于表面质量问题而降级使用的比率由原来的1.23%降低为0.8%，而且吨 钢钢包(LF)精炼成本降低了4.30元，接近10% 关键词炉渣；渣一钢平衡：夹杂物：洁净度 分类号T℉769.2 Optimization of refining slag composition for low carbon low silicon Al-killed steel during CSP process GUO Jing,CHENG Shu-sen,CHENG Zijian),ZHANG Peng) 1)School of Metallurgical and Ecological Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing,100083,China 2)Jiuquan Iron Steel (Group)Co.Lid.,Jiayuguan 735100,China Corresponding author,E-mail:guojingzq@163.com ABSTRACT By thermodynamic calculations and analysis,the optimized slag composition (mass fraction)of ladle refining for low carbon low silicon Al-killed steel grades was optimized during compact strip production (CSP)process as Cao 50%-55%,Al2O 30%-36%,Si0,1%-6%.The equilibrium liquid steel composition is as [Si]0.2%-0.4%,at lower than 4.5x10, [Ca]2x10-5-4x10-when dissolved Al is approximating 0.03%.The optimized slag is more favorable for deoxidation,desulfu- rization and desiliconization.In addition,it is also with low melting point,quite well fluidity as well as the ability to absorb inclusions. Finally,both slag-steel equilibrium experiments in laboratory scale and industrial trials in plant scale verified that optimized slag can very control the steel composition as well as inclusion composition and improve steel cleanness quite a lot.After applied the optimized slag,the ratio of cold rolled strips that are degraded due to surface quality problems decrease from 1.23%to 0.8%,and the costs of LF refining reduce by 4.30 RMB per ton Fe,namely approximating 10%. KEY WORDS slag:slag-steel equilibrium:inclusion:cleanness CSP工艺全称为紧凑式带钢生产技术.相对传 因之一.由于酒钢CSP使用的是30t中间包，钢液 统轧制技术，由于CSP高拉速高热流强度，在铸坯 在中间包中停留时间较短，故夹杂物在中间包上浮 和轧板中可能导致的裂纹和缺陷产生机率增加.夹 不好，对钢液的洁净度要求更高.目前酒钢CSP一 杂物是导致在轧制过程中出现表面裂纹的最主要原 般生产低碳低硅铝镇静钢，钢包(LF)精炼使用高碱 收稿日期：2013-11-25 基金项目：国家自然科学基金资助项目(61271303) DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2014.s1.036:http://jourals.ustb.edu.cn

第 36 卷 增刊 1 2014 年 4 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 36 Suppl． 1 Apr． 2014 CSP 流程低碳低硅铝镇静钢精炼渣成分优化 郭 靖1) ，程树森1) ，程子建1，2) ，张 鹏1) 1) 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083 2) 酒泉钢铁( 集团) 有限责任公司，甘肃嘉峪关 735100  通信作者，E-mail: guojingzq@ 163． com 摘 要 通过热力学分析和计算，得出紧凑式带钢生产技术( CSP) 流程低碳低硅铝镇静钢优化精炼渣成分( 质量分数) 为: CaO 50% ～ 55% ，Al2O3 30% ～ 36% ，SiO2 1% ～ 6% ． 在［Al%］= 0. 03 时与之平衡的钢液成分为: ［Si］0. 2% ～ 0. 4% ，氧活度 ( a［O］) 小于 4. 5 × 10 － 6 ，［Ca］2 × 10 － 5 ～ 4 × 10 － 5 ． 优化的精炼渣有很好的脱氧、脱硫和控硅能力，同时其有较低的熔点，优良 的流动性和吸收夹杂物能力． 实验室渣--钢平衡实验和工业试验均证明，优化的精炼渣系能够很好地控制钢液成分和夹杂物， 有效提高钢水的洁净度． 使用优化渣系后冷轧板由于表面质量问题而降级使用的比率由原来的 1. 23% 降低为 0. 8% ，而且吨 钢钢包( LF) 精炼成本降低了 4. 30 元，接近 10% ． 关键词 炉渣; 渣--钢平衡; 夹杂物; 洁净度 分类号 TF769. 2 Optimization of refining slag composition for low carbon low silicon Al-killed steel during CSP process GUO Jing1)  ，CHENG Shu-sen1) ，CHENG Zi-jian1，2) ，ZHANG Peng1) 1) School of Metallurgical and Ecological Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing，100083，China 2) Jiuquan Iron ＆ Steel ( Group) Co． Ltd． ，Jiayuguan 735100，China  Corresponding author，E-mail: guojingzq@ 163． com ABSTＲACT By thermodynamic calculations and analysis，the optimized slag composition ( mass fraction) of ladle refining for low carbon low silicon Al-killed steel grades was optimized during compact strip production ( CSP) process as CaO 50% － 55% ，Al2O3 30% － 36% ，SiO2 1% － 6% ． The equilibrium liquid steel composition is as ［Si］0. 2% － 0. 4% ，a［O］ lower than 4. 5 × 10 － 6 ， ［Ca］2 × 10 － 5 － 4 × 10 － 5 when dissolved Al is approximating 0. 03% ． The optimized slag is more favorable for deoxidation，desulfu￾rization and desiliconization． In addition，it is also with low melting point，quite well fluidity as well as the ability to absorb inclusions． Finally，both slag-steel equilibrium experiments in laboratory scale and industrial trials in plant scale verified that optimized slag can very control the steel composition as well as inclusion composition and improve steel cleanness quite a lot． After applied the optimized slag，the ratio of cold rolled strips that are degraded due to surface quality problems decrease from 1. 23% to 0. 8% ，and the costs of LF refining reduce by 4. 30 ＲMB per ton Fe，namely approximating 10% ． KEY WOＲDS slag; slag-steel equilibrium; inclusion; cleanness 收稿日期: 2013--11--25 基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 61271303) DOI: 10． 13374 /j． issn1001--053x． 2014． s1． 036; http: / /journals． ustb． edu． cn CSP 工艺全称为紧凑式带钢生产技术． 相对传 统轧制技术，由于 CSP 高拉速高热流强度，在铸坯 和轧板中可能导致的裂纹和缺陷产生机率增加． 夹 杂物是导致在轧制过程中出现表面裂纹的最主要原 因之一． 由于酒钢 CSP 使用的是 30 t 中间包，钢液 在中间包中停留时间较短，故夹杂物在中间包上浮 不好，对钢液的洁净度要求更高． 目前酒钢 CSP 一 般生产低碳低硅铝镇静钢，钢包( LF) 精炼使用高碱

增刊1 郭靖等：CSP流程低碳低硅铝镇静钢精炼渣成分优化 ·195· 度高A山，O3低氧化性渣.顶渣通过渣一钢反应影响 炼渣也处于区域B附近，但其大多处于CaO饱和的 钢液成分，所以前人己对渣一钢水一夹杂物平衡作了 固液两相共存区，没在低熔点的液相区内，仍需进一 很多研究1.同时，一般用冷轧碳素钢薄板坯钢带 步优化. (SPCC)LF精炼要求低氧低硫低硅控制，目前同时 考虑控制O、S和Si的文献也不多见.本文利用热 力学软件FactSage计算了Si02-Ca0-AL,0,渣系的 0.8-sig 0.2 各组成的等活度图，并通过渣钢平衡计算得到与之 0.6 0.4 平衡的钢液成分.得到优化的精炼渣成分.此外， 通过实验室实验和工业试验验证了优化渣系良好的 0.4 06 精炼效果 0.2A 液相区 0.8 1理论分析与计算 Cao 0.8 0.6 0.4 0.2 A1,0 质量分数 酒钢CSP流程低碳低硅铝镇静钢，如SPCC钢， 图11873K时Ca0-Al203Si02三元相图 在LF精炼过程使用CaO-A山，03SiO2渣系，含有少 Fig.1 Ca0-Al,O;-Si02 ternary phase diagram at 1873 K 量Mg0.文献5]使用FactSage计算得知，Mg0质 量分数控制在4%~8%为宜，6%为最佳.图1为 首先利用热力学软件FactSage计算了SiO2一 1873KCa0-A山，03-Si02三元系渣相图，图中数据 Ca0-Al,0,三元系各成分1873K等活度线，如图2 点表示取样精炼渣成分.Ca0-Al,O3-Si02三元渣 所示.可见在高碱度高C/A(其中C表示CaO质量 系有两个低熔点区域（如图1中区域A和B),其熔 分数，A表示A山，O3质量分数)情况下（区域B), 点均小于1773K.区域A渣中Si02含量较高，不利 Si02的活度为0.0001~0.001，这样有利于控制钢 于控制钢中Si含量，同时脱疏能力也较差，不适合 中Si含量，抑止增Si;即使渣中A山，03质量分数达 作为SPCC钢的精炼渣系.区域B渣SiO2较低， 30%~40%,其活度为0.01~0.005，甚至更低，其 Ca0含量很高，有利于控制钢液中Si含量和LF精 具有很强的吸收A山，0，夹杂物能力：Ca0活度很高 炼脱硫，故精炼渣系应选择在此区域.酒钢实际精 有利于脱硫。 S (e) 0.8 .02 08 02 0.8 02 0.6 0.4 0.6 0.4 0.4 0.4 0.6 0.6 0.42 0.6 0.2 0.8 02 0 0.2 0.8 CaU 0.8 0.604 0.2 ALO,Cao 0.8 0.6 04 0.2 ALO,Cao 08 0.6 04 02 ALO, 质量分数 质量分数 质量分数 图21873KCa0-Si02-A山203三元系渣中各组元等活度图.(a)Isou(Si02):(b)lsou(Ca0):(c)Isom(Al03) Fig.2 Iso-activity diagrams of component in Ca0-i02 Al,0:ternary system slag at 1873 K:(a)Iso (Si02):(b)Iso-a (Ca0):(c)Iso- (A203) 为了从理论上估计与三元系炉渣相平衡的钢液 图3(b)所示，随着碱度增大，a回减小，随着C/A增 成分，根据表1的热力学数据和图2的活度数据进 大，a回亦减小.所以高碱度高C/A对LF中脱氧也 行渣一钢平衡计算，其结果如图3所示.可见在液相 有利.在固液两相区，SiO2一定时，C/A增大，a回是 区内，随着炉渣碱度增大，S%]大幅降低，C/A增 增大的，C/A过高并不利于LF脱氧，这因为C/A过 大，S%]含量亦降低，所以高碱度高C/A精炼渣 高，Ca0饱和析出，使液相量减少，同时动力学条件 有利于控制钢液中S]含量.在固液两相区，由于 也会变差.Yoon等回研究得出，当渣中C/A由 Ca0己经饱和，在w(AL,03)/w(SiO2)不变时，Ca0 2.0~4.4下降到1.2~2.0，钢中总氧(T.0)质量分 含量增大，液相区成分并不改变反而是液相量减少 数下降了约33%，与本文的分析结果是一致的

增刊 1 郭 靖等: CSP 流程低碳低硅铝镇静钢精炼渣成分优化 度高 Al2O3 低氧化性渣． 顶渣通过渣--钢反应影响 钢液成分，所以前人已对渣--钢水--夹杂物平衡作了 很多研究［1--5］． 同时，一般用冷轧碳素钢薄板坯钢带 ( SPCC) LF 精炼要求低氧低硫低硅控制，目前同时 考虑控制 O、S 和 Si 的文献也不多见． 本文利用热 力学软件 FactSage 计算了 SiO2--CaO--Al2O3 渣系的 各组成的等活度图，并通过渣钢平衡计算得到与之 平衡的钢液成分． 得到优化的精炼渣成分． 此外， 通过实验室实验和工业试验验证了优化渣系良好的 精炼效果． 1 理论分析与计算 酒钢 CSP 流程低碳低硅铝镇静钢，如 SPCC 钢， 在 LF 精炼过程使用 CaO--Al2O3 --SiO2 渣系，含有少 量 MgO． 文献［5］使用 FactSage 计算得知，MgO 质 量分数控制在 4% ～ 8% 为宜，6% 为最佳． 图 1 为 1873 K CaO--Al2O3 --SiO2 三元系渣相图，图中数据 点表示取样精炼渣成分． CaO--Al2O3 --SiO2 三元渣 系有两个低熔点区域( 如图 1 中区域 A 和 B) ，其熔 点均小于 1773 K． 区域 A 渣中 SiO2 含量较高，不利 于控制钢中 Si 含量，同时脱硫能力也较差，不适合 作为 SPCC 钢的精炼渣 系． 区 域 B 渣 SiO2 较 低， CaO 含量很高，有利于控制钢液中 Si 含量和 LF 精 炼脱硫，故精炼渣系应选择在此区域． 酒钢实际精 炼渣也处于区域 B 附近，但其大多处于 CaO 饱和的 固液两相共存区，没在低熔点的液相区内，仍需进一 步优化． 图 1 1873 K 时 CaO--Al2O3 --SiO2 三元相图 Fig． 1 CaO-Al2O3 -SiO2 ternary phase diagram at 1873 K 首先利用热 力 学 软 件 FactSage 计 算 了 SiO2 -- CaO--Al2O3 三元系各成分 1873 K 等活度线，如图 2 所示． 可见在高碱度高 C /A( 其中 C 表示 CaO 质量 分数，A 表 示 Al2O3 质 量 分 数) 情 况 下( 区 域 B) ， SiO2 的活度为 0. 0001 ～ 0. 001，这样有利于控制钢 中 Si 含量，抑止增 Si; 即使渣中 Al2O3 质量分数达 30% ～ 40% ，其活度为 0. 01 ～ 0. 005，甚至更低，其 具有很强的吸收 Al2O3 夹杂物能力; CaO 活度很高 有利于脱硫． 图 2 1873 K CaO--SiO2 --Al2O3 三元系渣中各组元等活度图． ( a) Iso-a( SiO2 ) ; ( b) Iso-a( CaO) ; ( c) Iso-a( Al2O3 ) Fig． 2 Iso-activity diagrams of component in CaO-SiO2 -Al2O3 ternary system slag at 1873 K: ( a) Iso-a( SiO2 ) ; ( b) Iso-a( CaO) ; ( c) Iso-a ( Al2O3 ) 为了从理论上估计与三元系炉渣相平衡的钢液 成分，根据表 1 的热力学数据和图 2 的活度数据进 行渣--钢平衡计算，其结果如图 3 所示． 可见在液相 区内，随着炉渣碱度增大，［Si%］大幅降低，C /A 增 大，［Si%］含量亦降低，所以高碱度高 C /A 精炼渣 有利于控制钢液中［Si］含量． 在固液两相区，由于 CaO 已经饱和，在 w( Al2O3 ) /w( SiO2 ) 不变时，CaO 含量增大，液相区成分并不改变反而是液相量减少． 图 3( b) 所示，随着碱度增大，a［O］减小，随着 C /A 增 大，a［O］亦减小． 所以高碱度高 C /A 对 LF 中脱氧也 有利． 在固液两相区，SiO2 一定时，C /A 增大，a［O］是 增大的，C /A 过高并不利于 LF 脱氧，这因为 C /A 过 高，CaO 饱和析出，使液相量减少，同时动力学条件 也会 变 差． Yoon 等［9］ 研 究 得 出，当 渣 中 C /A 由 2. 0 ～ 4. 4 下降到 1. 2 ～ 2. 0，钢中总氧( T． O) 质量分 数下降了约 33% ，与本文的分析结果是一致的． ·195·

·196 北京科技大学学报 第36卷 图3(c)所示，随着炉渣碱度增大，与之平衡的[Ca] 增大，C/A增大，[Ca]随之增大. 表1渣钢间化学反应及其热力学数据 Table 1 Chemical reactions and their thermodynamic data between steel and slag 反应式 标准吉布斯自由能△G 参考文献 4[A0+3(Si02)=3[Si1+2(A,0) -658300+107.2T 6和] [Si]+2[0]=(Si0,) -581900+221.8T ]和8] 2[Ca]+(Si0,)=[Si]+2(Ca0) -708500+76.3T ]和[8] Iso-Si%] Iso [Cal10-5 {A1%=0.03 Iso a./10 Si%-0.02 (a0.8 0.2 (b) 0.8f 0.2Si%-0.02 0.8 0.2 0.6 0.4 0.6 .0.4 0.6 04 0.4/ .0.6 0.4 0.6 0.4 0.6 02 0.8 0.2 0.8 02 08 03 Cao 0.8 0.60.4 0.2 AL,O,Cao 0.8 0.60.4 0.2 0.8 0.604 0.2 质量分数 质量分数 质量分数 图31873K与Ca0-Si02-A山，03三元系渣平衡钢液成分.(a)so-[Si%]:(b)ls0m回：(c)lso-[Ca] Fig.3 Iso-content diagrams of liquid steel in equilibrium with Ca temary system at 1873 K:(a)Iso-[Si](b)Iso (e)Iso- [Cal 由图4可见，在高碱度高C/A的区域B,CaO- 热力学计算可得，CSP流程低碳低硅铝镇静钢LF精 Si02一A山，0，三元系渣有最好的流动性能和吸收夹 炼渣最佳优化成分范围为：Ca050%~55%,A山，03 杂物能力.所以，综上所述，区域B的渣系有很好的 30%~36%,Si021%~6%,碱度9.0~14.0， 脱氧、脱硫和控制Sⅰ含量能力，同时其有较低的熔 w(Ca0)/w(Al203)1.5~1.8,在[A1%]=0.03时与 点，优良的流动性和吸收夹杂物能力.同时应该指 之平衡的钢液成分为：Si]0.2%~0.4%,a回低于 出，相应的液相线附近为最佳成分，超过液相线炉渣 4.5×10-6,[Ca]4×10-5左右. 中有固相的CaO析出，上述性能会降低.所以通过 Si0,/% 最差 (a (b) 0.8 0.2 25 750 最优 0.6 0.4 50 50 0.4 030 0.6 0.2 08 75 25 Cao 0.8 0.6 0.4 02 ALO. 25 50 75 A1,0,/ 质量分数 图4Ca0Si02-A山，0，三元系渣1873K等黏度图(a)和吸收夹杂物能力(b)0 Fig.4 Iso-viscosity diagram (a)and ability to absorb an inclusion (b)for Ca0-Si0,Al2O,ternary system at 1873 K 其成分如下（质量分数/%）：C0.011,Si0.010,Mn 2实验室渣-钢平衡试验 0.17,S0.013,Als0.015,T.00.0038.预熔两组合 为了检验优化精炼渣的精炼效果，在实验室条 成渣成分为（质量分数/%）：1·Ca054,A山20335， 件下进行了2组渣钢平衡实验.首先根据酒钢 Mg06.0,Si025.0:2"Ca060,Al,0330,Mg06.0, SPCC钢LF进站钢液成分用真空感应炉制作基铁， Si024.0.1"和2"渣系分别代表优化渣系和酒钢原

北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 图 3( c) 所示，随着炉渣碱度增大，与之平衡的［Ca］ 增大，C /A 增大，［Ca］随之增大． 表 1 渣钢间化学反应及其热力学数据 Table 1 Chemical reactions and their thermodynamic data between steel and slag 反应式 标准吉布斯自由能 ΔGθ 参考文献 4［Al］+ 3( SiO2 ) 3［Si］+ 2( Al2O3 ) － 658300 + 107. 2T ［6］和［7］ ［Si］+ 2［O］ (  SiO2 ) － 581900 + 221. 8T ［1］和［8］ 2［Ca］+ ( SiO2) ［ Si］+ 2( CaO) － 708500 + 76. 3T ［1］和［8］ 图 3 1873 K 与 CaO--SiO2 --Al2O3 三元系渣平衡钢液成分． ( a) Iso-［Si% ］; ( b) Iso-a［O］; ( c) Iso-［Ca］ Fig． 3 Iso-content diagrams of liquid steel in equilibrium with CaO-SiO2 -Al2O3 ternary system at 1873 K: ( a) Iso-［Si% ］; ( b) Iso-a［O］; ( c) Iso- ［Ca］ 由图 4 可见，在高碱度高 C /A 的区域 B，CaO-- SiO2 --Al2O3 三元系渣有最好的流动性能和吸收夹 杂物能力． 所以，综上所述，区域 B 的渣系有很好的 脱氧、脱硫和控制 Si 含量能力，同时其有较低的熔 点，优良的流动性和吸收夹杂物能力． 同时应该指 出，相应的液相线附近为最佳成分，超过液相线炉渣 中有固相的 CaO 析出，上述性能会降低． 所以通过 热力学计算可得，CSP 流程低碳低硅铝镇静钢 LF 精 炼渣最佳优化成分范围为: CaO 50% ～ 55% ，Al2O3 30% ～ 36% ，SiO2 1% ～ 6% ，碱 度 9. 0 ～ 14. 0， w( CaO) /w( Al2O3 ) 1. 5 ～ 1. 8，在［Al%］= 0. 03 时与 之平衡的钢液成分为: ［Si］0. 2% ～ 0. 4% ，a［O］低于 4. 5 × 10 － 6 ，［Ca］4 × 10 － 5 左右． 图 4 CaO--SiO2 --Al2O3 三元系渣 1873 K 等黏度图( a) 和吸收夹杂物能力( b) ［10］ Fig． 4 Iso-viscosity diagram ( a) and ability to absorb an inclusion ( b) for CaO-SiO2 -Al2O3 ternary system at 1873 K 2 实验室渣--钢平衡试验 为了检验优化精炼渣的精炼效果，在实验室条 件下 进 行 了 2 组渣钢平衡实验． 首 先 根 据 酒 钢 SPCC 钢 LF 进站钢液成分用真空感应炉制作基铁， 其成分如下( 质量分数/% ) : C 0. 011，Si 0. 010，Mn 0. 17，S 0. 013，Als 0. 015，T． O 0. 0038． 预熔两组合 成渣成分为( 质量分数/% ) : 1# CaO 54，Al2O3 35， MgO 6. 0，SiO2 5. 0; 2# CaO 60，Al2O3 30，MgO 6. 0， SiO2 4. 0． 1# 和 2# 渣系分别代表优化渣系和酒钢原 ·196·

增刊1 郭靖等：CSP流程低碳低硅铝镇静钢精炼渣成分优化 ·197· 有渣系.用SKL16管式电阻炉作渣钢平衡实验，实 质量分数.相比较而言，使用优化精炼渣系的精炼 验用预熔渣和基铁质量比为1：3.升温到1600℃， 效果更为优越，特别T.0含量要明显低于原有渣 投入约0.3%的铝线后保温150min,以保证渣钢反 系.相应的，使用优化渣系钢中夹杂物数量减少，用 应达到平衡.表2所示为渣一钢平衡实验后在钢研 扫描电镜一能谱观察到的夹杂物大多为球形的低熔 总院化验的钢样成分 点的Ca0-A山203-Mg0复合夹杂物，尺寸较小(1~ 表2实验室渣-钢平衡实验钢样成分（质量分数） 3m).只有极个别为高熔点的A山，03和Mg0- Table 2 Composition of steel after slag-steel equilibrium experiment in A山，0，尖晶石夹杂物.由此可见，优化的精炼渣可以 laboratory scale 很好的控制夹杂物数量、尺寸、形貌和成分.此外， 编号C Si Mn S Als T.O Ca 如图5所示，在预熔过程中，发现1"渣在1600℃时 1÷0.0120.0130.170.00330.0470.00140.0031 己基本熔化，为稍显白色的墨绿色渣；而2"渣只有 20.0110.0140.210.00340.0340.00230.0048 部分熔化，优化渣系的熔化性明显优于原渣系.精 炼结束后2"渣比1白得多，明显分为上下两层，渣 由表2可见，二组精炼渣都较好地控制了钢液中 的上层为未反应的CaO,这说明了精炼渣并非越 Si(<0.03%)、S(<0.004%)和T.0(<0.003%)的 “白”越好 (a) (c) 图5两种不同成分炉渣反应后的形貌.(a)1:(b),(c)2+ Fig.5 Morphology of two kinds of slag with different compositions:(a)1:(b),(c)2 140r 3工业试验 120 逸优化炉次 酒钢碳钢薄板厂于2012年4月末在SP℃C钢 正常炉次 100 120tLF炉中试用优化精炼渣以及改进操作工艺， 分别连续进行了3个浇次的优化工艺操作和3个浇 次的正常操作，各生产48炉，并进行对比，结果如 图6所示.使用优化渣系的炉次在精炼过程增C, 增Si和增N均有所降低，总氧含量下降的明显.硫 增C 增S S含量0含量 增N 含量基本相当，这说明虽然优化渣系减小了Ca0加 图6优化精炼渣与原精炼渣LF精炼效果对比 入量，但仍有较好的脱硫能力 Fig.6 Comparison of LF refining effects with using optimized slag and the original slag

增刊 1 郭 靖等: CSP 流程低碳低硅铝镇静钢精炼渣成分优化 有渣系． 用 SKL16 管式电阻炉作渣钢平衡实验，实 验用预熔渣和基铁质量比为 1∶ 3． 升温到 1600 ℃， 投入约 0. 3% 的铝线后保温 150 min，以保证渣钢反 应达到平衡． 表 2 所示为渣--钢平衡实验后在钢研 总院化验的钢样成分． 表 2 实验室渣--钢平衡实验钢样成分( 质量分数) Table 2 Composition of steel after slag-steel equilibrium experiment in laboratory scale % 编号 C Si Mn S Als T． O Ca 1# 0. 012 0. 013 0. 17 0. 0033 0. 047 0. 0014 0. 0031 2# 0. 011 0. 014 0. 21 0. 0034 0. 034 0. 0023 0. 0048 由表 2 可见，二组精炼渣都较好地控制了钢液中 Si( ＜0. 03% ) 、S( ＜ 0. 004% ) 和 T． O( ＜ 0. 003% ) 的 质量分数． 相比较而言，使用优化精炼渣系的精炼 效果更为优越，特别 T． O 含量要明显低于原有渣 系． 相应的，使用优化渣系钢中夹杂物数量减少，用 扫描电镜--能谱观察到的夹杂物大多为球形的低熔 点的 CaO--Al2O3 --MgO 复合夹杂物，尺寸较小( 1 ～ 3 μm) ． 只有极个别为高熔点的 Al2O3 和 MgO-- Al2O3 尖晶石夹杂物． 由此可见，优化的精炼渣可以 很好的控制夹杂物数量、尺寸、形貌和成分． 此外， 如图 5 所示，在预熔过程中，发现 1# 渣在 1600 ℃ 时 已基本熔化，为稍显白色的墨绿色渣; 而 2# 渣只有 部分熔化，优化渣系的熔化性明显优于原渣系． 精 炼结束后 2# 渣比 1# 白得多，明显分为上下两层，渣 的上层为未反应的 CaO，这说明了精炼渣并非越 “白”越好． 图 5 两种不同成分炉渣反应后的形貌． ( a) 1# ; ( b) ，( c) 2# Fig． 5 Morphology of two kinds of slag with different compositions: ( a) 1# ; ( b) ，( c) 2# 3 工业试验 酒钢碳钢薄板厂于 2012 年 4 月末在 SPCC 钢 120 t LF 炉中试用优化精炼渣以及改进操作工艺， 分别连续进行了 3 个浇次的优化工艺操作和 3 个浇 次的正常操作，各生产 48 炉，并进行对比，结果如 图 6 所示． 使用优化渣系的炉次在精炼过程增 C， 增 Si 和增 N 均有所降低，总氧含量下降的明显． 硫 含量基本相当，这说明虽然优化渣系减小了 CaO 加 入量，但仍有较好的脱硫能力． 图 6 优化精炼渣与原精炼渣 LF 精炼效果对比 Fig． 6 Comparison of LF refining effects with using optimized slag and the original slag ·197·

·198 北京科技大学学报 第36卷 由图7可见，使用优化渣系及工艺精炼后夹杂 中各类数据点表示不同炉次夹杂物成分).所以，优 物大多呈球形，尺寸绝大多数小于10um,多数夹杂 化精炼渣系亦能较好的控制住钢中非金属夹杂物的 的成分处于1873K的液相区域（如图7(d)所示，其 成分、形貌和尺寸. (b) (c) 54m 5 um Sio (d) 0.8 02 0.6 0.4 04 0.6 0.2 Cao 0.8 0.6 04 0.2 ALO 质量分数 图7中间包夹杂物形貌(a)~()和成分(d) Fig.7 Morphologies (a)-(c)and composition(d)of the observed inclusions in tundish 试验炉次与正常炉次缺陷基本相同，种类主要 有夹杂、裂纹以及边损.但试验炉次中由酸轧线反 4结论 馈的异常下降了33.5%；在平整和镀锌线降级的比 通过热力学计算，得到优化的精炼渣成分：Ca0 率下降了35.0%（如图8所示）).这显示出使用优 50%~55%,Al20330%~36%,Si021%~6%,Mg0 化渣系和工艺后，冷轧板表面质量问题得到极大的 4%~8%,碱度9.0~14.0，w(Ca0)/w(AL,03)1.5~ 改善 1.8,在A1%]=0.03时与之平衡的钢液成分为： 10A [Si1]0.2%-0.4%,a▣小于4.0×10-6，[Ca]2× 9 ☑优化炉次 105~4×10~5左右.优化的精炼渣脱氧脱硫和控 8 图正常炉次 硅能力更为优越.有很好的脱氧、脱硫和控制Si含 6.52% 6 量能力，同时其有较低的熔点，优良的流动性和吸收 夹杂物能力.实验室渣一钢平衡实验和工业试验均 证明，优化的精炼渣系有良好的精炼效果，有效提高 3 钢水的洁净度，冷轧板由于表面质量问题而降级使 1.23% 用的比率由原来的1.23%降低为0.8%，而且吨钢 酸轧异常 降级 LF精炼成本降低了4.30元，接近10%. 图8优化工艺与原工艺轧制效果对比 Fig.8 Comparison of rolling results between optimized process and 参考文献 original process [Suito H,Inoue R.Thermodynamics on control of inclusions com- position in ultra-clean steels.ISI/Int,1996,36(5):528 此外，使用新工艺可以明显减少LF精炼过程 Ohta H,Suito H.Activities in Ca0-Mgo-Al,0 slags and deoxi- 中的电能消耗，石灰用量和铝制品消耗，试验炉次比 dation equilibria of Al,Mg,and Ca.ISI/Int,1996,36(8):983 正常炉次在精炼过程吨钢节约成本4.30元. B]Cai G Q,Wang F M,Fu J,et al.Deform ability control of

北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 由图 7 可见，使用优化渣系及工艺精炼后夹杂 物大多呈球形，尺寸绝大多数小于 10 μm，多数夹杂 的成分处于 1873 K 的液相区域( 如图 7( d) 所示，其 中各类数据点表示不同炉次夹杂物成分) ． 所以，优 化精炼渣系亦能较好的控制住钢中非金属夹杂物的 成分、形貌和尺寸． 图 7 中间包夹杂物形貌( a) ～ ( c) 和成分( d) Fig． 7 Morphologies ( a) － ( c) and composition( d) of the observed inclusions in tundish 试验炉次与正常炉次缺陷基本相同，种类主要 有夹杂、裂纹以及边损． 但试验炉次中由酸轧线反 馈的异常下降了 33. 5% ; 在平整和镀锌线降级的比 率下降了 35. 0% ( 如图 8 所示) ) ． 这显示出使用优 化渣系和工艺后，冷轧板表面质量问题得到极大的 改善． 图 8 优化工艺与原工艺轧制效果对比 Fig． 8 Comparison of rolling results between optimized process and original process 此外，使用新工艺可以明显减少 LF 精炼过程 中的电能消耗，石灰用量和铝制品消耗，试验炉次比 正常炉次在精炼过程吨钢节约成本 4. 30 元． 4 结论 通过热力学计算，得到优化的精炼渣成分: CaO 50% ～ 55% ，Al2O3 30% ～ 36% ，SiO2 1% ～ 6% ，MgO 4% ～ 8% ，碱度 9. 0 ～ 14. 0，w( CaO) /w( Al2O3 ) 1. 5 ～ 1. 8，在［Al%］= 0. 03 时与之平衡的钢液成分为: ［Si］0. 2% ～ 0. 4% ，a［O］小于 4. 0 × 10 － 6 ，［Ca］2 × 10 － 5 ～ 4 × 10 － 5 左右． 优化的精炼渣脱氧脱硫和控 硅能力更为优越． 有很好的脱氧、脱硫和控制 Si 含 量能力，同时其有较低的熔点，优良的流动性和吸收 夹杂物能力． 实验室渣--钢平衡实验和工业试验均 证明，优化的精炼渣系有良好的精炼效果，有效提高 钢水的洁净度，冷轧板由于表面质量问题而降级使 用的比率由原来的 1. 23% 降低为 0. 8% ，而且吨钢 LF 精炼成本降低了 4. 30 元，接近 10% ． 参 考 文 献 ［1］ Suito H，Inoue Ｒ． Thermodynamics on control of inclusions com￾position in ultra-clean steels． ISIJ Int，1996，36( 5) : 528 ［2］ Ohta H，Suito H． Activities in CaO-MgO-Al2O3 slags and deoxi￾dation equilibria of Al，Mg，and Ca． ISIJ Int，1996，36( 8) : 983 ［3］ Cai G Q，Wang F M，Fu J，et al． Deform ability control of ·198·