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摘要：炉外精炼技术是目前钢铁公司高级品种钢生产的关键技术之一，目前钢铁公司LF炉使用的精炼渣配方种类单一，严重影响了LF炉在高级品种钢生产中的实际应用。炉外精炼作为短流程工艺的重要组成部分，在整个流程中起着举足轻重的作用，精炼炉的种类很多，如LF，VOD，RH,RH-OB等等，在中国和日本以LF应用最为广泛。
关键词：LF炉；精炼渣；冶金性能：渣系
中图分类号：C35文献标识码： A
引言
炉外精炼作为现代化钢铁冶炼流程中的重要的生产环节，因其高效的性能，已经在国内外的很多钢铁制造企业中得到广泛的采用，并在连铸技术、纯净钢的生产技术的完善以及生产运行成本降低等现实要求之下，与炉外精炼技术相匹配的工艺流程及生产设备逐步完善并迅速普及，精炼炉的种类相对较多，在我国的大部分钢铁冶炼企业中多以LF炉为主要的精炼炉，而与该精炼炉所生产的钢种类别相匹配的精炼渣，需要具有较高的冶金性能。
1.LF炉精炼原理及其冶金功能
1.1LF炉精炼原理
LF炉在实际应用中，具备良好的脱氧及脱硫效果。LF炉采取的是扩散脱氧的方式，直接将脱氧产物投入渣中，在大流量氩气强搅拌冶炼环境与还原渣精炼环境中，可以进一步提高渣钢间氧传输速度，并提高沉淀脱氧去除率。在熔池搅拌、高碱精炼与还原性环境中，钢水具备良好的脱硫能力。LF炉脱氧效果与脱硫效果存在着紧密关系，如LF炉脱氧效果较好，则LF炉中CaO质量分数较高，其FeO质量分数会降低，从而为脱硫提供有利条件。
LF炉脱气去杂效果明显，经过底吹透气砖，将氩气输送到钢水，从而在钢水中出现小气泡，气泡在上浮运动时，钢水中存在的气体会逐渐扩大，并将钢水排出，气泡上浮运动，在提高非金属夹杂物上浮运动的速度上作用明显。
1.2LF炉精炼冶金功能
LF炉精炼炉在应用时，其主要功能主要包括电弧加热功能、微调合金、脱氧脱硫，去除夹杂等功能。如电弧加热功能，LF炉电弧加热的方式主要是通过大电流经过三相石磨电极来实现的，升温速度每分钟可以达到4℃～7℃。LF炉吹氩功能涉及到整个冶金环节，在保证钢材质量等方面发挥着重要作用。在实际生产节奏十分紧张的情况下，LF炉可以保持钢水温度，缓解生产压力，大大减少回炉和连铸非计划停浇次数，大大地节省生产成本，实现了较好的经济效益。
2.LF渣的熔化性能研究
2.1未混转炉渣时LF渣的熔化性能研究
（1）熔化实验观察
先对未混转炉渣时的LF渣进行熔化实验观察，实验渣样号为控铝钢A2M3、含铝钢B1L2，渣料的各组分先破碎至20—60目，充分混匀，然后装在石墨坩锅内，在二硅化钼炉内从室温缓慢升温到1450℃。结果表明：对未混转炉渣时的LF渣，在1450℃的温度内，碳酸盐基本分解完，渣不能熔化，最后渣发生轻微的烧结。
（2）理论分析
由于设计的LF渣在碳酸盐分解完后组分应为CaO、SiO2、AI2O3、MgO，若将MgO折算为CaO，根据CaO—SiO2—AI2O3相，成分，可看出在未混转炉渣时的LE渣的熔点都在1550—1990℃范围，在1450℃的温度下是不能熔化的。
2.3混有转炉渣时LF渣的熔化性能研究
（1）二硅化钼炉内熔化实验
以重刚为例，重钢实际的LF生产中，在LF渣（埋弧渣和精炼渣）加入前，钢包内已有部分残余转炉渣，根据我们对重钢生产现场调查，进LF工位时，钢包内带进的转炉渣约为LF精炼总渣量的41%左右，据此比例，我们将设计出的渣混入转炉渣，再测试研究其熔化性能。
（2）半球点法熔点测试测试所用渣料（石灰石、石灰、白云石、铝矾土等）均为重钢七厂于实验前提供(渣料的组成为41%转炉渣+59%LF渣，其中LF渣组成为29.4%埋弧渣+70.6%精炼渣。渣料先在10KG感应炉中用石墨坩锅内预熔。
3.LF炉精炼渣的脱硫性能研究
3.1LF炉精炼渣的脱硫性能研究
（1）硫在钢中的危害
硫对钢的性能具有很大的不利影响。硫在钢中以硫化物（如Fe2S、MnS等）的形式存在，会使钢的热加工性能变差，使钢形成“热脆”（当钢水过氧化时，钢的热脆性更加严重）；硫使钢的塑性变差（特别是钢材的横向塑性变差）；硫还影响钢材的焊接性能，在焊接时会出现高温龟裂，同时硫会氧化成SO2逸出，导致在焊缝中造成气孔；硫还是影响管线钢等钢材的抗氢致裂纹（HIC）和抗硫应力裂纹（SSC）能力的主要元素。LF炉是脱硫非常有效的工艺，在铁水预处理→转炉→LF炉→连铸工艺过程中可以达到深脱硫的目的，钢水硫的含量可以控制到10×10-6（生产一线通俗讲就是一个硫）。因此，研究LF脱硫精炼渣对炼钢工艺的发展具有重要意义。
（2）合成精炼渣的冶金功能
合成精炼渣具有如下冶金功能：①脱硫；②脱氧：③吸收钢中夹杂物，净化钢液：④隔绝空气，防止钢液吸收气体：⑤对夹杂物进行变性处理。其中脱硫是LF合成精炼渣的核心功能之一。
脱硫反应方程式如下：(CaO)+[FeS]=(CaS)+(FeO)
热力学方面影响渣钢脱硫的主要因素有钢水温度、钢渣碱度、钢液氧化性等。高温、高碱度、低氧化性气氛均有利于脱硫。
（2）合成精炼渣的基本渣系组成
①CaO-CaF2和CaO-Al2O3渣系
CaO-CaF2渣系具有很强的脱硫、脱氧能力，其硫容量是二元渣系中最高的（在1500℃下的硫容量高达0.030%）。在此渣系中，CaF2本身并不具备脱硫作用，它的作用是降低脱硫渣比例，比值过高，对脱硫不利。但由于CaF2对钢包耐火材料寿命影响较大，而且氟化物对空气污染比较严重。因此，可选用Al2O3代替或部分代替CaF2以减少对环境的污染。针对CaO-Al2O3无氟精炼渣的开发较多，Al2O3同样能对石灰起助熔作用，且活性低。
②CaO-Al2O3-CaF2渣系
由于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。通过测定表明，CaF2含量对渣中的硫含量影响很小，而脱硫效果主要取决于CaO/Al2O3的大小。当CaO/Al2O3 值一定时，随CaF2含量增加，Ks变化不大；而当CaO/Al2O3值增加时，lgKs显著增加，当渣系CaO/Al2O3大于0.15后，脱硫效果更理想。在该渣系的组成范围内，增大炉渣碱度，硫的分配系数显著提高。
③BaO-MgO-Al2O3-SiO2渣系
BaO对钢液同样有脱硫作用，而且BaO基脱硫渣系往往较CaO基脱硫渣系具有更高的硫容量，BaO的光学碱度是CaO的1.15倍。但是BaO资源远不如CaO那么丰富，因此BaO脱硫渣系的成本要高于CaO脱硫渣系，从而使其在实际应用中受到限制。
④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粉渣，经加工碾成粉状，其含铝量为15%～20%，其余成分是Al2O3和 SiO2。曾用含铝灰脱硫渣系进行了多炉脱硫试验，结果表明该脱硫渣系大大提高了脱硫的效果，缩短了平均处理时间。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。
3.2 LF炉精炼渣的发泡性能研究
精炼渣的气泡现象在钢铁冶炼生产中是非常普遍的现象，当精炼渣中含有的大量的气体以多面体气泡或者是球状气泡的形式存在，而各个气泡间还具有隔离渣膜的情况时，便会造成精炼渣的泡沫化现象的出现。由于精炼渣的气泡现象会增加渣粒的表面能，这使得精炼渣体系自身就具备某种缩小表面积进而消除起泡现象的趋势，又由于隔离渣膜及气泡存在界面现象，使得泡沫可以在一定的时间内存在。精炼渣的物理性质对冶金中的发泡性能有较大的影响，因为精炼渣出现泡沫化现象势必会使体系的表面积有所增加，从而使体系的表面能量增大，因此，如果进行精炼渣的界面张力的缩减，要想形成泡沫渣所需要的功也会相应的减小，比较便于精炼渣出现泡沫化现象；因为精炼渣的泡沫也是由精炼渣的液膜隔离气泡所造成，在气泡形成之后，气泡与隔离气泡膜之间的液膜能否长时间的存在，是泡沫得以存在的重要影响原因。精炼渣成分对发泡性能也有较大影響，当精炼渣的碱度处于大于1.22的状态时，发泡指数将随着碱度的增加而增加，并在碱度达到2时达到气泡峰值；而固相质点的存在会提高精炼渣的粘度，使得液膜较难破裂，发泡指数也有所增加等。
结束语
LF炉精炼渣的碱度、粘度、密度计表面张力等都会影响到精炼渣的熔化性能、脱硫性能及发泡性能等，因此在精炼渣的使用中，要依据具体的工程需求进行精炼渣的合理选用。
参考文献：
[1]吕宁宁,于景坤,苏畅.LF炉精炼废渣循环利用的研究进展[J].中国冶金,2011,10:1-5.
[2]王菲,杨军,徐畔来.LF精炼炉渣性能探讨[J].甘肃冶金,2010,04:12-13+33.
[3]余国松,成国光.低碳易切削钢LF炉精炼渣控制工艺[J].钢铁,2010,09:40-43.
关键词：LF炉；精炼渣；冶金性能：渣系
中图分类号：C35文献标识码： A
引言
炉外精炼作为现代化钢铁冶炼流程中的重要的生产环节，因其高效的性能，已经在国内外的很多钢铁制造企业中得到广泛的采用，并在连铸技术、纯净钢的生产技术的完善以及生产运行成本降低等现实要求之下，与炉外精炼技术相匹配的工艺流程及生产设备逐步完善并迅速普及，精炼炉的种类相对较多，在我国的大部分钢铁冶炼企业中多以LF炉为主要的精炼炉，而与该精炼炉所生产的钢种类别相匹配的精炼渣，需要具有较高的冶金性能。
1.LF炉精炼原理及其冶金功能
1.1LF炉精炼原理
LF炉在实际应用中，具备良好的脱氧及脱硫效果。LF炉采取的是扩散脱氧的方式，直接将脱氧产物投入渣中，在大流量氩气强搅拌冶炼环境与还原渣精炼环境中，可以进一步提高渣钢间氧传输速度，并提高沉淀脱氧去除率。在熔池搅拌、高碱精炼与还原性环境中，钢水具备良好的脱硫能力。LF炉脱氧效果与脱硫效果存在着紧密关系，如LF炉脱氧效果较好，则LF炉中CaO质量分数较高，其FeO质量分数会降低，从而为脱硫提供有利条件。
LF炉脱气去杂效果明显，经过底吹透气砖，将氩气输送到钢水，从而在钢水中出现小气泡，气泡在上浮运动时，钢水中存在的气体会逐渐扩大，并将钢水排出，气泡上浮运动，在提高非金属夹杂物上浮运动的速度上作用明显。
1.2LF炉精炼冶金功能
LF炉精炼炉在应用时，其主要功能主要包括电弧加热功能、微调合金、脱氧脱硫，去除夹杂等功能。如电弧加热功能，LF炉电弧加热的方式主要是通过大电流经过三相石磨电极来实现的，升温速度每分钟可以达到4℃～7℃。LF炉吹氩功能涉及到整个冶金环节，在保证钢材质量等方面发挥着重要作用。在实际生产节奏十分紧张的情况下，LF炉可以保持钢水温度，缓解生产压力，大大减少回炉和连铸非计划停浇次数，大大地节省生产成本，实现了较好的经济效益。
2.LF渣的熔化性能研究
2.1未混转炉渣时LF渣的熔化性能研究
（1）熔化实验观察
先对未混转炉渣时的LF渣进行熔化实验观察，实验渣样号为控铝钢A2M3、含铝钢B1L2，渣料的各组分先破碎至20—60目，充分混匀，然后装在石墨坩锅内，在二硅化钼炉内从室温缓慢升温到1450℃。结果表明：对未混转炉渣时的LF渣，在1450℃的温度内，碳酸盐基本分解完，渣不能熔化，最后渣发生轻微的烧结。
（2）理论分析
由于设计的LF渣在碳酸盐分解完后组分应为CaO、SiO2、AI2O3、MgO，若将MgO折算为CaO，根据CaO—SiO2—AI2O3相，成分，可看出在未混转炉渣时的LE渣的熔点都在1550—1990℃范围，在1450℃的温度下是不能熔化的。
2.3混有转炉渣时LF渣的熔化性能研究
（1）二硅化钼炉内熔化实验
以重刚为例，重钢实际的LF生产中，在LF渣（埋弧渣和精炼渣）加入前，钢包内已有部分残余转炉渣，根据我们对重钢生产现场调查，进LF工位时，钢包内带进的转炉渣约为LF精炼总渣量的41%左右，据此比例，我们将设计出的渣混入转炉渣，再测试研究其熔化性能。
（2）半球点法熔点测试测试所用渣料（石灰石、石灰、白云石、铝矾土等）均为重钢七厂于实验前提供(渣料的组成为41%转炉渣+59%LF渣，其中LF渣组成为29.4%埋弧渣+70.6%精炼渣。渣料先在10KG感应炉中用石墨坩锅内预熔。
3.LF炉精炼渣的脱硫性能研究
3.1LF炉精炼渣的脱硫性能研究
（1）硫在钢中的危害
硫对钢的性能具有很大的不利影响。硫在钢中以硫化物（如Fe2S、MnS等）的形式存在，会使钢的热加工性能变差，使钢形成“热脆”（当钢水过氧化时，钢的热脆性更加严重）；硫使钢的塑性变差（特别是钢材的横向塑性变差）；硫还影响钢材的焊接性能，在焊接时会出现高温龟裂，同时硫会氧化成SO2逸出，导致在焊缝中造成气孔；硫还是影响管线钢等钢材的抗氢致裂纹（HIC）和抗硫应力裂纹（SSC）能力的主要元素。LF炉是脱硫非常有效的工艺，在铁水预处理→转炉→LF炉→连铸工艺过程中可以达到深脱硫的目的，钢水硫的含量可以控制到10×10-6（生产一线通俗讲就是一个硫）。因此，研究LF脱硫精炼渣对炼钢工艺的发展具有重要意义。
（2）合成精炼渣的冶金功能
合成精炼渣具有如下冶金功能：①脱硫；②脱氧：③吸收钢中夹杂物，净化钢液：④隔绝空气，防止钢液吸收气体：⑤对夹杂物进行变性处理。其中脱硫是LF合成精炼渣的核心功能之一。
脱硫反应方程式如下：(CaO)+[FeS]=(CaS)+(FeO)
热力学方面影响渣钢脱硫的主要因素有钢水温度、钢渣碱度、钢液氧化性等。高温、高碱度、低氧化性气氛均有利于脱硫。
（2）合成精炼渣的基本渣系组成
①CaO-CaF2和CaO-Al2O3渣系
CaO-CaF2渣系具有很强的脱硫、脱氧能力，其硫容量是二元渣系中最高的（在1500℃下的硫容量高达0.030%）。在此渣系中，CaF2本身并不具备脱硫作用，它的作用是降低脱硫渣比例，比值过高，对脱硫不利。但由于CaF2对钢包耐火材料寿命影响较大，而且氟化物对空气污染比较严重。因此，可选用Al2O3代替或部分代替CaF2以减少对环境的污染。针对CaO-Al2O3无氟精炼渣的开发较多，Al2O3同样能对石灰起助熔作用，且活性低。
②CaO-Al2O3-CaF2渣系
由于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。通过测定表明，CaF2含量对渣中的硫含量影响很小，而脱硫效果主要取决于CaO/Al2O3的大小。当CaO/Al2O3 值一定时，随CaF2含量增加，Ks变化不大；而当CaO/Al2O3值增加时，lgKs显著增加，当渣系CaO/Al2O3大于0.15后，脱硫效果更理想。在该渣系的组成范围内，增大炉渣碱度，硫的分配系数显著提高。
③BaO-MgO-Al2O3-SiO2渣系
BaO对钢液同样有脱硫作用，而且BaO基脱硫渣系往往较CaO基脱硫渣系具有更高的硫容量，BaO的光学碱度是CaO的1.15倍。但是BaO资源远不如CaO那么丰富，因此BaO脱硫渣系的成本要高于CaO脱硫渣系，从而使其在实际应用中受到限制。
④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粉渣，经加工碾成粉状，其含铝量为15%～20%，其余成分是Al2O3和 SiO2。曾用含铝灰脱硫渣系进行了多炉脱硫试验，结果表明该脱硫渣系大大提高了脱硫的效果，缩短了平均处理时间。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。
3.2 LF炉精炼渣的发泡性能研究
精炼渣的气泡现象在钢铁冶炼生产中是非常普遍的现象，当精炼渣中含有的大量的气体以多面体气泡或者是球状气泡的形式存在，而各个气泡间还具有隔离渣膜的情况时，便会造成精炼渣的泡沫化现象的出现。由于精炼渣的气泡现象会增加渣粒的表面能，这使得精炼渣体系自身就具备某种缩小表面积进而消除起泡现象的趋势，又由于隔离渣膜及气泡存在界面现象，使得泡沫可以在一定的时间内存在。精炼渣的物理性质对冶金中的发泡性能有较大的影响，因为精炼渣出现泡沫化现象势必会使体系的表面积有所增加，从而使体系的表面能量增大，因此，如果进行精炼渣的界面张力的缩减，要想形成泡沫渣所需要的功也会相应的减小，比较便于精炼渣出现泡沫化现象；因为精炼渣的泡沫也是由精炼渣的液膜隔离气泡所造成，在气泡形成之后，气泡与隔离气泡膜之间的液膜能否长时间的存在，是泡沫得以存在的重要影响原因。精炼渣成分对发泡性能也有较大影響，当精炼渣的碱度处于大于1.22的状态时，发泡指数将随着碱度的增加而增加，并在碱度达到2时达到气泡峰值；而固相质点的存在会提高精炼渣的粘度，使得液膜较难破裂，发泡指数也有所增加等。
结束语
LF炉精炼渣的碱度、粘度、密度计表面张力等都会影响到精炼渣的熔化性能、脱硫性能及发泡性能等，因此在精炼渣的使用中，要依据具体的工程需求进行精炼渣的合理选用。
参考文献：
[1]吕宁宁,于景坤,苏畅.LF炉精炼废渣循环利用的研究进展[J].中国冶金,2011,10:1-5.
[2]王菲,杨军,徐畔来.LF精炼炉渣性能探讨[J].甘肃冶金,2010,04:12-13+33.
[3]余国松,成国光.低碳易切削钢LF炉精炼渣控制工艺[J].钢铁,2010,09:40-43.