如何解决LF精炼过程中钛铁合金收得率低的问题？

随着钢铁产能过剩和产品同质化的加剧，稳定产品质量、降低生产成本已成为企业提高竞争力的重要手段。安阳钢铁股份有限公司（以下简称安钢）第二炼轧厂在1780产线热轧卷板产品的成分设计中，基于钛铁合金价格相对低廉、且可以提高钢材性能的考虑，通常将钛作为微合金元素加入钢中。但是由于钛性质活泼，在LF精炼过程中易与钢中的氧、氮等反应，降低钢中的有效钛含量，影响钛的吸收率，造成合金成本升高、产品性能波动大。为了提高钛微合金化钢种钛吸收率，稳定产品性能，有必要对现有钛微合金化控制工艺进行优化。

工艺概况

工艺路径：

铁水预处理→复吹转炉→LF精炼→（RH真空）→双流板坯连铸机。

主要设备参数：

安钢第二炼轧厂炼钢区目前主要设备包括2座160t铁水预脱硫设施；3座150t顶底复吹转炉；3座150t LF精炼炉；两条双流板坯连铸机生产线，两机两流，正常拉速控制在0.9～1.2m/min。

钛控制现状：

因Ti元素容易被氧化，为保证收得率，钛铁合金通常在LF精炼工序加入。LF精炼过程中存在的钛铁合金加入过早，加入后精炼补热时间过长、钢包底吹流量控制不合理、渣中不稳定氧化物(FeO)和(MnO)的含量高，这些都容易造成钛铁的收得率低、过程损失大。以安钢某一控钛钢种为例，LF精炼钛微合金化情况见表1所示。

钛非常容易形成氧化物，造成冶炼过程中钛的收得率偏低，钢中ω[Ti]难于准确控制。

影响钛吸收率原因分析

LF精炼过程钛脱氧损失：

确定钢中钛能不能发生氧化反应，首先要确定Ti元素在钢中以哪种氧化物形式存在。钢液中有溶解氧存在，Ti与氧发生反应，生成氧化钛夹杂物，有TiO、TiO2、Ti2O3、Ti3O5。

当钢液温度为1600℃，氧活度相同条件下，钛、氧反应生成Ti2O3所需ω(Ti)低于生成的TiO、TiO2、Ti3O5，因此钢中钛优先以Ti2O3形式存在。当钢液中有Al存在时，Al和Ti相互竞争与氧反应。

温度为1600℃时，使钢液中的钛与氧发生反应的最小质量分数之比ω(Ti)／ω(Al)为5.20。实际生产中钢液ω(Ti)／ω(Al)为0.8左右。所以，在精炼过程中，钢液中有酸溶铝存在的情况下，不能能生成Ti2O3。

钢液二次氧化造成钛含量损失：

Ti与空气中的氧气发生氧化反应生成的Ti2O3能自发进行。精炼过程及连铸过程钢液中Ti含量减少，可能是由于钢液中的钛与大气中的氧发生了二次氧化所致。

Ti与钢液及大气中氮反应：

Ti与钢液及大气中氮反应生成TiN。某一钢种实际控制的ω(Ti)=0.093%，当温度为1600℃时，通过计算，生成TiN需要最低ω(N)为0.0035%，实际生产中钢中的ω(N)=0.0071%。因此，钢液中的钛可以与钢液中的氮及大气中的氮气反应。

精炼渣氧化性对钛收得率的影响：

钢液中的Ti会与渣中的MnO及FeO等不稳定氧化物反应，生成钛氧化物进入渣中，造成Ti收得率降低。跟踪两炉高钛炼钢生产，取精炼过程渣样，研究精炼渣中不稳定氧化物对钛吸收率的影响。

由表2和表3可看出，精炼渣中TFeO和MnO含量高时，钛铁吸收率低，渣样分析结果显示，当TFeO和MnO占比为2.54%时，钛铁吸收率为76.4%；当TFeO和MnO占比为1.40%时，钛铁吸收率为85.7%。

工艺优化措施及效果

工艺优化措施：

结合前文对冶炼过程中钛损原因的分析，提出以下几项工艺改进措施：

一是铁水预处理根据铁水成分准确调整脱硫模型，保证扒渣干净，防止转炉冶炼过程中“回硫”，避免精炼因脱硫过程时间紧而采取大氩气搅拌。

二是转炉冶炼过程加强终点控制，采用滑板挡渣，严格控制下渣量，减少渣中氧化性。同时对转炉顶渣进行改质，向钢包渣表面加入铝基钢包改质剂进行顶渣改质，来降低渣中不稳定氧化物（FeO、MnO）含量。

三是优化了生产工艺流程，强化转炉—连铸机的匹配，合理控制生产节奏，杜绝转炉提前甩钢；提高转炉出钢温度10～20℃，加强钢包热周转，减少钢包温降，将精炼加热总时间控制在10min以内。

四是LF精炼过程快速造白渣，造白渣不得太稀，应保持一定黏度；优化精炼渣料结构，保证埋弧效果；根据精炼过程冶金功能不同，合理调节除尘阀门开口度，保证炉内微正压气氛；禁止升温时加钛铁操作，待钢水脱硫任务完成后，一次性加入钛铁。钛合金化时需综合考虑钛铁合金钛含量、钢水量、渣层厚度等因素，按照成分中上限控制，合金化完成后，严禁大氩气搅拌和长时间送电升温操作。

通过采取上述措施，冶炼过程钛损大的现象得到了有效控制。工艺优化后钛平均吸收率为89%，冶金效果明显。

结论

影响钛微合金化稳定性的因素有：钢水氧化性、钢渣氧化性、钢水二次氧化、钢中气体含量、钛铁加入时机及氩气流量控制等；通过采取钢渣改质、采用强脱氧剂脱氧、LF快速造白渣、降低钢中氮含量等一系列工艺改进措施，钛损平均减少0.010%，钛铁合金吸收率达到89%；钛合金吸收率提高，提高ω[Ti]0.001 %可降低钛铁合金成本0.06元/吨坯，经济效益明显。