SPHC钢种在精炼过程中所需的精炼炉渣成分主要为MgO、CaO、SiO₂、Al₂O₃，因此研究不同的MgO含量对精炼炉渣CaO-SiO₂-Al₂O₃四元渣系的影响。利用FactSage热力学计算软件计算氧化镁在6%~10%的四元渣系等温相图，当氧化镁为10%时，没有合适的低熔点区域，因此选择了MgO含量为6%~9%的四元渣系等温相图作比较见 图1 ，根据相图发现随着氧化镁的提升，炉渣低熔点区间逐渐缩小，结合现场精炼的控制情况，MgO质量分数为5%~7%时，从 图1 中可以看到精炼炉渣的低熔点范围是可以实现的，在此范围内炉渣熔点较低，炉渣的熔点在1500℃之内，精炼渣的流动性和脱氧效率会增强，为了方便后续采用MgO质量分数为7%进行热力学计算。

通过FactSage热力学计算软件计算当MgO为7%时得到CaO-SiO₂-Al₂O₃四元渣系的等温相图，计算结果见 图2 。从 图2 可知，当MgO为7%时，CaO-SiO₂-Al₂O₃四元渣系的熔点低于1500℃的范围有1区和2区，也就是蓝色区域。180 t LF精炼炉精炼渣需要满足钢水脱硫和脱氧的条件，需使用合适碱度和低熔点精炼渣，因此为了以最大限度的节约成本，将低熔点区域中SiO₂质量分数低于18%的部分单独划分为2区。1区域虽然炉渣熔点较低，但是SiO₂的质量分数在38%~73%，CaO的质量分数在8%~53%，碱度无法满足精炼需求，无法达到精炼效果，不能作为精炼渣应用到实践中，因此由相图中可知只有2区域的精炼渣系才能作为精炼造渣使用。2区域炉渣成分范围为：CaO 38%~52%，Al₂O₃27%~61%，SiO₂0~18%。在2区内的炉渣熔点均在1500℃以内，这是由于CaO和Al₂O₃生成铝酸钙类盐的低熔点化合物造成，因此在冶炼中选用2区的炉渣成分范围就能够保证精炼效果，但是在此范围内精炼炉渣的成分还是比较宽，然后再结合炉渣的碱度(R)、钙铝比(ω(CaO)/ω(Al₂O₃))对炉渣的影响，逐步优化炉渣成分，以便得到最佳的精炼渣系。

在 图2 中可知低熔点2区作为研究范围，本文通过计算精炼炉渣碱度(R)和ω(CaO)/ω(Al₂O₃)对精炼炉渣熔点的影响，计算结果见 图3 所示。从 图3 可知，精炼炉渣碱度在3~7时，碱度变化区域内，精炼炉渣的低熔点区域范围大，当碱度大于7时，炉渣低熔点区域变化不大，碱度再升高对低熔点区域的增大就不明显了，同时碱度的增加伴随着ω(Al₂O₃)增加否则熔点会增高，精炼炉渣流动性差，对精炼效果和脱硫不利，因此当碱度在3~7之间较为合适。当ω(CaO)/ω(Al₂O₃)为1~2时，精炼炉渣在低熔点区域内，当ω(CaO)/ω(Al₂O₃)小于1.5时，会增加ω(Al₂O₃)的质量分数，当ω(CaO)/ω(Al₂O₃)大于2.5时，炉渣熔点就不在低熔点区域了。因此钙铝比为1.5%~2%时，精炼渣渣系中CaO、Al₂O₃的质量分数时最容易控制，也是最有利于去除Al₂O₃夹杂物，因此根据实际钙铝比ω(CaO)/ω(Al₂O₃)为1.5~2为合适。

根据对精炼炉渣碱度(R)和ω(CaO)/ω(Al₂O₃)对精炼炉渣熔点的影响分析，将精炼渣碱度(R)为3~7和钙铝比ω(CaO)/ω(Al₂O₃)为1.5~2的部分作为最终的炉渣成分范围是合适的见( 图4 )，在 图4 中描红的小三角区域为精炼炉渣的最佳成分，根据 图4 可知SPHC钢种的炉渣成分范围为：CaO 50%~54%，Al₂O₃30%~34%，SiO₂12%~17%，MgO 4%~7%。

目前180 t LF精炼炉在生产SPHC钢种时的现有精炼炉渣成分为：ω(CaO) = 41.17%~47.60%平均44.59%、ω(SiO₂) = 5.13%~10.37%平均7.50%、ω(MgO) = 4.39%~8.31%平均7.11%、ω(Al₂O₃) = 16.44%~26.26%平均21.29%、R = 6.46~9.80平均7.55、TFe 0.6~1.98平均1.03。以上是精炼渣系研究前的随机抽查的数据，结果见 表1 所示。

从 表1 可知，现有渣系平均CaO质量分数为44.59%，与理论计算还有5.41%的差距，Al₂O₃质量分数平均为21.29%，与理论计算还有9.71%的差距，现有炉渣的钙铝比平均为2.11，整体钙铝比较大，与理论计算相比高了0.11，可见现有炉渣CaO质量分数、Al₂O₃质量分数均低于理论计算值，钙铝比大于理论计算值，根据理论计算结果可知，现有炉渣不利于去除Al₂O₃夹杂和脱硫，因此现有炉渣需要结合理论计算结果进行改进。

根据FactSage软件计算结果，最佳的炉渣成分是 图4 中的小红色区域，利用现有精炼渣CaO、SiO₂、Al₂O₃成分的质量分数的平均值与MgO为7%的CaO-SiO₂-Al₂O₃渣系的等温相图中进行比较，现有精炼渣的熔点在1600℃以上，现有炉渣成分与理论计算的精炼炉渣的目标成分对比。炉渣中SiO₂含量较低，碱度偏高，Al₂O₃含量偏低，不符合理论炉渣成分要求。

经过对炉渣成分的调整，现场按照最佳炉渣成分进行控制，随机在一个月的时间内对SPHC的精炼炉渣取样，取样结果见 表2 。从 表2 可以看到调整后的炉渣成分满足理论计算的结果，碱度(R)在3.51~5.40，平均为4.34，钙铝比ω(CaO)/ω(Al₂O₃)在1.6~1.8，平均为1.61，氧化镁MgO在5.83~6.96，平均为6.73。为了使得精炼炉渣成分满足理论炉渣成分，在生产中对炉渣进行多次的调整，然后找到冶炼造渣规律后，逐步加快了造渣速度和时间，使得脱氧剂与精炼渣中的TFe、SiO₂的反应更充分，全铁含量平均为0.65明显降低，说明了脱氧剂的利用率更高，炉渣的熔点最合适，还原性较好。

选取180 t LF精炼前和180 t LF精炼后的全氧含量作对比，结果见 图5 。从 图5 可知，SPHC钢种在转炉冶炼后，在出钢过程中进行脱氧合金化，由于铝块脱氧及合金化，再加上钢包底吹氩的搅拌，180tLF精炼到站时钢水中的ω(TO)为20 × 10⁻⁶~50 × 10⁻⁶。180 t LF在精炼过程中通过电极加热、加铝粒或改质剂再次进行脱氧剂造白渣、吹氩搅拌等措施，LF精炼后的ω(TO)降至16 × 10⁻⁶~25 × 10⁻⁶。由此可见钢水中的全氧含量明显下降，钢水纯净度提高了，说明调整后LF精炼炉渣脱氧效果有了明显改善，经过炉渣的改进，试验造白渣工艺起到了很好地效果，明显的可以提高SPHC钢的纯净度。

选取炉渣调整前后180 t LF精炼炉出站时的硫含量进行对比，结果见 图6 所示。蓝色为炉渣调整前的硫含量变化情况，红色为调整后的硫含量变化情况，红色线条明显低于蓝色线条，充分说明了180 t LF精炼炉在精炼过程中通过按照目标精炼炉渣成分控制，炉渣的还原性提高，经过钢包底吹的搅拌脱硫，LF精炼结束时的硫含量由0.014%降至0.012%。说明LF通过调整后的炉渣还原性更强，炉渣熔点进一步降低，容硫的能力更大，脱硫效果明显好转。

通过炉渣成分的调整，LF炉渣的熔点降低，容硫能力增强，炉渣的流动性较好，去除夹杂物能力强，从下线的水口观察发现Al₂O₃的夹杂物明显减少，絮水口的几率减少，在炉渣改进前，絮水口现象较为明显，拉速不稳定，换水口频繁，偶尔造成连铸拉断事故，连续拉钢困难，最短的连拉炉数只有两炉，给生产成本带来巨大压力，炉渣成分改进后，从连铸浇铸反馈来看，钢水的可浇性提高，拉速也比较稳定，钢水质量明显好转，炉渣成分改进前后的对比见 图7 。连铸连拉炉数在炉渣成分改进前平均连拉炉数为27炉，连铸连拉炉数在炉渣成分改进后平均连拉炉数为41炉，连铸连拉炉数的增加，生产成本也明显好转。