LF 炉普碳钢快速脱硫实践

 LF 炉普碳钢快速脱硫实践

蒋勇    陈国梁

单位名称：阳春新钢铁有限责任公司   邮编529600

摘要：分析了阳春新钢铁炼钢厂在直供过程因硫高临时进LF炉脱硫，由于精炼站原节奏5-9分钟，因S高临时控速后LF炉节奏短（LF炉从座车-冶炼完毕出站约10-20分钟），易出现脱硫不到位，造成成品硫超国标判废，通过实践，实现普碳钢快速脱硫，使钢水在限定时间完成冶炼操作，确保了多炉连浇，避免硫高判废。

关键词：LF炉脱硫；短节奏；快速脱硫；工艺实践

（一）前言：

近期，高炉大修后，铁水成分不稳定，铁水经常出现硅低硫高情况。目前我厂转炉脱S水平在20%-30%，当终点S>0.055%时，转炉脱硫能力有限，很大可能出现出钢S高，因临时组织进LF炉脱S，在站节奏短，LF炉处理时间短，通常第一炉从LF炉座车-LF炉出站10-20分钟左右，为应对此类情况，特开展LF炉普碳钢短节奏脱S工艺研究。

（二）1..LF脱硫技术的分析

从热力学和动力学方面对LF深脱硫工艺的分析来看,大渣量、高碱度、适当高的钢水温度、较低的炉渣氧化性、良好的吹氩搅拌以及钢水钙处理是钢水深脱硫的有利条件。

脱硫的热力学：

脱硫反应式为:

(CaO)+[FeS]=(CaS)+[Fe0]

铝作为脱氧剂时脱硫反应式为：  

3(CaO)+2[Al]+3[FeS]=3(CaS)+(Al2O3)+3[Fe]

因此，渣的碱度高、温度高，同时钢液中的 Al含量高，而且保证钢液中的最低溶解氧含量，是脱硫反应的必要条件。

2.脱硫的动力学：

在钢渣界面脱硫反应平衡时，脱硫反应速度表示为:

图 1[1]

式中:F表示参加反应的界面积;

Dss表示硫在渣中的扩散系数;

δs.表示扩散边界层厚度

通过提高温度、加强搅拌等方式提高脱硫反应速度。因为提高温度可提高硫在渣中的扩散系数，加强搅拌可使扩散边界层厚度减小，硫在渣中的扩散系数增大，参加反应的界面积增大。

3.什么是炉渣去硫?影响炉渣去硫热力学因素有哪些?[1]

利用渣中碱性氧化物将溶解于金属液中硫转变为只溶解于渣中而不再溶解于金属液中的硫化物，从而降低金属液中硫含量的过程称为炉渣去硫。如炉外精炼过程中的炉渣去硫。

炉渣脱硫反应一般可表示如下:(CaO)+[FeS]=(CaS)+[Fe0]或

（O2-）+[S]=（S2-）+[O]，当上述反应达到平衡时，其平衡常数Kθ表达式为  ：

图 2[1]

分配比(Ls)可用来表示炉渣去硫能力，Ls值愈大，则炉渣去硫能力愈强，反之，Ls值愈小炉渣去硫能力愈弱。

分析硫在渣-金属液间的分配比计算式可知，影响炉渣去硫能力高低的因素如下。

(1)温度。炉渣去硫反应为一吸热反应，其平衡常数随温度升高而增加，因此，高温有利于炉渣去硫。

(2)炉渣的碱度。炉渣碱度高，渣中自由碱性氧化物(CaO) 多，有利于炉渣去硫。但碱度不能过高，当碱度超过某一最佳值时，渣的黏度增加，不利于硫在渣-金属液间扩散。

(3)炉渣的氧化性。从炉渣脱硫反应看，降低炉渣的氧化性(或提高炉渣的还原性)，渣中∑w(FeO)降低，金属液中氧含量降低，有利于炉渣去硫。另一方面，生产实践表明，氧化渣也能脱硫，但在其他条件如搅拌、温度、碱度完全相同的条件下，氧化渣的去硫效果还是远远低于还原渣的。

(4)金属液-渣间搅拌情况。去硫属于金属液-渣界面反应，加强金属液-渣搅拌扩大反应界面有利于炉渣去硫。

4.什么是炉渣的硫容?有何意义?

对于炉渣去硫反应:（O2-）+[S]=（S2-）+[O],达到平衡时，由其平衡常数 K表达式:

图 3[1]

硫容能表示出炉渣容纳或吸收金属液中硫的能力大小。一定条件下，炉渣的硫容值愈大，则炉渣容纳或吸收金属液中硫的能力愈强.

5.渣中Al203含量对Ls的影响[2]

对于铝脱氧钢，渣中的A1203与硫化物容量(Cs)存在如图关系。研究发现，渣中A12O3含量大于30%时，随着渣中 Al2O3的增加，硫化物容量(Cs)减小，同时也发现，随着温度的升高，同渣系的硫化物容量(Cs)增大，也证明了温度与脱硫存在线性关系。

在CaO-Si02-Al203渣系中，当A203含量<30%时，增加渣中的Al203含量可以降低渣的熔点，提高流动性。但综合考虑炉渣对Al203夹杂和脱硫的影响，一般选择20%-30%较好。

图 4[1]

6.曼内斯曼指数(MI)对Ls的影响[2]

MI =(%CaO)/(%Al2O3)(%SiO2)

上式为曼内斯曼指数(MI)计算式，此指数表

征炉渣的流动性。与硫在钢渣间的分配比Ls存在如图关系。

文献推荐值为0.25-0.35。[2]

图 5[2]

7.炉渣碱度对脱硫率的影响

炉渣碱度是脱硫的基本条件。随着渣碱度的提高，渣中的游离CaO增加，炉渣的脱硫能力增大，脱硫率上升。但炉渣碱度不能无限制增加，否则会使炉渣流动性变差，不利于脱硫。

实践表明，炉渣碱度在2.5以上，只要能保证钢渣脱氧良好和吹氩搅拌正常，可将钢中硫控制在40ppm,但要进一步降低硫含量必须提高炉渣碱度。

图 6[1]

8.炉渣流动性对脱硫率的影响

炉渣的流动性是影响钢渣间反应的重要因素。加萤石可提高炉渣的流动性，也提高了硫的扩散能力。但炉渣太稀也不利于稳弧，同时严重侵蚀钢包耐材，污染环境。

9、炉渣中主要成分对脱硫率的影响

炉渣中的主要成分有:Ca0、SiO2、Al203和 (Fe0+Mn0)，决定了炉渣的特性(碱度、流动性、氧化性)，综合对脱硫率的影响如图所示。随(Ca0/Si02)(Al203)/(Fe0+MnO)值的提高，脱硫率上升，当其值小于10时，渣几乎不脱硫。

图 7[1]

10.渣量对脱硫率的影响

适当增加渣量，可以稀释渣中的CaS浓度，促进脱硫反应式向右进行，对脱硫有明显的效果。但是大渣量使脱硫反应不活跃，脱硫效果增加不明显，同时电耗和辅料消耗增加。一般控制渣量为钢水量的1%-2%。

（三）本研究主要针对普碳钢短节奏，因节奏短，主要思路为：在增大渣量的同时配比一定的含铝助熔剂，通过电极化渣升温一定时间，使炉渣保持良好的流动性的同时降低炉渣氧化性，送电结束后采用氩气强搅拌3-6分钟.实现短节奏快速脱硫.本次共收集98炉数据如下：

1.石灰量对脱硫效果的影响适当增加渣量可以增加渣中CaO含量，稀释渣中CaS浓度，可以加快脱硫速率，但渣量过大会使炉渣过厚,影响钢渣界面反应,从而恶化脱硫条件降低脱硫效果。

石灰量与脱硫率的关系如下图1所示。本次共收集98炉，平均石灰量 5.74kg/t，最少5.02kg/t，最多的8.47kg/t.，脱硫率均能达到10%以上.

2.送电时长对脱硫影响

平均送电时长5.79分钟，最短4分钟，最长12.5分钟，脱硫率最高达到84%，最低达到10%

3.助熔剂加入对脱硫率影响

助熔剂平均加入量4.04kg/t，最高6.1kg/t，最低3.4kg/t，炉渣流动性良好，一次送电后脱硫率均达到10%以上.

4.钢水温度

钢渣间的脱硫反应属于吸热反应，吸热在108.2-128kJ/mol之间，因此，高温有利于脱硫反应进行。 温度的重要影响主要体现在高温能促进石灰溶解和提高炉流动性性。

平均进站温度1543，一次送电后平均温度1559，最低1544，最高1580平均脱硫率达到10%以上.

5.吹氩搅拌

在精炼过程中,钢水始终处于吹氩搅拌状态,这有利于增大钢-渣界面,促进钢-渣界面的化学反应,有利于脱氧、脱硫反应的顺利进行。吹氩还可以加速钢中成分和温度的均匀,便于精确控制钢水成分、温度。研究发现[1]在相同炉渣组成的条件下氩气搅拌动能对脱硫速率极大.因此在一次送电结束后，采用强搅拌3-6分钟。

6.现场炉渣情况

实现LF炉在站节奏15-25分钟快速脱硫，一次送电后脱硫率达到10%以上

（四）结论：

1）通过控制渣系的碱度，降低炉渣的理论熔点,改善炉渣流动性,得到碱度适宜,流动性良好的渣,适于深脱硫。

2)降低渣中FeO的含量是实现快速脱硫的关键环节，转炉工序应采取措施尽量减少下渣量,挡渣出钢,LF炉在最短时间内造好白渣,为实现快速深脱硫创造良好的条件。

3)在LF处理过程中,各环节吹氩搅拌强度的控制对脱硫效果有很大的影响,因此合理控制吹氩强度也是快速深脱硫工艺的关键所在。

参考文献

[1]炉外精炼500问  2010年1月

[2]李治国，LF炉造渣及脱硫控制技巧[D]。山西:太钢，2012.

第一作者简介：蒋勇，男，精炼专家技师。

第二作者简介：陈国梁，男，精炼专家技师。