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LF 精炼渣成分对硫容量的影响

操瑞宏1，2

( 1． 西安建筑科技大学，陕西 西安 710055; 2． 新余钢铁集团有限公司，江西 新余 338001)

摘 要:通过对 6 炉高强船板钢的 LF 炉精炼渣进行取样分析，研究精炼渣成分对硫容量的影响。结果表明: 顶渣二元碱度在 4 ～5，渣中 Al2O3的质量分数在 16% ～17% 时，Cs 达到 0． 153; 当二元碱度在 6 ～ 7，渣中 Al2O3的质量分数在21% 左右时，Cs 同样达到 0. 153; 而 Cs 和顶渣的四元碱度呈同一变化趋势。

关 键 词:LF; 精炼渣; 碱度; 硫容量

1 前言

硫作为钢中的杂质元素，其含量高时会造成热脆现象，对后道工序的加工及产品性能造成不利影响，在冶炼过程中多作为有害元素进行处理。脱硫通常采用 LF 工艺进行，LF 精炼具有底吹及加热功能，拥有良好的脱硫热力学及动力学条件，所以顶渣成分和脱硫能力对 LF 炉精炼效果具有很大的影响。

硫容量能够表示炉渣容纳或吸收硫的能力，它和炉渣的成分有很大关系。本文通过对 6 炉高强船板钢精炼渣进行取样分析，计算炉渣的硫容量并分析炉渣成分对其影响，以确定合适的炉渣成分，为高强船板钢及其他钢种的经济高效脱硫提供理论支持。

2 实验及方法

2． 1 实验的理论基础

硫容量的一般表达式为［1］:

式中: Po2与 Ps2—渣—气平衡时气相中的氧分压和硫分压;

由于 LF 精炼渣是由多种氧化物构成，其碱度与渣中氧化物的氧离子的活度有关。光学碱度利用探针离子的信息表示炉渣中的相对“自由”氧离子，是一种表达炉渣碱度的有效方法，已广泛用来解释和预测炉渣的化学性质。为了精确计算炉渣的硫容量，采用 R W Young［2］推导出的光学碱度与 Cs 的关系式来计算 Cs。其公式如下:

2． 2 实验方法

分别对冶炼的 6 炉高强船板钢精炼渣进行取样，每炉取 3 个样，分别在化渣后、合金化后及出站取样，对取得的试样采用化学分析的方法进行分析。

3 实验结果及讨论

表 2 和表 3 分别给出了本次实验中炉渣的成分及在 T =1 873 K 时各个渣成分下的硫容量。

3． 1 顶渣成分变化行为

从表 2 可以看出，随着精炼过程的进行，大部分渣中的 Al2O3逐渐增多，同样渣中的 w ( S) 呈现出同一趋势。最明显的变化是从化渣样到合金化这个阶段，渣中的 Al2O3和 S 增加较多，这是因为当顶渣化好初期，渣子的 Cs 较高( 见表 3) ，对 S 及 Al2O3吸附性强。随着时间的增加，渣中的 S 及 Al2O3的活度增加，降低顶渣的吸附性，因而后期变化不大。

渣中的 MnO + FeO 值基本都是小于 1%，通常情况下是随着冶炼的进行逐步降低，如没有按照此趋势变化，一般都是在冶炼过程中出现不同程度的二次氧化现象。如实验中的第 2 炉，其出站值是1. 87% ，超过 1% ，而其过程值分别是 0. 75% 和0. 65% ，这是因为在冶炼后期或软吹过程中，由于底吹偏大造成钢水二次氧化所引起的。因此要加强冶炼的过程控制，避免产生钢水二次氧化的现象，影响钢水脱硫。

3． 2 碱度对 Cs 的影响

图 1、图 2 分别给出四元碱度 R4= ( CaO +MgO) / ( SiO2+ Al2O3) 及二元碱度 R2= CaO / SiO2对硫容量的影响。由图 1 可知，四元碱度和硫容量呈同一变化趋势，在实验炉次范围内，四元碱度的最小值为 1. 68 时，Cs 也达到其最小值 0. 113; 而当其值达到最大2. 27 时，Cs 也取得最大值0. 156。硫容量的变化趋势基本是随着四元碱度的增加而增加，这同高碱度有利于脱硫理论相吻合。由图 2 可知，对二元碱度说，其趋势并不是单纯随着碱度的增加而增加，而是有一定的反复，这可能是:

1) 当碱度过高时，顶渣熔点也同样升高，流动性变差，影响到渣子的硫容量;

2) 当碱度低时，渣中没有足够的碱基来固定进入渣中的硫，从而降低渣子的硫容量;

3) 除了 CaO 及 SiO2之外，其他元素对 Cs 也产生影响。

3． 3 Al2O3对 Cs 的影响

图 3 中是顶渣二元碱度、硫容量及渣中 Al2O3质量分数的数据曲线; 由表 2、表 3 中第 1、3、4、6 炉及图 3 可知: 当二元碱度在 3 ～ 5 时，硫容量的大小受渣中 Al2O3的量控制，是随着其质量分数的升高而降低; 当碱度在 4 ～ 5，渣中 Al2O3的质量分数在20% ～ 25% 时，硫容量在 0. 113 ～ 0. 118; 而当 Al2O3的质量分数下降到 16% ～ 17% 时，硫容量上升到0. 15 左右。对于第 6 炉，其碱度在 3 ～ 4 时，比第1炉碱度下降约 1，但其硫容量却高于第 1 炉，这是由于第 1 炉顶渣中 Al2O3的质量分数高的缘故，造成其硫容量下降。而根据第 2 炉的数据，对于二元碱度在 6 ～7 时，Cs 同样达到 0． 15 左右，此时渣中最佳 Al2O3的质量分数在 21%左右。因此从脱硫及吸附 Al2O3夹杂的角度考虑，本钢种最佳顶渣二元碱度应控制在 4 ～ 5，渣中最佳 Al2O3的质量分数在16% ～ 17% 。单纯靠提高顶渣碱度来改善硫容量是不合理的，还应控制 Al2O3的质量分数。

3． 4 MgO 对 Cs 的影响

图 4 给出 w ( CaO) / w ［( SiO2) + ( Al2O3) ］和 Cs 的变化趋势线，虽然没有 MgO，但二者仍保持同一变化趋势，因此 MgO 对 Cs 的影响可以忽略。从构成炉渣碱度的角度来考虑，影响本钢种硫容量的元素主要是 CaO、SiO2及 Al2O3，因此在 LF 造渣过程中，MgO 的加入可以仅考虑其保护镁质炉衬的作用。

4 结论

1) 化渣初期精炼渣的 Cs 较高对 S 的吸收能力较强，随着冶炼进行，其值逐渐降低，对应于渣中硫的质量分数却逐步增加。

2) 当二元碱度在 6 ～ 7，渣中的 Al2O3质量分数在 21%左右时，Cs 达到 0. 15; 当顶渣二元碱度在 4～ 5，渣中 Al2O3的质量分数在 16% ～17%时，Cs 同样达到 0. 15。从有利于吸收 Al2O3夹杂物的角度考虑，顶渣碱度应选择在 4 ～5，渣中 Al2O3的质量分数应控制在 16% ～17%。

3) Cs 和四元碱度呈同一变化趋势，Cs 随着四元碱度的增加而增加，这同高碱度有利于脱硫理论相吻合。

4) MgO 对顶渣的 Cs 几乎没有影响。

［ 参 考 文 献 ］

［1］   黄希祜． 钢铁冶金原理［M］． 北京: 冶金工业出版社，2002．

［2］   Young R W，Duf y J A，Hassall G J et al． Use of Optical Basicity Concept for Determining Phosphor us and Sulphur Slag Metal Partitions J ． Iron making and Steel making1992，119 ( 3) 201 － 219．