点击下载——LF 精炼渣成分对硫容量的影响.doc
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.