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济钢120t转炉深脱硫工艺实践探讨

董德明

(济南钢铁股份有限公司 中厚板厂，山东 济南 250101)

摘 要:对济钢120t转炉深脱硫工艺进行了深入探讨，提出了控制措施。通过选用优质石灰和废钢、优化铁水预处理确保精炼前钢水低硫，并通过完善转炉操作、优化渣洗技术、控制炉渣成分和渣量很好地控制钢中硫元素含量，达到了低硫钢种超低硫含量的要求。

关 键 词: 超低硫钢;KR脱硫;渣洗;LF深脱硫

1 前言

硫是钢中的有害元素之一，是表面活性元素，常以MnS的形式在钢材晶界上或异相界面上偏析聚集。硫对钢材最大的危害是引起钢的热脆。硫含量作为钢的洁净度的主要标志之一，直接影响连铸坯表面质量和内部质量，并且对钢板机械和加工性能也有明显影响，如焊接性、成型性、韧性和断裂韧性等。近年来，随着用户对低硫钢和超低硫钢需求量的日益增加，对钢中硫含量的要求越来越严格。以管线钢为例，要求控制钢中硫不大于0．01‰。

2 需要解决的问题

炼钢生产X70～100、JG950、JG670DB、FH40/EH40、FE32/EH32等此类超低硫钢种必须解决的技术问题有:优化KR铁水预处理工艺，使入炉铁水硫含量≤0．005%;120t顶底复吹转炉脱硫工艺的研究与应用，强化转炉吹炼过程的脱硫; 优化挡渣工艺，降低出钢过程下渣量; 研究转炉出钢“渣洗”脱硫工艺，保证形成高碱度、流动性好的钢包渣，充分利用钢包底吹氩和出钢过程钢水搅拌进行脱硫、吸附脱氧形成的夹杂物，为LF造还原渣做好准备条件;研究LF深脱硫工艺，降低钢包渣中氧活度和选择合适的渣系以达到提高钢包渣硫容量。

3 技术措施

3．1 优化KR铁水预处理工艺，降低入炉料的硫含量

3．1．1 优化铁水预处理工艺

KR铁水预处理脱硫工艺是以一个外衬耐火材料的搅拌器浸入铁水罐内进行旋转搅动铁水，使铁水产生漩涡，同时加入脱硫剂(CaO)使其卷入铁水内部进行充分反应，从而达到铁水脱硫的目的。通过对储粉罐脱硫剂存放时间和脱硫剂理化指标的管理与把关。优化脱硫剂加入时机，延长搅拌时间，提高搅拌头旋转速度，优化KR处理前后扒渣标准，摸索铁水预处理目标硫含量与脱硫剂加入量及处理周期、温降的对应关系。优化后，KR铁水脱硫效果明显改善，能稳定保持在0．05‰以内，与优化之前相比较，平均降低约0．033‰。达到预期效果，给转炉提供了低硫的铁水条件，为生产超低硫钢奠定了基础。

3．1．2 采用优质的入炉料

(1) 使用优质低硫废钢，最好是本厂返回废钢，包括板边、中间包坨、坯头等，禁止使用含硫量高且不稳定的铁块。

(2) 使用优质石灰。炼钢用石灰应满足:有效CaO含量达85%以上;硫含量要低，应小于0．05%;烧碱＜2．5～3．0%;活性度要高，水活性的盐酸消耗量300mL以上;新鲜干燥;块度要合适，要求10～40 mm。

3．2 完善转炉脱硫工艺，提高转炉脱硫率

在顶底复吹炼钢过程中，脱硫主要靠硫向碱性泡沫炉渣转移，硫在渣—钢之间的分配系数可表示为:

根据(1)式，采取了如下工艺手段进行转炉吹炼过程脱硫。

3．2．1 转炉冶炼的过程温度控制

由于渣—钢脱硫反应为吸热反应，为提高转炉的脱硫率，过程温度控制要适当高一些。而温度升高有利于石灰的熔化，改善了炉渣的流动性和脱硫反应的动力学条件。因此冶炼过程中要使炉温均衡上升以利于脱硫。但是为了兼顾脱磷，过程温度又不能太高，根据脱硫和脱磷的热力学条件和实际生产经验，将TSC温度控制在(1575 ±10)℃，［C］控制在0．4%～0．6%。

3．2．2 FeO含量控制

从热力学的角度讲，渣中FeO含量的增加会降低硫的分配系数，不利于脱硫反应的正向进行，因此脱硫反应要求有较低的氧势。FeO对脱硫的正面影响主要体现在动力学的作用上。采用高拉补吹的方法降低炉渣中的FeO含量，过程渣的FeO控制在6%～10%的范围内，终渣的FeO控制在10%～16%为最佳。

3．2．3 强化过程操作，确保过程化渣

根据铁水［Si］和冶炼操作的实际化渣情况，适当加入一定数量的化渣剂以促进化渣。确保“前期渣早化，过程渣化透”，做到全程化渣，不喷溅、不返干，在保证化渣良好的条件下，使终渣中TFe含量由目前的20%降到18%。

3．2．4 适当提高炉渣碱度

由(1)式可知，转炉渣碱度越高，则n(O2－)越高，r(s2－)越小，Ls越大，为了达到高的渣—钢之间的分配系数，制定转炉造渣制度，要求提高石灰的加入量，根据铁水条件，转炉终渣碱度控制在3．2～3．8。随着CaO的加入炉渣碱度升高，脱硫能力增强。当碱度达到一定值时，随着炉渣碱度增大，渣中CaO含量升高，熔渣粘度增大，渣钢界面硫扩散成为限制环节，使炉渣脱硫的动力学条件变差，再继续提高炉渣碱度，脱硫率反而下降。因此，提高石灰利用率的前提条件是必须要保证炉渣的流动性。

3．2．5 采取双渣操作

为了降低渣中(CaS)的含量，可以在测完TSC后，提枪倒出部分熔渣，然后根据TSC温度和碳含量，再加入适量的石灰重新造渣。

3．3 优化渣洗技术，提高转炉出钢过程的脱硫率

转炉出钢过程“渣洗”脱硫是比较有效的简易脱硫技术。利用转炉出钢过程高温钢水强大的搅拌动能，形成高碱度、低熔点脱硫渣对钢水进行“渣洗”脱硫。在成本增加不大的前提下，大幅度降低成品钢的硫含量。此外，利用“渣洗”过程中液态高碱度熔渣与钢水的重度差，使脱硫熔渣在与钢水充分接触的同时，不断从钢水内部不同层面上浮析出(“倒沉淀”过程)，形成对脱硫后钢水的“过滤”效果，捕捉不断析出的脱硫产物，达到脱硫的目的。

为了提高出钢过程脱硫效果，利用挡渣塞和挡渣棒控制下渣量，在出钢过程中加入石灰、萤石和脱硫促进剂，利用高温钢水强大搅拌功能，把高效脱硫促进剂与钢水快速混均互溶，使之发生液—钢反应，获得良好“渣洗”效果，具体措施如下。

(1) 确定顶渣的加入量及加入时机

为了促进顶渣熔化和强化出钢过程的渣洗脱硫，小粒石灰加入量确定为1000 kg，萤石加入量为300kg;确定顶渣的加入时机，确保顶渣加在钢流冲击部位;适当增加钢包底吹氩气流量，实施出钢过程全程吹氩，加强钢水搅拌，促进钢渣反应。

(2) 提高小粒石灰的质量降低石灰的硫含量，块度均匀。

(3) 提高钢包底吹氩流量，充分利用高温钢水强大的搅拌功能，使钢渣快速混均互溶，确保钢包渣熔化良好，无结团现象。

3．4 LF深脱硫工艺的研究与应用

3．4．1 炉渣成分对脱硫的影响

LF炉渣和钢水之间的脱硫反应可表示为:

由(4)式可知，降低钢水和炉渣的氧势，提高［%Al］含量，采用低的(S．P．)值的精炼渣系有利于获得良好的精炼效果。因此要实现深脱硫，良好的合成渣系是非常重要的。高碱度渣具有较低的氧势，因而对脱氧有利。但是随着碱度的增加，精炼渣的流动性降低，不利于反应的进行;同时，随着碱度的增加，渣中CaO活度增加，钢中点状夹杂增加，对于对点状夹杂要求严格的钢种(如轴承钢)，将会影响其疲劳寿命。因此，精炼渣碱度的控制要求是既要满足深脱硫需要，又要保证渣的流动性和夹杂物的去除。

为了验证钢包渣系对LF脱硫率的影响，先后组织了20炉次进行试验，具体见表1和图1。

由表1和图1可以看出，随着钢包渣碱度和渣中Al₂O₃含量的提高，脱硫率明显提升，能满足LF炉钢包深脱硫的效果。因此，LF深脱硫渣系成分见表2。

3．4．2 钢包底吹氩搅拌

吹氩搅拌能增加钢—渣界面和传质、传热速度，强化钢渣反应，提高脱硫速度，降低溶解氧，促进夹杂上浮，提高钢液质量。随氩气流量的增大脱硫速率增大，同时易造成钢液面裸露、钢水二次氧化导致钢液中氧和氧化物夹杂增加，从而限制了搅拌强度的进一步提高;而搅拌能量太小又起不到吹氩搅拌去除夹杂物的作用，因此应保持适当的搅拌强度。

3．4．3 LF渣量对脱硫的影响

增加LF的渣量有利于脱硫。理论上钢水精炼结束的硫含量与钢水初始硫含量及钢包顶渣硫含量有下列关系：

由(5) 式可以看出，增大渣量有利于脱硫。要获得钢中极低的硫含量，应严格控制钢水和炉渣初始硫含量，即严格控制LF处理前的硫含量和转炉下渣量，并适当增加低硫渣料的加入量。

3．4．4 LF升温对炉渣脱硫的影响

高温下，炉渣与钢水脱硫反应的平衡常数Ks与钢水温度成正比，它们之间的关系式为:

logKs=－5743/T+1．621(6)

从(6)式中看出，提高钢水温度，有利于脱硫，但Ks随温度的变化幅度不大。提高钢、渣温度可以改善炉渣的流动性，提高钢、渣接触界面和传质脱硫速度。研究表明LF精炼过程中随着钢水温度的升高硫的分配比升高。在实际LF脱硫处理过程中，钢水温度加热至1600℃左右较佳，太高对包衬的侵蚀产生较大的影响，还易造成钢水二次氧化。

3．4．5 LF深脱硫效果分析

在冶炼超低硫钢时采集了10炉次数据对比脱硫效果，见表3。

由表3可以看出，稳定的钢包渣系以及标准的LF操作过程，使LF处理过程获得了稳定的良好LF脱硫效率，平均脱硫率达到82．28%，成品硫含量波动为0．00074%～0．00153%，达到了X70～100、JG950、JG670DB、FH40/EH40、FE32/EH32等钢种所要求的超低硫含量。

4 实施效果

通过实施以上技术措施，钢中的各项化学元素达到了产品质量计划中的目标要求，很好地控制了钢中硫元素含量，使钢水中硫稳定控制在0．02‰以内，平均硫含量达到0．01‰的水平。