点击下载——济钢超低硫钢生产实践探索研究.doc

济钢超低硫钢生产实践探索研究

刘辉

（山东钢铁集团有限公司规划部，山东 济南 250101）

摘 要：介绍了济钢210t转炉超低硫钢生产工艺技术，通过控制转炉入炉铁水S含量，在转炉出钢过程中加入一定量的顶渣对钢水进行“渣洗”脱硫，控制LF炉渣碱度、氧化性、温度、渣量等，实现了转炉渣洗平均脱硫率达到61.41%，LF平均脱硫率78.2%，精炼结束平均S含量达到了0.00174%。

关 键 词：超低硫钢；渣洗；LF；脱硫

1 前言

通常情况下，对于绝大多数钢种来说硫是有害元素，钢中硫可显著降低钢材的韧性和强度，增加钢材的热脆性和不耐腐蚀性。随着对钢品质要求的日益提高，许多高强度管线钢、压力容器钢、高级别船板钢以及高强度结构钢都要求比较低的硫含量。X70以上级别的管线钢降低w（S）到（20～30）×10-6可保证钢的韧性和抗SSCC（硫化物应力腐蚀）性能。为尽快发挥济钢新建210t转炉工程装备的技术优势，生产出市场需求量较大的X70等超低硫钢种，设备热试投产后就积极进行了超低硫钢生产技术的研究探索，取得了良好的效果，为下一步实现超低硫钢的稳定生产积累了宝贵经验。

济钢210t转炉区域包括1套KR预处理脱硫装置，1座210t转炉，1座双工位LF炉，1座双工位RH，1台达涅利宽厚板连铸机，断面尺寸（250、300mm）×（1800～2300）mm。

2 超低硫钢生产过程控制

2.1 转炉出钢“渣洗”脱硫

为检验转炉出钢“渣洗”的脱硫能力，同时为LF尽快造还原渣提供条件，工业试验选取了1个入炉铁水硫含量较低的浇次，钢种为PD34B01，未进行KR铁水预处理脱硫，转炉冶炼出钢加入一定量的顶渣进行“渣洗”脱硫。试验炉号分别为0800085、0800086、0800087、0800088、0800089、0800090，共6炉，为表述方便，后文以炉号的后两位表示，入炉铁水成分见表1。从表1可看出，入炉铁水S波动范围为0.0156%～0.0238%，平均为0.0185%。

采用公司内部的优质废钢和活性石灰（活性度≥340mL）。出钢过程使用铝锰硅脱氧合金化，加入2000kg左右的小颗粒活性石灰和部分萤石，利用钢渣混冲良好的搅拌动力学条件以及钢水高温良好的热力学条件对钢水进行渣洗脱硫，同时吸附脱氧形成的夹杂物，形成高碱度、流动性好的钢包渣，为LF造还原渣做好准备条件，以缩短LF精炼时间。同时严格控制转炉下渣量，根据测算，210t转炉平均下渣量控制在4～5kg/t，顶渣的加入可以完全覆盖钢液面，有效防止了钢水的二次氧化。“渣洗”脱硫情况见表2。

从表2可以看出：尽管由于废钢等因素造成转炉终点S波动较大，平均S含量为0.0212%，比入炉铁水S（0.01847%）略高，但在出钢过程中通过顶渣强有力的“渣洗”作用，LF处理前平均S含量降到了0.00798%，出钢“渣洗”脱硫率达到了61.41%，大大减轻了LF脱硫负担。

2.2 LF精炼脱硫

2.2.1 钢水Als及炉渣成分对脱硫的影响

对低硫和超低硫钢水进行脱硫，必须降低钢水和炉渣的氧势，为此钢水必须有一定的［Al］含量（见表3）。根据奥钢联提出的条件要求，LF要实现深脱硫，钢中Als控制在0.030%～0.040%，钢中自由氧含量≯（2～3）×10-6。实际定氧结果在此范围内。

从表3可以看出，LF处理初期钢中Als平均含量达到了0.0441%，保证了LF深脱硫钢中酸溶铝的要求。LF炉渣和钢水之间的脱硫反应可表示为：

由（3）式可知，降低钢水和炉渣的氧势，即提高［%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。奥钢联在供连铸机的钢水条件中明确提出，为保证炉渣良好的脱硫、脱氧效果，铝镇静钢精炼渣的组成要求为：CaO 50%～55%，Al2O3 25%～30%，SiO2≤15%，（FeO+MnO）≤1%。图1给出了LF精炼过程中CaO、Al2O3、SiO2组元在CaO-Al2O3-SiO3三元相图中的变化。在MgO含量10%左右，三元渣系相图落在2区间内，即达到渣系所需要的成分控制、炉渣还原性、流动性的需要。从实际炉渣成分控制的情况（见表4）来看，由于Al2O3偏低，CaO控制偏低，炉渣渣系组成及流动性并未达到最佳，即炉渣的脱硫特性并未达到最佳，还有进一步优化的空间。

根据小仓康嗣和藤本英明等研究证明，（S.P.）因子最小时脱硫效果最佳，此时炉渣中Al2O3含量在30%～35%之间，CaO含量在60%～65%之间，SiO2含量在4%～6%之间。

2.2.2 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［S］含量与钢水开始硫含量及钢包顶渣硫含量有下列关系：

w（［S］）=Σw（S）－w（S）×a/100。（4）

式中：w（［S］）为钢中硫的质量分数，Σw（S）为钢渣中所有硫的质量分数之和，w（S）为渣中硫的质量分数，a为渣量。由（4）式可看出，增大渣量有利于脱硫。如果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。

2.2.3 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。（5）

从（5）式中可以看出，提高钢水温度，有利于脱硫，但Ks随温度变化的变化不大，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，提高脱硫速度。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，温度每升高10℃，硫在钢渣中的分配比增加4～5［1］。在实际LF脱硫处理过程中，钢水温度加热至1600℃左右较佳，太高对包衬的侵蚀大，还易造成钢水二次氧化。

2.2.4 LF脱硫效果分析

工业试验由于转炉出钢过程中加入了较多的顶渣以及LF加入一定量的铝粒脱渣中氧，钢水在LF初期快速形成了高碱度低氧化性渣，为快速深脱硫创造了条件；LF采用双透气砖大氩气流量搅拌，为炉渣脱硫提供了足够的动力学条件。因此，LF精炼发挥了快速深脱硫的作用。LF炉的脱硫效果分析见表5。

从表5可以看出，稳定的渣系和足够的钢中Als获得了稳定的良好LF脱硫效率。LF平均脱硫率达到78.2%，成品S含量波动为0.0014%～0.0024%，达到了X70所要求的超低硫含量，为今后超低硫钢的生产积累了宝贵的经验。因此，为获得极低硫钢，需保证以下条件：

1）保证转炉入炉铁水较低的硫含量，同时对入炉废钢的硫含量严格限制。

2）出钢过程中加入一定量的顶渣，一方面可以脱出一部分钢中的硫；另一方面可以及早形成LF炉所需要的流动性好的钢渣，便于LF快速脱硫。

3）保持钢中一定的铝含量，提高钢水脱硫的效率，因为钢水中足够高的铝含量，可以保证钢水和钢渣同时具有很低的氧化性，从而为钢水脱硫提供充分的热力学条件。

4）钢水在LF精炼过程中要求钢渣中FeO、MnO含量＜1.0%，这就要求转炉出钢时严格控制下渣量，以减少钢渣中FeO、MnO等氧化性元素含量。

5）保持LF精炼过程中较高的炉渣碱度，根据硫在钢渣和钢水之间的分配关系：

显然增加钢渣中CaO的活度会增加硫在钢渣和钢水间的分配比，从而有利于钢水脱硫。

6）适当增加LF精炼过程中脱硫渣的用量，这样可以降低钢渣中硫化物的活度，有利于脱硫反应的不断进行。

7）适当提高LF处理温度，因为LF精炼过程中随着冶炼温度的升高，硫的分配比升高，温度每升高10℃，硫在钢渣中的分配比增加4～5。

3 结论

济钢新建210t转炉系统通过控制入炉铁水硫含量和使用优质废钢，适当增加转炉出钢过程中顶渣加入量，利用钢渣强力的混冲获得了很高的脱硫效率，同时由于严格控制转炉下渣，为LF快速形成还原性的低氧化渣提供了条件，有利于LF造渣对钢水进行深脱硫。

工业试验表明：通过适当的生产工艺控制，可以达到X70超低硫钢（w［S］≤20×10-6）生产的需要。通过进一步的工艺优化，严格控制入炉铁水S，进一步优化精炼渣系，有望生产w［S］≤10×10-6的极低硫钢。

参 考 文 献：

［1］   余键，李晶.超低硫管线钢的生产及脱硫参数分析［J］.炼钢，2009，25（3）：58-59.