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LF精炼生产低硫钢工艺实践

黄德胜

(攀枝花钢钒有限公司提钒炼钢厂，四川 攀枝花 617000)

摘 要：根据攀枝花钢钒有限公司提钒炼钢厂LF生产工艺，分析了影响LF脱硫效率的主要因素。钢包渣的碱度、氧化性和曼内斯曼指数以及处理过程的吹氩搅拌均对脱硫有较大影响。采用还原剂降低钢包渣氧化性、提高精炼渣碱度以及合理控制渣中Al2O3含量等措施，可提高LF精炼过程的脱硫能力。在生产管坯钢时，LF过程脱硫率达到65％以上，并形成了批量生产ω(S)≤0．003％的低硫钢的能力。

关 键 词：精炼渣；脱硫；LF

一般来说，硫是钢中的有害元素。硫在钢中以硫化物(Mn，Fe)S的形式存在，除对钢材的热加工性能、焊接性能、抗腐蚀性能有较大影响外，对力学性能也有影响，而且会显著降低钢材的抗氢致裂纹(HIC)的能力[1]。近年来开发出的一些高性能洁净钢，如管线钢、取向硅钢、汽车面板等，ω(S)都要求控制在50×10-6甚至更低的水平。攀枝花钢钒有限公司(以下简称攀钢)由于采用钒钛磁铁矿冶炼，铁水硫含量较高，且脱硫后还需进行转炉提钒，在提钒过程中，铁水带入的脱硫渣、加入的冷却剂等会造成铁水回硫，因此，通过铁水预处理很难将钢水ω(S)控制在0．005％以下，限制了低硫钢产品的开发。为此，通过优化LF工艺，提高精炼过程脱硫能力，可实现低硫钢的稳定生产。

1 攀钢LF脱硫分析

攀钢生产低硫钢的工艺流程为：铁水预处理→转炉提钒→120t转炉炼钢→LF→RH→连铸。由于提钒过程的钢回硫，造成转炉出钢后钢水硫含量仍然较高，为此，根据攀钢生产情况对LF脱硫过程进行了分析。

硫在钢液中主要以FeS形式存在，在炉渣中以CaS形式存在最为稳定。脱硫基本反应式为：

FeS+CaO=CaS+FeO    (1)

由于该反应为吸热反应，根据式(1)可知，在高碱度(高CaO)、高温和低氧化性(低FeO)条件下，脱硫反应向正反应方向进行，有利于脱硫。

1．1 渣量

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，提高脱硫效果。但渣量过大会使炉渣过厚，影响钢渣间的反应。

攀钢生产气瓶钢时，LF渣量与脱硫率的关系见图1，随渣量的增加，脱硫率不断增大，当渣量超过10kg／t，脱硫率可达到60％以上。而国内某厂冶炼低硫钢种[2]，渣量超过12kg／t，可获得80％以上的脱硫率。可见，适当增大渣量，可进一步提高攀钢LF的脱硫率。

1．2 碱度

根据脱硫基本理论，炉渣碱度越高，脱硫能力越强。但是LF过程炉渣碱度过高，渣中CaO等高熔点物质析出，其炉渣黏度也会增大，炉渣熔化性能不好，反而会影响脱硫效果[3]。钢包渣碱度与渣—钢间硫分配系数Ls的关系如图2所示，可见硫分配系数随碱度的增加而增加，而当碱度超过10时，炉渣的脱硫能力开始下降。可见适合LF脱硫的炉渣碱度为6～10。

1．3 炉渣氧化性

LF精炼的任务是温度调整、造渣精炼和合金微调，而对钢包渣脱氧进行白渣操作是造渣精炼系如图3，当钢包渣中叫(FeO+MnO)下降至1％以下时，渣钢间硫分配系数明显提高，氧含量越低脱硫效果越好。

在实际生产过程中，转炉出钢下渣过多，会使渣中氧含量增加，影响造白渣的效果，从而恶化脱硫条件，降低脱硫效率。因此，在生产实践中转炉出钢钢包内的下渣量要求小于60mm。

1．4 渣中Al2O3含量

除碱度和氧化性外，炉渣中的Al2O3含量对其脱硫能力也有较大影响，通常使用炉渣曼内斯曼指数MI(MI=ω(CaO)／[ω(Al2O3)·ω(SiO2)]来表征其脱硫能力，相关文献均表明，当炉渣MI=0．2～0．4时，具有较好的脱硫效果[4]。从图4中攀钢铝镇静钢LF渣MI与硫分配系数的关系看，当炉渣MI控制在0．25～0．40，其脱硫能力较强。

1．5 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。吹氩搅拌可使非金属夹杂物相互碰撞、聚集，逐渐转变成大颗粒，便于上浮去除。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。

2 LF精炼脱硫工艺

攀钢目前有5座LF，之前在生产过程中主要承担加热升温和调整合金成分任务。由于对脱硫、去除夹杂等功能考虑较少，LF造渣工艺相对简单，主要考虑其埋弧效果。而要发挥其脱硫功能，造渣工艺存在以下不足：1)造渣过程未加入还原剂，钢包渣氧化性偏高；2)渣量仅保证基本埋弧加热要求，加入量较小；3)渣料种类单一，未对钢包渣成分进行准确控制。为此，对LF精炼过程脱硫的工艺进行了以下改进。

2．1 开发还原剂

为提高LF的脱硫效果，在转炉出钢过程和LF工序加入钢包渣还原材料，来降低钢包渣氧化性，形成白渣精炼。为此，开发出含铝的钢水调渣剂和含CaC2的复合精炼渣，其理化指标分别见表1和表2，用于对不同钢种的钢包渣进行改性处理，以达到白渣精炼的目的。针对含铝钢种，在LF处理前加入10～20kg铝粒，来进一步降低钢包渣的氧化性。

2．2 提高钢包渣碱度

根据图2的分析，将LF钢包渣碱度控制在7左右，可获得较高的脱硫能力。为此，通过在出钢过程中向钢包内加入活性石灰和萤石，以及在LF处理过程增加高碱度渣料的加入，控制钢包渣中ω(CaO)=55％～65％，ω(SiO2)≈10％，将碱度控制在较高区间。为保证在钢包渣碱度提高的情况下，炉渣熔化良好，LF高碱度渣料采用多批次少量加入的方式，并加入少量萤石，渣料加入后确保足够的加热化渣时间和吹氩搅拌时间，以保证其脱硫效果。

2．3 控制钢包渣Al2O3含量

在冶炼低硫钢时，通过加入铝粒和调渣剂来调整钢包渣中的Al2O3含量。在每批次加入了高碱度渣料后，均对应加入10％左右的调渣剂和8％左右的铝粒，来调整钢包渣的氧化性和渣中的Al2O3含量。

2．4 LF过程控制及吹氩操作

LF在处理开始，先采用大流量吹氩方式吹开表面的渣层，加入第1批还原剂和高碱度渣。随后采用高供电档位进行化渣，化渣期间适当调低吹氩流量，并加入第1批铝粒，确保高碱度的钢包渣熔化良好。化渣结束后进行3～5min的软吹氩操作，均匀成分和温度，随后采用低供电档位进行加热升温，同时加入第2批和第3批的还原剂、铝粒和高碱度渣进行脱硫，加入渣料总量控制在13kg／t以上。加热结束后调整成分，并软吹6～10min。处理过程吹氩模式见图5。

3 改进后的效果

在确立了LF处理工艺后，攀钢于2012年4月进行了低硫钢的试生产，共连续生产了24炉低硫钢，取得了较好效果，随后对该工艺进行了推广，并形成了批量生产ω(S)≤0．003％的低硫钢的能力。

3．1 钢包渣组分控制

表3为低硫钢生产中，LF处理结束时的钢包渣成分。可见，钢包渣成分控制较为稳定，碱度在7．55～8．61，平均为8．13；MI=0．30～0．46，平均为0．39；而代表钢渣氧化性的ω(FeO)=0．579％～0．930％，平均为0．723％。从而保证了钢包渣具有较强的脱硫能力。

3．2 硫含量控制

低硫钢生产过程中，转炉入炉铁水ω(S)平均为0．0045％，出钢后的钢水ω(S)均在0．003％以上，平均为0．0043％。钢水在从转炉运输至LF期间，大部分钢水硫含量有一定下降。而在LF处理过程中，钢水ω(S)均大幅降低，所有炉次钢水都降低到了0．003％以下，最低ω(S)仅为0．0008％。过程脱硫率在54．17％～81．4％，平均为65．38％。虽然在LF处理结束到浇铸的过程中，大部分炉次硫含量有一定回升，但成品ω(S)均小于0．003％，平均为0．0018％。

4 结论

1)结合攀钢LF生产实际，分析得到提高LF渣碱度控制在6．0～10．0、曼内斯曼指数控制在2．5～4．0、ω(FeO+MnO)控制在1．0％以下。

2)通过开发钢包渣还原剂、提高碱度、合理控制钢包渣Al2O3含量等措施，LF平均脱硫率达到65．38％，实现了批量生产ω(S)≤0．003％的低硫钢的能力。

参 考 文 献：

[1]   黄道鑫．提钒炼钢[M]．北京：冶金工业出版社，2000：202．

[2]   刘洪波，孟凡玉，孙庆，等．提高精炼效率工艺改进与应用[C]∥2008年全国炼钢—连铸生产技术会议文集，2008：258—262．

[3]   胡安虎，简明，孙玉军．影响梅钢LF炉深脱硫效果的因素分析[J]．梅山科技，2009(2)：7—9．

[4]   周燕．光学碱度在冶金渣中的应用[J]．钢铁研究学报，1996．8(1)．52—56．