摘要：在实验室条件下进行了精炼渣熔化特性测定及钢水深脱硫的实验研究，实验表明预熔精炼渣的熔化温度明显低于机械混合渣，CaF₂和MgO对精炼渣的熔点的影响与其加入量有很大关系。在其它条件基本相同的情况下，熔点低的脱硫率高。

关键词：脱硫；预熔精炼渣；熔点；CaF₂

    由于高质量的管线钢、容器钢、钢轨钢等钢种对钢中硫含量的要求日益严格，选择具有良好冶金性能的精炼渣是这些钢种冶炼技术的关键环节。预熔精炼渣以其熔点低、成分均匀、冶金效果好等优点正逐步取代传统的固体合成渣。近年来，国内外冶金工作者对精炼渣进行了大量不间断的研究^[1-5]。炉外精炼的基本渣系为CaO—SiO₂一A1₂O₃，为提高流动性可配一一部分CaF₂，为提高炉衬寿命可适当加入一部分MgO等等。本文选取了3种精炼渣组成，对其熔点和脱硫率进行了研究，并对CaF₂和MgO的含量进行了一些探讨。

1  预熔精炼渣与机械混合渣的熔点比较

1．1  实验方案

    选取3种不同成分的渣料，分别测定其预熔精炼渣和机械混合渣的熔点。精炼渣的主要成分见表1。

1．2  实验结果及数据分析

    渣的熔化特性采用I，Z2Ⅲ型炉渣熔化特性测定仪测定，分别测定其变形点、半球点和流动点。实验结果如下表2所示。

    从表2中可以看出，对相同成分的渣料，经预熔后，预熔精炼渣的熔化温度明显低于机械混合渣，最大降温43⁰C。预熔精炼渣之所以表现出这种熔化特性，是由于经预熔后，预熔精炼渣的成分更趋于均匀，且在预熔过程中预熔精炼渣中预先生成一些低熔点化合物，其在熔化过程中仅仅是被加热和熔化，但混合渣则更复杂。混合渣从固相到液相的熔化过程必须经历以下4个阶段[6]：(a)低温下的固相反应；(b)烧结反应；(c)液固两相反应；(d)液相中的反应。

    对于本次实验的3种渣样来说，成分基本相同，与1号渣相比，2号渣含有6％CaF。(质量分数)，3号渣含有6％MgO(质量分数)。通常来说caF。本身能降低渣的熔点，改善渣的流动性，但实验结果表明含有6％CaF。(质量分数)的2号渣熔点却最高，笔者认为主要是2个方面的原因，其一是渣的碱度很高，流动性差，而高纯氟化钙熔点1 403℃，训(CaF。)高会在精炼渣预熔和冷却过程中由于选分结晶的作用导致caF。产生偏析，过多的加入CaF：反而增加了或者局部增加精炼渣的熔点；其二是CaF。的加入。图1是在CaO—Al。O。渣系中加入7％(质量分数)的CaF：的X衍射图，X衍射结果表明，铝酸钙系渣中加入CaF：后生成了熔点更高的氟铝酸钙，导致渣的熔点升高。而MgO通常因为本身熔点高而增加精炼渣的熔点，实际上从本实验看来，3号渣的熔点反而最低，这可能与其它组元形成复杂的低熔点的化合物有关系。文献Ⅲ7’认为，向精炼渣中加入MgO代替部分ca0，训(MgO)控制在5％～10％，能降低渣系熔点。也有实验表明∞]，在精炼渣中加入MgO，提高了精炼渣的熔点，但可以起到保护镁质炉衬的作用，减少了炉衬向熔渣的溶解过程，其合适叫(MgO)为4．0％～6．0％。

    所以对于加入CaF₂能降低精炼渣的熔点，加入MgO提高精炼渣的熔点的说法不能绝对化，CaF₂和MgO对渣熔点的影响并没有确定的标准，这与熔渣其它组成、碱度以及冶炼条件等等都有关系，有关它们加入量说法不一，但总的说来都应该考虑在渣系熔点、脱硫能力、流动性以及耐材消耗的前提下进行添加。

2预熔精炼渣碳管炉脱硫实验

    用1、2、3号预熔精炼渣，在1 600℃进行脱硫实验。实验装置为25 kVA立式高温碳管炉。采用刚玉坩埚，外套石墨坩埚。将称量好的金属料放入刚玉坩埚，再放入石墨坩埚，置于高温炉中加热，炉内使用氮气保护坩埚。待金属料完全熔化后，石英管取原始金属料，然后加入渣料，每隔10 min取样一次，30 min后取出坩埚。在实验条件基本相同的情况下比较3种渣系的脱硫能力。实验具体方案见表3。

    预熔精炼渣碳管炉脱硫实验结果如表4。

    上表中可以看出，3号渣熔点最低，脱硫率最高，可见预熔精炼渣的熔点对脱硫有很大的影响，熔点越低对脱硫愈有利。当然其中含有的MgO本身有一定的脱硫能力，能够提高CaO的活度。2号渣在10 min后，刚玉坩埚破裂，主要原因还是w(CaF2)过高，对坩埚侵蚀过大，虽然CaF₂的加入对脱硫有一定的作用[9]，但在冶炼过程中不能为了单纯地追求脱硫率而加大CaF₂的用量。

    根据Duffy等人给出的光学碱度的计算方法，分别算出了3种渣的光学碱度分别为：^1=0．77，^2=0．76，^3=0．76。显然，在光学碱度比较接近的情况下，从本实验的条件看，渣的熔点对脱硫率的影响很大，熔点低的脱硫率高。

3预熔精炼渣感应炉脱硫实验

    本次实验的主要设备是25kg空感应炉。实验采用表1中的1号和2号渣，具体方案见表5。

    实验中钢锭在真空下熔清后，加适量铝脱除钢液和渣中的部分氧。然后加入渣料，待渣料熔化后开始记时，实验过程中每lO min取样一次，测定钢液的硫含量变化，40 min后浇注出钢。实验结果见表6。

    感应炉的脱硫实验也同样证明，在两种渣料的光学碱度相近的情况下，1号渣熔点低于2号渣，在1号钢锭初始硫含量高于2号钢锭的情况下，用熔点不同的渣料脱硫的最终w(S)相近。l号渣脱硫率为30％，2号渣脱硫率为25％，即渣系熔点低对脱硫更有利。

    通过碳管炉和感应炉的脱硫实验发现，钢水中硫含量的下降主要集中在前10 min，也就是说精炼渣脱硫的前期非常重要，低熔点的精炼渣可以提高脱硫效果，缩短精炼时间。在追求速度和效率的今天，炉渣的快速熔解将成为钢水脱硫的一个关键因素，寻求低熔点、高效率的脱硫剂将成为一个重要课题。

4  结  论

    (1)预熔精炼渣的熔点要低于机械混合渣的熔点。

    (2)CaF₂和MgO对渣的熔点的影响不能绝对化，这与其加入量有很大的关系。CaF₂加入量过多反而会增加其熔点；对叫(MgO)控制在合适的范围内，不仅对保护炉衬起了作用，而且能降低渣系熔点。

    (3)分别通过碳管炉和感应炉的脱硫实验证明，在渣的光学碱度相近的情况下，渣的熔点对脱硫率的影响很大，熔点低的脱硫率高。

                                                                                                                                                                                  (钢铁冶金及资源利用省部共建教育部重点实验室武汉科技大学，湖北武汉)