摘要：介绍和分析了唐钢150 t LF精炼薄板坯连铸钢水时的快速脱硫工艺。生产实践表明，合理的渣系组成、温度控制、酸溶铝含量、吹氩搅拌及喂线技术是实现快速脱硫的关键技术。

关键词：LF；快速脱硫；工艺实践

薄板坯连铸由于是在高拉速条件下(3．0～6．0 m／min)进行，铸坯厚度薄，浇钢空间狭小，唐山钢铁集团公司(以下简称唐钢)FTSC薄板坯连铸机又采用复杂横截面的长漏斗型结晶器，为保证连续浇铸和薄板坯表面质量，对硫含量提出了更高的要求，一般要控制ω(S)<0．008％。同时，薄板坯连铸的生产还需要时间节奏、温度的协调匹配。因此，开发LF快速脱硫工艺是薄板坯连铸短流程生产线的一个重要研究课题。唐钢在2003年3月开始对LF快速脱硫工艺进行了有针对性的研究，并取得了较好的工艺效果。

1 LF设备技术参数

唐钢150 t LF主要技术参数如下。

容量            150 t

最小钢水处理量  100 t

最大钢水处理量  160 t

钢包净空高度    ≥500 mm

电极直径        457 mm

极心圆直径      750 mm

电极升降行程    2500 mm

电极升降速度    150mm/s

炉盖提升行程    700mm

钢包透气砖数量   2个

变压器容量       25MVA

2薄板坯连铸钢水精炼工艺流程

    钢水进站一接底吹氩管一钢包到LF精炼位一测温取样一给电、加渣料、造还原渣一调整钢水成分及酸溶铝一测温取样一成分温度合格一弱吹一喂线一弱吹一钢水到LF起吊位一加保温剂一吊包一薄板坯连铸机。

3脱硫的热力学动力学研究

3．1   脱硫反应

    在钢一渣界面上的脱硫反应是伴有电子转移的置换反应，其基本式为：

 [S]+2e=(S^2-)

    为保持电中性，必有一些能释放电子的元素同时经过界面进人渣中，对于铝镇静钢来说，脱硫基本反应为：

    3(O^2-)+3[S]+2[A1]=3(S^2-)+(A1₂O₃)

3．2  炉渣的脱硫能力

    适当增加渣量，可以稀释渣中CaS浓度，加快脱硫速率。但渣量过大会使炉渣过厚，影响钢渣界面反应。在实际生产过程中，由于转炉渣中FeO含量高，出钢下渣过多，会影响造白渣过程，从而恶化脱硫过程降低脱硫效率。因此，在生产实践中转炉出钢下渣量要求小于450 kg。

  从热力学角度考虑，脱硫反应是在还原性气氛中进行，渣中FeO含量高不利于脱硫反应。根据生产数据，在脱硫反应中渣中FeO含量与硫分配系数的关系如图1所示。此外，在生产实践中还发现，渣中ω(FeO+MnO)<1％时，脱硫反应速率显著提高。

3．3钢水温度

  提高钢水温度将有利于脱硫反应的进行，同时可以加快渣料熔化，提高钢水流动性，加快反应速度，从而加速脱硫。生产实践表明，钢水温度低于1 560℃时，脱硫速率明显降低；钢水温度高于1 560℃时，渣料熔化快，炉渣流动性好，脱硫反应快。因此，要求转炉钢水进站温度要大于1 560℃。

3．4钢中酸溶铝含量

    实测钢中ω(Als)<70×10^-6时，钢水ω(O)>20×10^-6不利于脱硫反应。钢水的脱氧与脱硫是相互联系的，脱氧良好的钢水可提高渣的脱硫能力，是深脱硫的必需条件，并符合以下规律：

ω_[s]=30a_[0]  

 式中，a_[0]指钢水中氧的活度。

    通过对生产数据的统计，得到钢中酸溶铝含量与脱硫率的关系，如图2所示。

    从图2可以看出，钢中ω(Als)>200×10^-6时脱硫率显著提高，若再提高钢中酸溶铝含量脱硫率提高则不明显。因此，要求转炉到LF钢中ω(Als)要大于200×10^-6.

3．5 CaF₂含量

    CaF₂本身没有脱硫能力，但加入炉渣中可使脱硫速率显著提高，这说明CaF₂在脱硫过程中可以起到类似于催化剂的作用，其作用机理主要是：①CaF₂可以与网状硅酸盐发生反应，提供少量的O^2-，使渣中自由盯增多；②CaF₂能显著降低渣的熔点，改善动力学条件，使硫容易向CaO等破网组元固相扩散；③氟离子可以破坏硅酸盐赖以结合的化学键，形成空隙，使硫更容易扩散到CaO等金属氧化物内部。最终的结果是随着CaF₂的增加，脱硫速率和脱硫率都大大提高。

3．6  吹氩搅拌

    氩气搅拌可以增加钢一渣反应界面，加快反应速度。从动力学角度分析，钢包精炼炉中脱硫反应的限制环节是钢液本体向钢一渣界面的传质过程。因此，加强氩气搅拌有利于提高脱硫反应速度。文献[1]指出，脱硫时钢水搅拌能ε一般大于7 000 W／t，钢水搅拌能ε由下式给出：

          6.18Q_ArT1              T_n                            H₀

     ε=—————[1- ——+1n(1+ -----------)]

       Wg         T₁        1.46×10^-5P₂

    式中，Q_Ar为吹氩量，m³／min；T₁、T_n分别为钢水和氩气的温度，K；H₀为吹氩深度，m；P₂为氩气压力，P_a；W_g为钢水重量，t。

    在唐钢LF精炼条件下，吹氩脱硫时的氩气搅拌能约为9 000 W／t。

3．7  钙处理

    唐钢LF喂线处理主要用于对Al₂O₃夹杂进行改性处理，使之形成球形12CaO·7Al₂O₃夹杂，防止中间包浸入式水口堵塞，一般要求钢水中m(Ca)／m(AIs)>0．1。但对喂CaSi线前后钢水取样分析表明，喂CaSi线后钢水将进一步深脱硫，平均脱硫率为13．7％。

4快速脱硫工艺的开发与实践

    根据理论分析及生产实际情况，唐钢认识到合理的渣系组成、温度控制、钢中酸溶铝含量、吹氩搅拌及喂线技术是实现LF快速脱硫的关键技术。因此，制订了如下工艺路线。

    (1)造渣制度：根据唐钢实际情况(石灰中SiO₂含量较高)以及考虑到成本因素，唐钢150 t LF精炼渣料实际消耗为石灰12～14 kg/t；萤石4～5kg／t；预熔精炼渣4～5kg／t；造白渣用铝粉0．5～1 kg／t。表1为合理的渣系成分以及唐钢实际的渣系成分控制。唐钢实际的渣系其硫容比可达到200。在实际生产中还发现，越早造白渣，脱硫效率越高，因此要求钢水进站后立即加铝粉脱氧，一次给电后要求造好白渣。

    (2)温度制度：根据生产实际情况，唐钢要求进LF精炼站钢水温度大于1 560℃，过程温度控制在1 570～1 590℃。从图3可看出温度低于1 560⁰C时，脱硫率将会明显降低。

    (3)酸溶铝成分控制：根据生产实际情况，要求进LF精炼站钢水ω(Als)>200×10^-6，过程ω(Als)控制在250×10^-6左右，喂线前ω(A1s)控制在200×10^-6左右。结果表明，脱硫率良好。

    (4)氩气搅拌制度：为保证脱硫及去除夹杂物，要求冶炼前期脱硫时氩气搅拌强度为600L／min；强搅有利于脱硫；均匀成分、温度时搅拌强度为400～500L／min；喂线前后静吹时氩气搅拌强度为200 L／min，避免钢水液面裸露，引起二次氧化。

    (5)钙处理制度：唐钢一般要求喂线前钢中ω(S)<0.009％，静吹时间大于5 min，喂线后钢中m(Ca)／m(Als)>0．1，静吹时间不低于5 min。在特殊情况下，钢中ω(S)<0．012％时可以喂线脱硫，但要适当增加喂线量，喂线时氩气流量为300～400 L／min，喂线后要保证静吹时间大于8 min，以利于CaS夹杂上浮。

5工艺效果

    采用快速脱硫工艺后，唐钢LF脱硫生产周期明显缩短，能满足薄板坯连铸生产节奏的要求，对稳定薄板坯连铸生产提供了保障。图4是采用快速脱硫工艺前后LF脱硫情况的对比。

6  结  语

    唐钢通过对LF脱硫热力学的分析研究，采用合理的渣系组成、温度控制、钢中酸溶铝含量、吹氩搅拌及喂线技术，实现了LF快速脱硫，满足了薄板坯连铸的生产要求。