摘要 结合生产实践,就影响LF炉快速脱硫的因素进行了全面，系统的分析,旨在缩短LF炉脱硫时间,提高LF炉脱硫率,满足马钢CSP生产线对钢水[S]≤0.012%的要求。

　 中国加入世贸组织后,钢材市场竞争日趋激烈如何不断开发新品种和高附加值钢种已成为企业的当务之急。而钢中硫含量的高低是衡量钢材性能的关键参数之一。硫过高,会产生“热脆”现象,同时,在钢液结晶时产生偏析,严重影响钢的机械性能。本文主要针对马钢CSP生产线要求精炼炉处理时间短、转炉初炼钢水硫高等特点,从工艺方面对钢包精炼炉快速脱硫工艺条件进行探讨。

1 钢包精炼炉主要设备及其参数

1.1 主要设备

　 主要设备有双工位、双钢包车、双炉盖、旋转电极、电极加热装置、喂线系统装置、自动测温取样系统、底吹氩系统和合金上料等系统。

1.2 主要设备技术参数

　 主要设备技术参数如表1所示。

2 LF炉冶炼钢种及其对[S]的要求

2.1 主要冶炼钢种

　 120tLF炉主要为CSP生产线提供优质钢水。其主要生产钢种为SPHC、X60、Q215A、SPA-H、

Q345D和SS400等。

2.2 钢种对硫的要求

　 SPHC、X60、Q215A、SPA-H和Q345D钢种要求[S]≤0.012%,SS400要求[S]≤0.010%。

表1 LF炉主要设备技术参数

项目	单位	技术参数
布置形式	双钢包车、电极旋转式、双加热双工位
变压器额定容量	MVA	21
公称容量	t	120
最小处理钢水量	t	110
最大处理钢水量	t	130
电极直径	mm	450
电极分布圆直径	mm	750
电极升降速度(自动)	m/min	上升/下降4.8/3.6
电极升降速度(手动)	m/min	上升/下降6.0/4.8
炉盖提升行程	mm	500
炉盖提升速度	mm/s	50
电极旋转角度	°	110
钢包透气砖数量	个	2

3 LF炉生产工艺流程

　 120tLF炉生产工艺流程为:钢包进加热位→吹氩→造渣→加热→调整吹氩强度→调整钢水分→调整钢水温度、喂线→净搅8min→出站

4 LF炉造渣工艺简述

　 转炉出钢挡渣方式为:出钢前期加挡渣帽、后期加挡渣棒。可控制钢包渣厚≤100mm,挡渣效果较好。

　 出钢过程加入脱氧剂、CSP专用复合渣、石灰,对氧化性炉渣进行改质。

　 在LF炉造渣期,加入精炼预熔渣、铝粒、石灰进行造白渣操作。目前,120tLF炉造渣工艺已比较成熟,炉渣成分比较稳定,炉渣的化学成分见表2。

表2 LF炉终渣主要化学成分

5 LF炉脱硫工艺实践分析

5.1 脱硫反应的机理

　 硫以多种化合物的形式不仅可溶解于纯硫化物相,也可溶解于炉渣和耐火材料中,但优先溶解于氧化物相中。在LF炉还原性条件下,脱硫反应的反应式为:

　 根据式(1)和式(2),可确定有效脱硫的条件是:氧化钙活度高、氧活度低和炉渣溶解或同化硫化物的能力强。其中,氧化钙活度与碱度关系密切;氧的活度取决于初始氧量和随后钢液与其他元素(脱氧剂)的反应;用Cs(炉渣对硫化物的容量)代表渣相吸收或同化硫或者硫化物的能力,其中Cs=(%S)·a_O/a_s。

　 硫由金属相向非金属相的迁移过程分为三个阶段:由金属体积内部向相界面迁移,穿过表面的界面反应和排除到非金属相内部。由参考文献可知,影响脱硫速率的因素是炉渣碱度、炉渣的氧化性、渣量、吹氩强度、冶炼时间和喂线等。

5.2 脱硫工艺影响因素分析

5.2.1 炉渣碱度

　 120tLF炉炉渣主要成分为CaO、SiO₂、Al₂O₃、MgO,炉渣碱度表达式为:R=(CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃)。生产过程中,在转炉出钢、LF炉造渣过程期间,加入石灰约1000kg、预溶渣800kg造碱度较高的炉渣。

　 对20炉LF炉终渣数据进行分析,脱硫率与炉渣碱度关系如图1所示,随炉渣碱度的提高,脱硫率逐步提高,但碱度达1.69时,脱硫率达到最大值56%,随后脱硫率呈下降趋势。这是因为当(CaO含量过高后,渣中会有固相质点析出,使炉渣粘度提高,流动性变差,影响了脱硫的动力学条件,使脱硫效果变差"生产实践中,当炉渣R偏高时,采用加精炼预溶渣的办法加以调整。

图1 炉渣碱度和脱硫率的关系

5.2.2 炉渣的氧化性

　 炉渣氧化性程度取决于(FeO)、(MnO)含量。(FeO)含量对脱硫具有双重影响,一方面,(FeO)提高,炉渣的流动性变好,有利于脱硫;另一方面(FeO)、(MnO)提高,使O^2-浓度增加,不利于脱硫。具体工艺参数和操作不应出现,以防泄密。对20炉LF炉终渣数据进行分析,脱硫率与(FeO)+(MnO)关系如图2所示。由图2可知,当(FeO)+(MnO)≤0.8%时,脱硫率可达40%以上。

图2 (FeO)+(MnO)含量和脱硫率的关系

5.2.3 渣量

　 理论分析,渣量越大,对脱硫越有利,但渣量过大,会导致原材料、电能等生产成本的增加,同时,不利于喂线变性。目前,120tLF炉渣量控制在钢水量的1.7%～2%。生产实践中,钢水中[S]≥0.025%时,通过加大渣量的办法来提高脱硫率。

5.2.4 吹氩强度

　 LF炉钢包吹氩有利于钢包内夹杂碰撞上浮、扩大渣-金属反应面,加速反应物质的传递过程,提高反应速率。但随着吹氩量的增加,钢液面易裸露,钢水容易二次氧化,导致钢水中细小Al₂O₃夹杂的增加,恶化钢水质量。因此,考虑上述因素,吹氩量非越大越好,而是有一最佳值。120tLF炉化渣期采用中度吹氩,脱硫期采用大吹氩搅拌,当钢水中[S]≥0.030%时,开强吹氩以快速脱硫,但随后应保证净搅时间≥8min。

5.2.5 LF炉冶炼时间

　 图3为马钢一钢厂3#LF炉2004年9月脱硫实例。LF炉处理初期,炉渣!钢水温度低,炉渣流动性差,脱硫能力弱。随着炉渣、钢水温度的升高,石灰等渣料开始熔化,炉渣碱度升高,LF炉中期,吹氩量较大,脱硫反应的动力学、热力学条件俱佳,因此,脱硫效果较好。在LF炉后期,炉渣中硫容量虽趋于饱和,但炉渣流动性好,钢水温度高,仍具有较好的脱硫效果。120tLF炉连浇炉次冶炼周期为36min,通过延长LF炉冶炼时间达到高脱硫率不具有实际意义。

图3 脱硫率与冶炼时间的关系

5.2.6 钙处理

　 钙处理工艺是在铝脱氧后向钢水中喂入钙,把熔点高且对浇注、轧制均有害的Al₂O₃夹杂转变为球状易熔的铝酸钙(C₁₂A₇)。钙是强脱硫元素,因此,在钙处理即喂Fe₂Ca线过程中,钙和金属中的[S]反应生成(CaS),由于CaS在钢水温度下为固体,易堵塞水口,因此,通过钙处理脱硫对钢水浇注有负面影响。马钢120tLF炉喂Fe-Ca线前后[S]及脱硫率如表3所示。

表3 120tLF炉喂Fe-Ca线前后[S]含量及脱硫率

　　　　

　

　 综上所述,欲快速提高120tLF炉脱硫率、脱硫速度,应考虑以下因素:

　 (1)快速造高碱度渣。随炉渣碱度的提高,脱硫率逐步提高,但碱度达1.69时,脱硫率达到最大值56%,随后脱硫率呈下降趋势。

　 (2)快速造好白渣"当(FeO)+(MnO)≤0.8%时,脱硫率可达40%以上。

　 (3)LF炉渣量控制在钢水量的1.7%～2%之间。当钢水中[S]≥0.025%时,通过加大渣量的办

法来提高脱硫率。

　 (4)大流量吹氩可显著提高脱硫率,但后期大流量吹氩不利于钢水质量。大流量吹氩后应保证净搅时间≥8min。

　 (5)随着LF炉冶炼时间的延长,脱硫率呈上升趋势,但冶炼时间受LD-CSP CC生产周期限制。

　 (6)喂Fe-Ca线平均脱硫率达27.1%。但由于(CaS)对钢质有害,不提倡增加Fe-Ca线用量提高脱硫率。