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ＬＦ炉处理钢水时间短、转炉初炼钢水硫高等特点,从工艺方面对马钢120ｔＬＦ炉快速脱硫工艺条件进行探讨。
1 ＬＦ炉主要设备及参数
1.1 主要设备
双工位、双钢包车、双炉盖、旋转电极、电极加热装置、喂线机、测温取样、底吹氩、合金上料等系统。
1.2 设备参数
表1ＬＦ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 |
ｍｍ/s |
50 |
|
电极旋转角度 |
° |
110 |
|
钢包透气砖数量 |
个 |
2 |
2 目前ＬＦ炉冶炼钢种及其对[Ｓ]的要求
2.1 冶炼钢种
马钢120ｔＬＦ炉主要为ＣＳＰ生产线提供优质钢水。目前主要生产钢种为ＳＰＨＣ、Ｑ215Ａ、ＳＰＡ-Ｈ、Ｑ345Ｄ、ＳＳ400等。
2.2 钢种对硫的要求
ＳＰＨＣ、Ｑ215Ａ、ＳＰＡ-Ｈ、Ｑ345Ｄ、ＳＳ400钢种要求[Ｓ]≤0.012%。
3 ＬＦ炉工艺流程
钢包进加热位→接吹氩管吹氩→加入渣料造渣→加热→调整吹氩强度→调整钢水成分→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。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,马钢120ｔＬＦ炉造渣工艺已经比较成熟,炉渣成分比较稳定,炉渣化学成分见表2。
表2ＬＦ炉终渣主要化学成分
|
化学成分 |
|
ＣａＯ |
ＳｉＯ2 |
ＭｎＯ |
Ａｌ2Ｏ3 |
ＦｅＯ |
ＦｅＯ |
|
含量 |
% |
52～59 |
3～5 |
0.2～0.5 |
31～35 |
2.5～5.2 |
0.5～1.4 |
5 ＬＦ炉脱硫实践分析
5.1 脱硫机理
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,脱硫反应的反应式如下:
ＣａＯ+ＳＣａＳ+Ｏ (1)
Ｋ=ａ(ＣａＳ)·ａ[Ｏ] ａ[Ｓ]·ａ(ＣａＯ) (2)
根据式(1)、(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于其它元素(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)·ａＯ ａｓ。
硫由金属相向非金属相的迁移过程分为三阶段: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。由文献[2]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、喂Ｃａ线等。
5.2 脱硫影响因素
(1) 炉渣碱度马钢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,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。
随炉渣碱度的提高,脱硫率逐步提高,但碱度达1.7左右时,脱硫率达到最大值>50%,随后随着碱度的升高脱硫率呈下降趋势。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。
(2) 炉渣氧化性
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Ｏ2-浓度增加,不利于脱硫。马钢120ｔＬＦ炉在处理初期,采用在渣面加铝粒、铺展精炼渣的方法使炉渣快速改质,脱去渣中的氧。处理过程中,每隔3ｍｉｎ～4ｍｉｎ向炉内飘撒铝粉、精炼渣,继续脱氧、保持炉内还原性气氛。脱硫率与(ＦｅＯ)+(ＭｎＯ)关系,资料表明:当(ＦｅＯ)+(ＭｎＯ)≤0.8%时,脱硫率可达40%以上。
(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,马钢120ｔＬＦ炉渣量控制在钢水量1.7%～2%。其中,石灰800ｋｇ～1100ｋｇ,ＣＳＰ专用复合渣600ｋｇ,预熔渣200ｋｇ～300ｋｇ,转炉渣400ｋｇ～500ｋｇ。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。
(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。马钢120ｔＬＦ炉化渣期采用中度吹氩,吹氩量控制在200Ｎｌ左右;脱硫期采用大吹氩搅拌,吹氩量控制在350Ｎｌ ｍｉｎ左右,吹氩亮面控制在300ｍｍ～350ｍｍ,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) 精炼时间
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。马钢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。
(6) 钙处理
① 钙处理工艺是在铝脱氧后向钢水中喂入钙线,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Ｆｅ-Ｃａ线过程中,钙和金属中钢水液滴的密度高,上部低。枪位高,则间接供氧比例大,渣中(ＦｅＯ)易积累,当枪位长时间偏高,渣中(ＦｅＯ)积累到一定程度时,就会产生持续的喷溅。
② 炉渣返干后,钢水液面裸露在氧气流股下,由于剧烈剧烈的Ｃ-Ｏ反应,钢水液面上涨,枪位不够高时,仍然是直接氧化,渣中(ＦｅＯ)无法累积,只有吊枪至足够高度,氧气流股不能直接接触钢液从而发生以下反应:
Ｏ2+2ＣＯ=2ＣＯ2
ＣＯ2+Ｆｅ=ＦｅＯ+ＣＯ
由于反应ＣＯ2+Ｆｅ=ＦｅＯ+ＣＯ是强吸热反应,使钢液局部降温,抑制了Ｃ-Ｏ反应,此时渣中(ＦｅＯ)才开始积累,随着(ＦｅＯ)增加,熔渣中高熔点物质的熔点降低融化,如果降枪不及时就会引起爆发性喷溅。
③ 吹炼后期后期的喷溅基本上都是错误的操作引起的,如温度过高时加入含氧化铁的冷却剂,致使产生爆发性喷溅等。
6 结 语
(1)转炉冶炼低磷铁水,渣中(ＦｅＯ)过高是引起喷溅的主要原因。
(2)转炉炼钢前期喷溅主要原因是前期温度过低,并与枪位有一定关系。
(3)转炉炼钢中期返干后喷溅是由于吊枪操作后降枪幅度不够或不及时造成的。
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