对于大多数钢种来说，硫是有害元素。它在钢中所形成的硫化物降低钢的韧性，硫化锰夹杂是钢基体点腐蚀的发源地，钢的氢脆与钢中硫化物夹杂也有密切关系。薄板坯连铸由于是在高拉速条件下进行(3.0m/min～6.0m)/min).铸坯厚度薄.浇钢空间狭小，唐钢FTSC工艺薄板坯连铸机又采用复杂横截面的长漏斗型结晶器，为保证连续浇注和薄板坯表面质量，对硫含量提出更高的要求，一般要控制在0.008%以下。同时.薄板坯连铸的刚性流程还需要时间、温度、节奏的匹配协调。因此，开发LF钢包精炼炉的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钢包精炼炉的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主要设备及技术参数

　 唐钢150t LF钢包精炼炉的主要设备及技术参数见表1:

表1 唐钢150t LF炉主要技术参数

公称容量/t	最小钢水处理量/t	最大钢水处理量/t	钢水净空高度/mm	电极直径/mm	极心圆直径/mm	电极升降行程/mm	电极升降速度/mm/s	炉盖提升行程/mm	钢包透气砖数量/个	变压器容量/MVA
150	100	160	≥500	457	750	2500	150	700	2	25

2唐钢薄板坯连铸钢水精炼工艺流程

　 钢水进站→接底吹氩管→钢包到LF精炼位→测温取样→给电.加渣料.造还原渣→调整钢水成分及酸溶铝→测温取样→成分温度合格→弱吹→喂线→弱吹→钢水到LF炉起吊位→加保温剂→吊包→薄板坯连铸机。

3脱硫的热力学研究

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入渣中,对于铝镇静钢来说.脱硫基本反应为:

　 3(O^2-)+3[ S]+2[ Al]=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，转炉出钢下渣过多，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450kg。

3.3钢水温度

　 提高钢水温度可以加快渣料熔化，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1560℃时，脱硫速率明显降低;钢水温度高于1560℃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1560℃。

3.4渣氧化性

　 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(FeO+ MnO) < 1%时，脱硫反应速率显著提高。

图1 渣中FeO含量与硫分配系数的关系

3.5钢中酸溶铝含量

　 实测钢中酸溶铝含量小于70×10^-6时，钢水氧位大于20×10^-6，不利于脱硫反应。钢水的脱[O]与脱[S]是相互联系的，脱[O]良好的钢水增加了渣的脱硫能力，是深脱硫的必需条件，并符合以下规律:

　 [%S]=30a_[O]

式中: a_[O]一指钢水中执的活度。

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

图2 酸溶铝含量与脱硫效率的关系

　 从图2中可以看出.钢中酸溶铝含量大于200×10^-6时脱硫效率显著提高，再提高钢中酸溶铝含量脱硫效率提高则不明显。因此，要求转炉到LF炉钢中酸溶铝含量要大于200×10^-6。3.6 CaF₂含量

　 CaF₂本身没有脱硫能力，但在CaO中加入脱硫速率显著增加，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O^2-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，脱硫速率和脱硫效率都大大提高。

3.7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硫从钢液木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。文献指出，脱硫时钢水搅拌能量ε一般大于7000W/ t,钢水搅拌能量ε由下式给出:

　

式中:Q_Ar——吹氩量，m³ /min;

　 Ti ,Tn——分别为钢水和氩气的温度，K;

　 H_o——吹氩深度，m;

　 P₂——氩气压力，Pa;

　 Wg——钢水重量，t。

　 在唐钢LF钢包精炼炉的精炼条件下.吹氩脱硫时的氩气搅拌能量约为9000W/ t 。

3.8钙处理

　 唐钢LF钢包精炼炉喂线处理主要用于对A1₂O₃夹杂进行改性处理.使之形成球形12 CaO一7 A1₂O₃夹杂，防止中间包浸入式水口堵塞，一般要求钢水中Ca/AlS大于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炉快速脱硫的关键技术。因此，制订了如下工艺路线:

4.1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150t LF钢包精炼炉渣料实际消耗为:石灰,12～14k㎏/ t;萤石,4～5㎏/t;预熔精炼渣，4～5㎏/t;造白渣用铝粉，0. 5～1㎏/t。表2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。

表2 渣系成分控制 %

项目	CaO	Al2O3	FeO+MnO	SiO2	MgO
合理的渣系成分	50～60	20～30	＜1	6～8	—
唐钢实际渣系成分	50～55	15～20	＜1	8～10	6～8

　

4.2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1560 ℃.过程温度控制在1570℃到1590 ℃之间(如图3所示)。从图3可以看出温度低于1560℃时,脱硫效率将会明显降低。

图3 钢水温度与脱硫效率的关系

4.3酸溶铝成分控制

　 根据生产实际情况，要求进LF精炼站钢水中酸溶铝含量大于200×10^-6,过程酸溶铝含量控制在250×10^-6左右，喂线前酸溶铝含量控制在200×10^-6左右。结果表明，脱硫效率良好。

4.4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600NL/ min，大搅有利于脱硫;均匀成分、温度时氩气搅拌强度为400～500NL/ min;喂线前后静吹时氩气搅拌度为200NL/ min,避免裸露钢水液面，引起二次氧化。

4.5钙处理制度

　 唐钢一般要求喂线前钢中硫含量小于0.009% ，静吹时间大于5min.喂线后钢水中Ca/AlS大于0.1,静吹时间不低于5min ，在特殊情况下，钢中硫含量小于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300～400NL/ 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钢包精炼炉脱硫时间明显缩短，能满足薄板坯连铸生产节奏的要求，稳定薄板坯连铸的生产提供了有力保证。图4是采用快速脱硫工艺前与采用快速脱硫工艺后LF钢包精炼炉脱硫情况的对比。

图4 工艺改进前后脱硫速度的对比

　 唐钢通过对LF钢包精炼炉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炉快速脱硫，满足了薄板坯连铸的生产要求。