摘 要:介绍了150tLF-IR炉喷吹CaO粉和CaSi粉进行钢水精炼脱硫的情况,给出了喷吹CaO粉和CaSi粉的工艺参数,比较了喷吹这两种粉剂的脱硫效果,分析了影响脱硫效果的因素.
关键词:脱硫;喷粉;精炼
目前，钢液脱硫的常用方法有两种:一是在带升温装置的钢包内，向渣面撒脱硫剂，通过渣-钢界面传质脱硫;二是用载气将脱硫剂喷入钢液，脱硫剂直接与钢液接触脱硫。对于一些低硫钢种，在保证连铸连浇的前提下，在30～40 min的处理周期内，LF炉造渣脱硫的能力有限，难以满足钢水深脱硫的生产需要。为解决上述问题.采用LF-IR喷吹CaO粉和CaSi粉进行钢水深脱硫，可以取得较好的脱硫效果。深入研究LF-IR设备的喷粉问题，对于提高生产率、改善产品质量、指导大规模工业生产都有十分重要的意义。
1喷粉试验方法
本溪钢铁公司炼钢厂LF IR喷粉脱硫试验的工艺流程为:转炉出钢→钢包放入LF-IR的接收(吊出)位→在LF位改渣处理、升温、粗合金化→在IR位喷粉、成分微调→温度、成分合格后吊包→连铸或模铸。
喷粉用粉剂分别为CaO粉和CaSi粉，前者的化学成分(质量分数%)为:CaO 38～42, CaF2 18～20, A 12O3 23～27， A15～7，SiO2≤3.0, S+P≤0.10, H2O ≤0.5;后者的化学成分(质量分数，%)为:Ca30～35, Si58～65,Fe4～7,A1≤25,C≤0.7, P< 0.04, S< 0.08。
考虑到转炉出钢后.炉渣的FeO含量较高，为降低顶渣的氧化性，强化顶渣的持续脱硫反应，出钢后需对炉渣进行改质处理。作为对比，少数炉次没有进行炉渣改质，而是直接喷粉脱硫。当钢包放入LF位时.加入改渣渣料，其成分主要是石灰，每炉加入量约为500 kg。为弥补喷粉过程中的温降，要插入电极进行升温。喷粉过程中要加入铝屑脱氧，每喷入100 kg粉剂加3袋铝屑。
粉剂的流速和喷吹压力是由喷吹粉剂的种类、喷枪喷孔的尺寸、粉剂输送管道的尺寸、喷粉罐的压力及助吹气体流量决定的。由于CaO ,CaSi粉剂本身的喷吹性能存在较大的差异，因此喷吹参数差别较大。试验采取的喷粉工艺参数见表1。
表1 喷吹CaSi粉、CaO粉的工艺参数
|
粉剂 |
助吹气体流量/(m3·min-1) |
罐压/kPa |
粉剂流量/(㎏·min-1) |
喷吹压力/kPa |
|
CaO |
0.708～.416 |
400～500 |
30～50 |
260～340 |
|
CaSi |
2.266 |
700～550 |
23～35 |
320～410 |
2喷粉试验结果
2.1喷吹CaO粉的脱硫效果
从2002年6 月到12月共进行43炉喷吹CaO粉试验.每炉喷粉量为50～500 kg，冶炼钢种为Q235B ,SS400 ,45号钢，喷粉前钢水初始硫含量为0.01%～0.02% 。喷粉前都对炉渣进行了改渣操作，即对钢、渣进行脱氧.造碱性还原渣。试验结果见图1。
由图可见.随着CaO粉剂喷入量的增加，脱硫率逐渐升高，但升高速度缓慢。CaO的喷入量与脱硫率之间呈简单的线性关系，其回归式为:
y= 0.046 lx+14.3 (1)
式中，x为CaO的喷入量(㎏)，y为脱硫率(%)。从脱硫效果来看，喷吹CaO粉剂的脱硫率普遍不高，平均脱硫率只有25.52% .最高为41.67%n .最低为15.38%。这是因为CaO在喷吹过程中烧损较大，大部分粉剂还没来得及与钢水中的硫充分反应就己烧损。其喷吹规律性也不强，这与造渣效果有关。顶渣的还原性越强，其脱硫效果越好。因此，喷吹CaO粉剂仅适合一些对硫含量要求不严格的钢种脱硫。
图1 CaO的平均喷入量(a)、喷入量(b)与脱硫率的关系
2.2喷吹CaSi粉的脱硫效果
从2002年6 月到12 月共进行46炉喷吹CaSi粉试验。每炉喷粉量为50～500 kg.冶炼钢种为非低硅钢种Q235B ,SS400 ,45号钢,X70。喷粉前大部分炉次都进行了改渣操作，少数炉次未进行改渣操作则是直接喷吹CaSi粉剂。改渣炉次的试验结果见图2。由图可见.随着CaSi粉剂喷入量的增加，脱硫率逐渐升高，但是在喷粉量达到300 kg/炉后，脱硫率的升高趋缓。CaSi的喷入量与脱硫率之间呈近似的对数变化规律，其回归式为:
y= 30.7121x一108.66 (2)
式中，x为CaSi的喷入量( kg)。喷吹CaSi粉剂的脱硫率普遍较高，平均脱硫率为47%，最高可达95 %。但是喷粉量小于100 kg的炉次，脱硫效果不明显.最低脱硫率仅为6.3 %。喷粉量>200kg时.脱硫效果明显，喷粉后大多数炉次钢水的硫含量未超过0.003%.达到了低硫钢的水平。另外，在喷粉前进行改渣的情况下，每炉喷粉量为200～300 kg时，脱硫效果好且喷粉量不大。
2.3影响喷粉脱硫效果的因素
2.3.1改渣操作
改渣操作对喷吹CaSi粉剂脱硫效果的影响见图3( a)。由图可见，经过改渣处理的炉次的脱硫率明显高于未改渣的炉次。喷粉脱硫过程包含两个反应，即顶渣持续反应及粉剂瞬间反应，前者决定了整个体系的热力学，而后者则起加快反应速率的作用。所以，喷粉脱硫必须有一个前提，即控制顶渣的成分，争取使其达到CaO 63%n,Al2O3 24% ,SiO2 10%、ω（FeO+MnO）< 1%。但要注意渣的碱度，尤其是曼内斯曼指数M I不能太高.否则渣太粘会恶化脱硫的动力学条件，反而不利于脱硫。
图2 CaSi的平均喷入量(a)、喷入量(b)与脱硫率的关系
图3 改渣操作(a)、渣中FeO和MnO的总含量(b)与脱硫率的关系
2.3.2渣中FeO和M nO的总含量
炉渣的氧化性对喷粉脱硫的效果有很大影响。在喷粉前钢中的氧含量ω（O）,较低，一般在0.000 5 %以下。但炉渣中的氧较难去，.尤其是转炉的下渣量大、炉渣呈强氧化性时需要进行较长时间的扩散脱氧。喷粉前炉渣中FeO和MnO的总含量ω（FeO+MnO）与脱硫率的关系见图3( b)，它是喷粉量为每炉400～500 kg的6个炉次的试验结果。可以看出，喷粉前炉渣中ω（FeO+MnO）越低.脱硫率越高。ω（FeO+MnO）大于3.5%时.喷粉脱硫的效果不好; ω（FeO+MnO）小于2.4%时，喷粉脱硫的效果较好。若要达到更高的脱硫率(90%以上)，应使ω（FeO+MnO）小于1%。
2.3.3其他因素
钢水中的氧含量对脱硫效果也有很大影响。硫和氧属于同族元素，但氧比硫的化学性质更活泼。当向钢中加入脱硫渣剂时，氧会首先与之发生反应而导致炉渣的脱硫效果明显降低。所以要想得到极低硫含量的钢必须先得到极低氧含量的钢，钢水的氧含量越低，越有利于脱硫率的提高。当ω（O）大于0.00l%时，便会对脱硫产生很不利的影响。
钢中酸溶铝的含量ω（ALS）对脱硫效果有较明显的影响。向钢中加入一定量的铝，可使钢水处于良好的脱氧状态。虽然酸溶铝对硫的活度系数影响不大，但是当它的含量较高时，可将钢水的氧含量控制在较低的水平，减少了钢水中的氧对脱硫粉剂的消耗，有利于脱硫反应的进行。不过，当ω（ALS）超过0.03%时，钢中的铝很容易与渣中的氧结合，还原渣中的SiO2 ,MnO等化合物，使钢中聚集的A12O3增加;另外，过高的ω（ALS）还会增加浇铸时钢水的二次氧化，形成A12O3。如果不能最大限度地去除A12O3,钢的总氧含量和夹杂物总量会有所升高。所以.钢中ω（ALS）应控制在0. 03%～0. 05%。
2.4喷粉对钢水的影响
2.4.1钢水温降
随着脱硫粉剂喷入量的增加，钢水的温降速度逐渐减小(图4)。这是由于改渣过程中要根据喷粉量进行升温，以补偿喷粉造成的温降。喷粉量大则升温幅度大、升温时间长、钢包储热时间长、钢水温度较均匀.所以温降速度较小。因此，在进行温度补偿时，对于每炉喷粉量在200 kg以上的炉次.推荐温降速度为2.4～3.8℃/ min 。
2.4.2钢水成分
喷粉会对钢水成分产生一定的影响,因为喷粉过程中钢、渣搅拌强烈使炉渣和造渣材料中的一些元素进入钢水。其中.喷粉后钢水中的碳含量会增加0.01%～0.02%。此外,由于炉渣中含有M nO，喷粉后钢水中的锰含量会有所增加，通常回锰量为0.05%～0.10%
图4 喷粉量与钢水温降速度的关系
在喷吹CaSi粉剂的情况下，由于CaSi中含有约60%的硅，因此，钢水的增硅量与喷粉量有直接关系。此外，如果大量喷吹CaSi粉，炉渣中的SiO2也有少量被还原而进入钢水。在钢、渣脱氧良好的情况下，每喷吹100 kg的CaSi粉会使钢水的硅含量增加0.04%。在钢、渣脱氧不充分的情况下，CaSi粉中的部分硅会被氧化生成SiO2，则每喷吹100kg的CaSi粉所产生的硅含量增量小于0.04%。
3结论
(1)喷吹CaO粉剂可以对钢水脱硫，但脱硫效果一般，脱硫率普遍不高，只适合对硫含量要求不高的钢种进行脱硫。
(2) CaSi粉具有较强的脱硫能力。改渣后每炉喷吹200～300 kg的CaSi粉可以获得较好的脱硫效果。工艺参数控制得好可以生产低硫钢。
(3)改渣操作、炉渣氧化性、钢水氧含量及酸溶铝的含量均对喷粉脱硫的效果有显著影响。用LF-IR喷粉脱硫时，应尽量控制渣中ω（FeO+MnO）≤1.0%,ω（O）<0.001 %，ω（AlS）=0.03%～0.05 %。
(4)在改渣工艺中进行钢水温度补偿时，对每炉喷粉量超过200 kg的炉次，推荐钢水温降速率为2.4～3.8℃/min。
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