根据国内“西气东输”管线、三峡涡壳钢以及高强船板钢等高性能钢的需求，在冶炼该类钢种时必须采取深脱硫措施。据不完全统计.截止到2004年年底对国内68家大中型钢铁企业的调查表明，国内钢铁冶金系统拥有炉外钢水精炼设备200多座，主要有LF/ LF- VD ,RH/ RH一OB ,CAS/CAS- OB ,VOD ,VAD ,AOD及SL等喷粉设备和WF，其中数量最多、容量最大的是LF炉，达70余座。因此.解决深脱硫问题主要是针对LF炉脱硫。本文主要针对鞍钢第一炼钢厂BF-LD-LF炉一VD的生产工艺流程中，LF炉深脱硫问题进行阐述、分析。

1 LF炉脱硫的特点

　 目前，钢水脱硫的方法有钢液渣洗、喷粉冶金、真空处理、喂丝等,从反应机理上分析,基本包括直接生成和钢渣与钢液反应扩散两种，这里主要讨论钢渣反应脱硫。

　 LF炉脱硫有它的自身特点:

　 (1)全程通氩气，有利于钢液中氧活度的降低，有利于脱硫;

　 (2)直接加入脱硫剂，方便快捷;

　 (3)底部吹氩，为脱硫提供良好的动力学条件。

　 目前,LF炉脱硫有喷粉和加脱硫剂两种，前者脱硫效果好，但成本高、设备复杂;后者脱硫速率和效果不如前者，但操作简单,对设备要求不高,而且脱硫率也能达到50%以上。

2 LF炉脱硫的反应机理

2.1热力学条件

　 LF炉处理钢液的脱硫反应式为:

　 [S]+(O^2-)=(S^2-)+(O)　　　

　 Cs=K_Aao/fs^2-=ao[S^2-]/(S)=aoLs

　 式中:Ca-一硫容量;

　 K_A一脱硫反应平衡常数;

　 α_o一渣中氧活度;

　　 f_S一硫反应平衡速率;

　 L_S一硫在钢渣间的分配比。

　 从反应式可见,硫容量C_S反映了钢渣的脱硫能力,硫容量越高,表明脱硫能力越强。根据脱硫的反应式,加大渣量和提高L_S是提高脱硫率的主要方法,而L_S由C_S和α_o决定,因此提高脱硫效果必须从以下几点着手:

　 (1)降低α_o要求脱氧先于脱硫进行,工艺上要采取措施,降低渣中FeO ,MnO,从根本上消除和降低氧源。为此.转炉要严格挡渣,减少下渣量,LF炉要不断补充脱氧剂,如铝粒,CaSi粉等。

　 (2)选择渣系组成。从热力学角度分析,主要应提高炉渣的C_S,所以应选择高硫容量的渣系组成。

2.2动力学条件

　 脱硫速率的动力学表达式如下:

　 －d[S]/dt=KT(S)+Kp(S)

　 K_T =η₁η₂W_fLs/Wm

　 Kp=A_Tƒ_pρ/Wm

　 式中:K_T ,K_P一瞬态反应速率和持续反应速率;

　 η₁、η₂一粉剂的反应效率、平衡到达程度;

　 W_f , W_m一粉剂的加入速度和钢水量;

　 A_T一有效反应面积;

　 f _P一综合传质系数;

　 ρ一钢水的密度。

　 分析上述表达式，应着重改善动力学条件，以促进钢渣间的反应。从动力学观点出发，如果钢水中硫含量较低，一般脱硫的限制性环节为硫在钢中的扩散。改善钢液的搅拌等动力学条件有利于提高传质系数、增大有效反应面积，从而提高脱硫速率。

3深脱硫钢渣系的组成

　 根据几个主要渣系的硫容量情况，用于脱硫的渣系主要有CaO-CaF₂ , CaO-CaF₂ -A1₂O₃ , CaO-CaF₂-SiO₂等，其中CaO-CaF₂的渣系硫容量最高，其脱硫能力也最强。因此，在不具备喷粉的条件下，应采用CaO-CaF₂脱硫。单从脱硫角度讲，CaF₂的含量最好为40%左右，此时计算硫容比可达到170以上。考虑到大罐的侵蚀,实际上一般将CaF₂含量控制在30%左右，而且加入低于5%的A1₂O₃，在脱氧的前提下.应选择CaO-CaF₂渣系脱硫。炉渣的脱硫能力取决于炉渣碱度和渣中FeO和MnO的含量。图1所示为冶炼深脱硫钢时，炉渣碱度和氧化性对硫分配系数的影响。

图1 炉渣碱度和氧含量对脱硫系数的影响

　 一般在CaO-CaF₂渣系中加入CaSi粉和铝，从而形成CaO-CaF₂- SiO₂或CaO-CaF₂-A1₂O₃渣系，通常要求铝加入量比较高。通过生产实际和硫容量的测算,一般该渣系中CaO为55%～60% ，CaF₂为30%～35% , Al为5%左右，SiO₂为5%左右。

4 LF炉脱硫不同工艺方法综合比较

　 LF炉脱硫有不同的方法，单从脱硫剂的加入方法分，有机械喷粉和直接加入法。两者比较情况见表1.

表1 不同工艺方法综合比较

加入方法	优点	缺点
直接投入	操作简单， 工艺设备要求低。	脱硫反应效率低， 不稳定因素多。
机械喷粉	脱硫率较高， 控制稳定。	设备要求高，过程控制不便， 设备维护成本高。

　

　 从以上分析可知，尽管直接加入法没有机械喷粉法效率高，但无需添加设备和设备维护，仍不失为较好的脱硫方法,可以采用喂丝等补充方法。

5鞍钢第一炼钢厂LF炉脱硫工艺

　 鞍钢第一炼钢厂生产深脱硫钢时采用LF炉直接加脱硫剂的方法.形成CaO-A1₂O₃-SiO₂渣系。具体过程是出钢挡渣，出钢过程中加入脱硫粉和铝.提高入LF炉酸溶铝的含量。

　 (1)炉渣类型采用了CaO- CaF₂- SiO₂渣系，渣中的CaF₂产生阴离子F^-,能破坏Si-O键，从而降低炉渣粘度。LF炉一次性加入脱硫剂(白灰和萤石).其中CaO和CaF₂的比例为6:4，加入量为10～15㎏/t钢，同时补充铝。采用活度较大且干燥的白灰，白灰粒度必须控制在3～5mm范围内。

　 (2)快速升温,稳定化渣，提高脱硫的热力学条件，同时为氩气搅拌提供足够的温度补偿。精炼温度通常在1560～1640℃之间，这有利于提高炉渣的流动性。脱硫剂加入3min后加入脱氧剂( CaSi粉和铝粒), 并且根据钢中的铝含量随时补充铝粒，保证脱氧效果。

　 (3)加入脱氧剂和脱硫剂时要进行搅拌，给钢渣充分的反应时间，而且大流量的底吹氩搅拌扩大了钢一渣界面，提高了脱硫速度。吹氩时间和吹氩强度对脱硫率的影响如表2所示。由表2可知，吹氩时间为11～15min,真空吹氩强度在0.09～0.11MPa时脱硫率最稳定。

表2 吹氩时间和吹氩强度对脱硫率的影响

处理炉数	吹氩时间/min	脱硫率/%	吹氩强度/MPa	脱硫率/%
20	≤10	22～47	0.05～0.08	29～48
20	11~15	34～47	0.09～0.12	34～52
20	18~25	38～52	＞0.12	36～52

　

　 生产实践表明，鞍钢第一炼钢厂LF炉深脱硫钢的脱硫率达60%以上，基本上可满足生产的要求。

6结语

　 针对深脱硫钢在LF炉中的脱硫处理做了大量的研究工作，但对LF炉的脱硫速率与脱硫效果间的定量关系掌握仍不够;对脱硫剂的物理性能、熔化、流动和钢水条件、钢液循环速率以及钢水搅拌条件对脱硫的影响还缺乏系统的研究。随着对深脱硫钢要求的日益严格，相关的工艺因素和过程优化还需进一步深化。