酒泉钢铁 酒钢120t LF快速脱硫工艺实践.doc

120t LF快速脱硫工艺实践李积鹏成东全 杨鑫 吕钢酒泉钢铁集团有限责任公司碳钢薄板厂,甘肃嘉峪关735100摘要：本人介绍和分析了碳钢薄板厂120t精炼薄板坯连铸钢水时的快速脱硫工艺，生产实践表明，合理的渣系组成、温度控制、酸溶铝含量及吹氩搅拌是实现快速脱硫的关键技术。关键词：LF 脱硫 工艺实践薄板坯连铸由于是在高拉速条件下（3.0-6.0m/min）进行，铸坯厚度薄，浇钢空间狭小，又采用复杂横截面的长漏斗型结晶器，为保证连续浇铸和薄板坯表面质量，对硫含量提出了更高的要求，一般要控制W(S)0.010%，同时，薄板坯连铸的生产还需要时间节奏、温度的协调匹配。因此，开发LF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。自2008年以来，碳钢薄板厂对 LF快速脱硫工艺进行了有针对性的研究，取得了较好的效果。1.LF设备主要参数碳钢薄板厂120t LF主要参数如下。公称容量 120吨钢水处理量最大130吨，最小90吨变压器额定容量 21000KVA（可超载20，持续时间2小时）升温速度最大5.0/min电极直径450 mm(国产UHP电极)电极节圆直径740mm电极升降行程 3000mm电极调节速度90mm/s电极提升速度 4.5-5m/min钢包透气砖数量1个2.薄板坯连铸钢水精炼工艺流程钢水进站自动或手动接底吹氩管喂入铝线钢包开至LF处理位测温取样加渣料、送电升温、造还原渣调整钢水成分测温取样弱吹钙处理静吹58min成分温度合格加保温剂钢包开至起吊位吊包薄板坯连铸机3.脱硫的热力学动力学研究3.1 脱硫反应 在钢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=(S2-) 为保持电极中性，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(O2-)+3S+2Al=3(S2-)+(Al2O3)3.2炉渣的脱硫能力 适当增加渣量，可以稀释渣中CaS浓度，加快脱硫速度。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，由于转炉渣中FeO含量高，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5kg/t。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W(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3.3钢水温度 提高钢水温度有利于脱硫反应的进行，同时可以加快渣料溶化速度，改善钢水流动性，加快渣钢反应速度，从而加速脱硫。生产实践表明，钢水温度低于1560时，脱硫速度明显降低；钢水温度高于1560时，渣料溶化快，炉渣流动性好，脱硫反应快。因此，根据我厂实际情况，要求转炉钢水进站温度不低于1530，且进站后快速进行升温。3.4钢中酸溶铝含量 经计算，钢中W(Al)7010-6时，钢水W(O)2010-6，不利于脱硫反应的进行。钢水的脱氧与脱硫是相互联系的，脱氧良好的钢水可提高炉渣的脱硫能力，钢水深脱氧是深脱硫的必要条件，并符合以下规律： 式中aO指钢水中氧的活度。 通过统计分析生产数据，钢中酸溶铝含量与脱硫率的关系如图2所示。图2 酸溶铝含量与脱硫率的关系 从图2可以看出，钢中W(Al)20010-6时脱硫率显著提高，若再提高钢中酸溶铝含量，则脱硫率提高不明显。因此，要求转炉到LF钢中W(Al)要大于15010-6。3.5 CaF2含量 CaF2本身没有脱硫能力，但加入炉渣中可使脱硫速率显著提高，这说明CaF2在脱硫过程中可以起到类似于催化剂的作用，其机理是：CaF2可以于网状硅酸盐发生反应，提供少量的O2-，使渣中自由O2-增多；CaF2能显著降低炉渣熔点，改善动力学条件，使硫容易向CaO等破网组元固相扩散；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CaF的增加，脱硫速度和脱硫率都大大提高。3.6 吹氩搅拌氩气搅拌可以增大钢渣反应界面，增加钢渣反应的几率，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钢液本体向钢渣界面的传质过程，因此加大气量搅拌有利于提高脱硫反应速度。文献2指出，脱硫时钢水搅拌能一般大于7000W/t，钢水搅拌能计算公式如下： 式中，QAr为氩气流量，m3/h；T1、T0分别为钢水和氩气的温度，K；H为吹氩深度，m；P0为氩气压力，Pa；Wg为钢水重量，t。 在我厂LF精炼条件下，吹氩脱硫阶段的平均搅拌能约为6500W/t，基本满足脱硫工艺的要求。3.7钙处理 钙处理的目的主要是对钢水中Al2O3夹杂进行变性球化处理，使之形成12CaO7 Al2O3夹杂，防止中间包浸入式水口堵塞，一般要求钢水中Ca/Al0.1。通过对喂CaSi线前后钢水取样分析表明，喂CaSi线后钢水可近一步深脱硫，平均脱硫率为13.5%。4.快速脱硫工艺的开发与实践根据理论分析及实际生产情况，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快速脱硫的关键技术。因此，制定了如下工艺路线：(1)造渣制度：根据实际情况及成本因素，我厂120t LF精炼渣料实际消耗为石灰610kg/t；萤石1.53 kg/t；预熔精炼渣34kg/t；石灰:萤石=4:1。表2为合理的渣系成分以及实际控制的渣系成分。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喂铝线脱氧，一次送电结束后要求成渣。表2 渣系成分控制情况 W(CaO) W(Al2O3) W(FeO+MnO) W(SiO2) W(MgO)合理的渣系成分 5060 2030 1 68 实际渣系成分 5060 1525 1.5 48 58（2）温度制度：我厂要求进LF精炼站钢水温度1530，过程温度控制在15801620。从图3可以看出，温度1560时，脱硫率将会明显降低。图3 钢水温度与脱硫率的关系 (3)酸溶铝含量控制：要求进LF精炼站钢水W(Al)20010-6，过程W(Al)控制在30060010-6。从实际情况看，脱硫率良好。 (4)氩气搅拌制度：为保证脱硫及去除夹杂物，要求脱硫阶段底吹吹开度700900mm；均匀成分温度及送电升温时，底吹吹开度400600mm；钙处理前后静（软）吹时，底吹吹开度200300mm，避免钢水液面裸露而被二次氧化。 (5)钙处理制度：一般要求钙处理前钢中W(S)0.010%，钙处理完毕后，Ca/Al0.1，静吹时间812min。5.工艺效果 采用快速脱硫工艺后，我厂LF脱硫周期明显缩短，能满足薄板坯连铸生产节奏的要求，为稳定薄板坯连铸生产提供了保障。6.结语6.1降低渣中 FeO的含量是实现快速深脱硫的关键环节，转炉工序应采取措施尽量减少下渣量，挡渣出钢，LF炉在最短时间内造好白渣，为实现快速深脱硫创造良好的条件。6.2合理控制精炼处理过程中