LF炉造渣及脱硫控制

1、LF炉造渣与脱硫控制炉造渣与脱硫控制李治国主要内容主要内容前言前言脱硫的基本原理脱硫的基本原理影响脱硫的因素影响脱硫的因素脱硫原理在实践中的应用脱硫原理在实践中的应用结束语结束语前前 言言 对于大多数钢，硫是有害元素(易切削钢除外)。硫在凝固结晶过程中随着其溶解度的降低而析出，并与铁在晶界上生成低熔点的FeS，热加工过程中晶界FeS的熔化造成钢的“热脆”，而且钢中硫在晶界的偏析是造成连铸坯产生热裂纹的主要原因，因此要降低钢水中硫的容许值。 钢中的硫不能以气体形式去除，也不能像脱氧那样加入与硫亲和力强的元素即能经济地去除，钢水脱硫是通过高碱度渣还原精炼进行的。但硫与钢中其它元素不同，不会从大气和

2、耐材溶解到钢水中，增硫的可能性小，所以脱硫变得单纯。而且钢材向高级化和大型化发展的同时，脱硫目标值也不断提高。 LF炉作为现代化钢厂必备的精炼手段，通过精炼渣脱硫是其主要功能之一。选择适合于生产现场的渣系和脱硫工艺，使其能更好地为生产服务，是我们研究的目标之一。脱硫的基本原理脱硫的基本原理脱硫热力学铝作为脱氧剂时，脱硫反应式为：3(CaO)+2Al+3S=3(CaS)+(Al2O3) 由上式可知，渣的碱度高、温度高，同时钢液中的Al含量高，而且保证钢液中的最低溶解氧含量，是脱硫反应的必要条件。 2333231RTlnCaSAl OAlSCaOGa aa aa 脱硫动力学在钢渣界面脱硫反应平衡时

3、，脱硫反应速度表示为：式中：F表示参加反应的界面积； DsS表示硫在渣中的扩散系数； s表示扩散边界层厚度。 由上式可知，通过提高温度、加强搅拌等方式提高脱硫反应速度。因为提高温度可提高硫在渣中的扩散系数DsS，加强搅拌可使扩散边界层厚度s减小，硫在渣中的扩散系数DsS增大，参加反应的界面积F增大。% % % SssSmmsmdSSSdtF DkLV硫在钢渣间的分配比LS 1、硫化物容量（Cs）对LS的影响 LS（=（%S）/【%S】） 表示的是炉渣的脱硫能力，脱硫需要分配比大的渣组成。如果定量分析炉渣的脱硫能力，需要测定炉渣中各成分的活度，因其难度大，所以一般用炉渣的硫化物容量（Cs）作为渣

4、的脱硫能力指标。其存在以下关系： Log LS =log Cs +log fs -logao-465/T-964 由上式可知，如果用少量渣生产低硫钢，必须选择硫化物容量大的渣系，进行强脱氧，高温脱硫。影响脱硫的因素影响脱硫的因素影响脱硫的因素影响脱硫的因素 2、渣中Al2O3含量对LS的影响 对于铝脱氧钢，渣中的Al2O3与硫化物容量（Cs）存在如图关系。研究发现，渣中Al2O3含量大于30%时，随着渣中Al2O3的增加，硫化物容量（Cs）减小，同时也发现，随着温度的升高，同渣系的硫化物容量（Cs）增大，也证明了温度与脱硫存在线性关系。 在CaO-SiO2-Al2O3渣系中，当Al2O3含量3

5、0%时，增加渣中的Al2O3含量可以降低渣的熔点，提高流动性。但综合考虑炉渣对Al2O3夹杂和脱硫的影响，一般选择20%-30%较好。3、曼内斯曼指数（MI）对LS的影响 上式为曼内斯曼指数（MI）计算式，此指数表征炉渣的流动性。与硫在钢渣间的分配比LS存在如图关系。 文献推荐值为0.25-0.35。影响脱硫的因素影响脱硫的因素232(%)(%)(%)CaOMIAl OSiO脱硫率1、炉渣碱度对脱硫率的影响 炉渣碱度是脱硫的基本条件。随着渣碱度的提高，渣中的游离CaO增加，炉渣的脱硫能力增大，脱硫率上升。但炉渣碱度不能无限制增加，否则会使炉渣流动性变差，不利于脱硫。 实践表明，炉渣碱度在2.5

6、以上，只要能保证钢渣脱氧良好和吹氩搅拌正常，可将钢中硫控制在40ppm，但要进一步降低硫含量必须提高炉渣碱度。影响脱硫的因素影响脱硫的因素2、炉渣流动性对脱硫率的影响 炉渣的流动性是影响钢渣间反应的重要因素。加萤石可提高炉渣的流动性，也提高了硫的扩散能力。但炉渣太稀也不利于脱硫，同时严重侵蚀钢包耐材，污染环境。3、炉渣中主要成分对脱硫率的影响 炉渣中的主要成分有：CaO、SiO2Al2O3和（FeO+MnO），决定了炉渣的特性（碱度、流动性、氧化性），综合对脱硫率的影响如图所示。 随(CaO/SiO2)(Al2O3)/(FeO+MnO)值的提高，脱硫率上升，当其值小于10时，渣几乎不脱硫。影响

7、脱硫的因素影响脱硫的因素4、渣量对脱硫率的影响 适当增加渣量，可以稀释渣中的CaS浓度，促进脱硫反应式向右进行，对脱硫有明显的效果。但是大渣量使脱硫反应不活跃，脱硫效果增加不明显，同时电耗和辅料消耗增加。一般控制渣量为钢水量的1%-2%。影响脱硫的因素影响脱硫的因素脱硫速度 从宏观理论分析，钢中S的物质移动支配整个反应速度。 搅拌是促进物质移动速度加快的有效手段，加强搅拌使渣粒卷入钢水，增加了渣与钢中硫接触的机会，使反应速度加快，脱硫效率提高。 实验证明，脱硫速度大小依次为：喷吹脱硫剂（CaO+CaF2）吹氩搅拌电磁搅拌（感应）。喷吹脱硫剂能将钢中硫脱至5ppm以下，对于我厂品种结构来说，正常

8、情况下，吹氩搅拌完全能满足生产需求。影响脱硫的因素影响脱硫的因素脱硫原理在实践中的应用脱硫原理在实践中的应用精炼造渣工艺优化1、优化前存在的问题 LF炉在造渣脱硫方面一直采用大渣量、高碱度的模式。虽然可以将硫脱至很低，但对于大部分钢种来说（要求S0.004%），处理过了。如右表。导致LF炉辅料成本和电耗没有降低。 大渣量、高碱度使渣子正常情况下难以快速化透，必须借助萤石化渣，这对钢包耐材侵蚀严重，钢包寿命降低，而且氟的排放对环境的污染也不容忽视。钢种样本数量成品硫含量（均值）3月份Q235B7650.0080%CCSB670.0030%T510L220.0020%6月份Q235B1800.00

9、60%CCSB440.0025%T510L430.0024%9月份Q235B1340.0110%CCSB860.0029%T510L610.0037% 以前所使用的合成渣是将所需的各种原料破碎后按一定比例机械混合压球烧结而成，合成渣的成分含有Al2O3为20%，其熔点较高，脱硫效果不稳定。相关资料表明这种渣在精炼过程中，成渣速度慢，烟尘大，精炼时间长。 脱硫原理也表明，实现高效快速脱硫至目标要求，需要快速形成特定组分的精炼渣。LF炉的处理过程有大约5-8分钟送电时间在化渣（1500-2000kWh），成渣后才开始脱硫。要加快LF炉处理节奏，必须使成渣时间缩短。需要使用熔点更低的预熔渣实现快速成

10、渣。成分如下。 本月初试验使用预熔渣，通过不断优化工艺，取得了好的效果。从11月13日开始，已全面实施。成分CaOMgOAl2O3SiO2SPH2Owt%50.02.06.01.040.02.06.00.0450.5精炼造渣工艺的三次变化转炉出钢渣料加入量LF炉渣料加入量时间石灰合成渣/预熔渣萤石石灰萤石普碳钢1300500100500100以前2800500200005.18-11.133500300000现在品种钢1300500100800150以前280050020020005.18-11.1331000500000现在低硫品种钢16005001001000200以前2800500200

11、10002005.18-11.1331300600000现在 此次工艺优化的目的是为了减轻LF炉负担，释放LF炉处理能力。主要是通过转炉出钢过程中钢水的冲击和底吹的搅拌，利用钢水显热使石灰和预熔渣基本熔化，再通过出钢后在渣面上加铝丸，使转炉渣进一步脱氧，形成具有一定脱硫能力的精炼渣并粗脱硫。 在吹氩站搅拌使用的是旁通，搅拌力大，具备脱硫的动力学条件。只要精炼渣具备合适碱度和低氧化性，脱硫反应就能进行。 实践表明，在保证钢包底吹畅通的条件下，炉后脱硫能明显降低LF炉入站钢水的硫含量，并且形成熔化良好的精炼渣，使LF炉省去了成渣步骤，缩短了脱硫时间，加快了处理节奏。而且LF炉送电过程中不加渣料，冒

12、烟现象也大为减少。 使用预熔渣后的脱硫率炉号工序钢种石灰（Kg）顶渣（Kg）出钢加AlMnFe（Kg）渣面加铝量（Kg）LF加铝（Kg）BOF3#S（%）BOF4#S（%）成品S（%）脱硫率（%）B1909387BOFCCSB8005029561000.02160.015826.9%LF1340.00290.7%B1909388BOFQ345B799502880670.02460.012648.8%LF0.005577.6%B2909489BOFQ195L998495920500.03890.033513.9%LF490.011271.2%炉号CaO（%） FeO（%） MgO（%）MnO（%

13、）SiO2（%）TFe（%）Al2O3（%）碱度B190938749.37 15.80 6.35 1.81 11.52 19.03 1.52 4.84 48.79 1.35 12.96 1.31 6.98 1.32 21.71 8.84 B190938852.07 10.21 7.04 1.97 16.22 11.73 2.04 3.64 49.97 0.39 9.65 0.23 7.21 0.41 25.01 8.27 B290948949.63 12.91 7.12 1.90 13.15 16.12 2.69 4.31 47.42 1.16 7.45 0.15 9.07 1.27 26.7

14、6 6.05 2、造脱硫渣工艺优化所取得的效果 1、辅料消耗（以Q235B为例比较） 2、电耗降低（LF炉处理碳钢产量基本相当）产量（t）电耗（kWh/t）3月份31260934.511月份29519833.1炉数产量(t）石灰量（BOF+LF）萤石量（BOF+LF）6月份1803466814151333868吨钢消耗量（Kg/t）4.10.9811月份（13-26）16832655112472256吨钢消耗量（Kg/t）3.40.007 3、分析比较以前LF炉渣组成，目前使用的渣系更趋于合理，基本取消了萤石（低硫品种钢除外），虽然CaO含量偏低，但能满足脱硫的热力学条件。 此渣系在生产中能满

15、足大部分钢种的脱硫要求。优化前后渣样对比（Q235B）试样数量CaO %CaO %SiOSiO2 2 % %AlAl2 2O O3 3 % %（FeO+MnOFeO+MnO）% %F %F %R R优化前（3月份）1050.6356.334.579.0118.8826.540.3780.6731.383.61平均值53.516.324.060.5271.848.49优化后1043.1352.766.878.4021.9032.430.7711.5200.7122.478平均值47.837.0628.010.9290.9726.77脱硫原理在实践中的应用脱硫原理在实践中的应用低硅品种钢的生产 成

16、品要求Si0.03%的钢种，Si的控制是难点。在需要LF炉脱硫且没有扒渣条件的炼钢企业都存在此问题。 因铝和氧的亲和力比硅大，所以铝脱氧钢必须控制炉渣的脱氧程度，抑制SiO2被还原使钢水增硅。在此条件下，要想使炉渣提高碱度具备脱硫能力，必须提高渣中CaO含量来达到此目的。 在我厂现有条件下，我们通过控制原料，降低LF炉到站S和加大渣量来实现。增加石灰加入量可以稀释炉渣中SiO2和CaS含量，抑制回硅并促进脱硫反应进行。同时控制底吹搅拌力避免渣子强脱氧，能实现钢中硫达到要求。 此操作方法因控制炉渣碱度高，所以渣子粘稠，必须使用萤石化渣，改善其流动性来满足脱硫条件。低硅钢渣样炉号钢种CaOFeOMnOSiO2TFeAl2O3FBasB2909491ASTM A572 GR6554.85 2.22 4.91 6.86 1.92 17.95 2.20 8.74 B2909570ASTM A572 GR6556.91 2.12 5.15 6.01 2.68 17.56 1.96 10.18 B2909571ASTM A572 GR6556.75 2.31 3.5