利用电阻炉技术降低超低硫含量的试验研究

利用电阻炉技术降低超低硫含量的试验研究

近年来，rh真空槽中脱硫剂的开发越来越受到重视。目前，rh真空槽中的洗脱液主要是cao-caf2渣，渣中caf2含量过高，对rh底部真空槽耐磁性材料的侵蚀严重，这使得该技术的开发非常有限。因此,冶金工作者非常重视对新型RH用脱硫剂的开发。本文开发了RH用预熔精炼渣并进行了工业试验,获得了良好的脱硫效果。1低硫钢冶炼的工艺优化在RH真空条件下,气相脱硫几乎不存在。因此,若忽略气相脱硫的作用,根据硫的质量守恒可以导出:[%S]=(%S)0WSWm+[%S]01+WSWmLS(1)[%S]=(%S)0WSWm+[%S]01+WSWmLS(1)式中:[%S]-精炼终点钢水的硫含量/%;(%S)0,[%S]0-反应前渣中和钢中的原始硫含量/%;WS,Wm-熔渣和钢水的重量/kg;LS-渣金间硫的平衡分配比。由(1)式可知,要计算钢水中的硫含量关键是获得渣金间硫的平衡分配比LS。当炉渣的光学碱度Λ<0.8时,此值可由下式计算:lgLS=lgfS−lga[O]+42.84Λ−23.82Λ2−12645T−0.022(%SiO2)−0.022(%Al2O3)−12.54(2)lgLS=lgfS-lga[Ο]+42.84Λ-23.82Λ2-12645Τ-0.022(%SiΟ2)-0.022(%Al2Ο3)-12.54(2)可见,影响渣金硫的平衡分配比的因素包括炉渣碱度(Λ)、钢水中的活度系数(fS)、钢水的平衡氧活度(a[O])和温度(T)。因此,要在RH处理过程中实现超低硫钢冶炼,必须:(1)实现高碱度操作。(2)强化对炉渣和钢水的脱氧。(3)较高的精炼温度和良好的搅拌条件。另外,由于RH冶炼节奏和工艺的特殊要求,RH用顶加脱硫剂必须具有熔化温度低、成渣速度快的特点。2rh脱硫剂的选择2.1渣样的孵化特性实验原料全部使用工业原料(表1)。预熔渣使用MoSi2炉进行预熔,机混渣则按配方进行简单机械混合。分别将渣料制成Φ3mm×3mm试样,烘干。然后采用LZ-Ⅲ型炉渣熔化特性测定仪测定。将半球点温度定为该渣样的熔化温度(以下称熔化温度)。同时测定1450℃下各渣样的熔化速度,即将一定温度下试样从放入炉内至达到流淌温度所需要的时间定义为熔化速度。实验结果见表1。从表1中可以看出,对相同成分的渣料,经预熔后,预熔渣的熔化温度明显低于机混固体渣,熔化温度最少降低22℃,最大达到57℃,平均熔化温度降低37.4℃。而且预熔渣的熔化速度也较机混固体渣快得多,在相同温度下,预熔渣的平均流淌时间比机混固体渣缩短28s,机混固体渣的平均流淌时间是预熔渣的2.87倍。2.2预熔渣与机混固体渣脱硫速率对比实验装置采用MoSi2电阻炉。使用Φ70mm×100mmMgO质坩埚,实验温度为1873K。实验加入钢料1kg,渣量为钢水量的10%。按表2配方将渣料预熔。实验时将钢样随坩埚放入炉内高温区,熔清并恒温在1873K后,加入预熔渣,开始计时。实验全程通氩气保护,实验时间每炉2h。实验结果见表2,可以看出,预熔渣的脱硫率高于机混固体渣。使用预熔渣脱硫终点硫含量最低达到2.9×10-6,从而获得了较好的超低硫钢冶炼效果。Marks等也得到了类似的结论,他们通过实验证实使用预熔渣每吨可脱硫10×10-6,而机混固体渣则只能脱硫8×10-6。图1是脱硫过程钢中硫含量随时间的变化情况。从图中可以看出,在实验前期脱硫速率很快,在不足30min,预熔渣可以将钢中硫含量脱到20×10-6以下,而机混固体渣则相对较慢。副岛利行等得到预熔渣的脱硫速率是每分钟0.04%～0.07%,机混固体渣的脱硫速率为每分钟0.02%～0.05%。张晨等的研究证实预熔渣的脱硫速率是机混固体渣的1.5倍。预熔渣的熔化温度低于机混固体渣,成渣速度快,脱硫反应初期,在相同时间内,参加脱硫反应的液相熔渣量较机混固体渣多,而机混固体渣速度相对较慢,脱硫反应相对滞后,这是造成二者脱硫速率差异的主要原因。3预熔渣对rh脱硫效果的影响根据实验室研究优化出的渣系成分进行工业用预熔渣制备,然后在300tRH上进行超低硫钢冶炼试验,渣量为5kg/t钢。试验结果见表3,其中1～6为试验炉次,7、8为与试验炉次同浇次的正常生产炉次。从表3可以看出,采用预熔渣时RH终点硫含量最低达到22×10-6的超低硫钢水平,试验炉次平均脱硫率达到28.9%,而非试验炉次在RH处理过程中均出现了不同程度的回硫,且非试验炉次RH终点硫含量均≥50×10-6。从表4可以看出,试验过程中渣中FeO含量呈明显下降趋势,但是,RH精炼结束时炉渣仍具有较高氧化性,另外,试验过程中部分炉次进行脱碳时实施了吹氧操作,这些均严重影响了脱硫效果。要保证RH的脱硫效果,还应进一步强化炉渣的扩散脱氧,而且为了保证RH精炼结束后炉渣仍具有一定的脱硫能力并防止回硫,RH处理完成后还应对炉渣进一步脱氧。试验过程中渣中MgO含量逐渐升高,而且加入预熔渣前MgO的平均增加量占总增加量的59.1%,而加入预熔渣后MgO的平均增加量占总增加量的40.9%,但加入预熔渣是否对耐火材料产生侵蚀尚待进一步研究。文献报道采用喷粉法时对耐火材料的侵蚀量为0.8～1.0mm/炉,槽内添加脱硫剂时的侵蚀量为1.3～1.5mm/炉,正常处理时为0.4～0.5mm/炉。4预熔渣、rh法(1)对相同成分的渣料,预熔渣的熔化温度明显低于机混固体渣,而且预熔渣的熔化速度也较机混固体渣快。(2)预熔渣的脱硫率高于机混固体渣。实验条件下,使用预熔渣脱硫终点硫含量最