LF精炼脱硫工艺.ppt

1、LF炉精炼渣脱硫工艺及理论,技术质量室 刘崇弟,精炼造渣主要包括合理控制渣量，炉渣氧化性和炉渣碱度3个方面，实际生产中受钢包净空(钢包净空300mm)限制，实际渣量控制在500kg左右，而碱度通过采用高活性小颗粒石灰基本都能保证在34左右。 转炉炉渣FeO含量一般在1520%左右，因此转炉炉渣脱硫能力较差，为提高LF炉脱硫能力，必须将炉渣中氧含量降低，实践证明当炉渣中FeO含量低于2.5%后，炉渣的脱硫能力逐步提高，特别是当FeO含量低于1%后，炉渣脱硫能力显著提高。,LF炉精炼渣脱硫工艺及理论,精炼渣渣系介绍： 1、CaO-CaF2渣系 CaO-CaF2渣系具有很强的脱硫、脱氧能力。据文献报

2、道，该渣系在1500下的硫容高达0.03，被认为是脱硫能力最强的渣系。,LF炉精炼渣脱硫工艺及理论,2、CaO-Al2O3渣系 CaO-Al2O3渣系也具有较强的脱硫能力，该渣系也被用来生产超低硫钢。 E.T. Turkdogan等人对熔融氧化物的硫容进行了研究，他们认为铝酸盐与硅酸盐相比脱硫速度和硫容更大，但该渣系的炉渣流动性稍差。,LF炉精炼渣脱硫工艺及理论,3、CaO-Al2O3-CaF2渣系 国内部分钢厂和国外很多钢厂都在CaO-Al2O3渣系的基础上加入适量的CaF2形成CaO-Al2O3-CaF2渣系，但在实际生产过程中，由于炉衬受到侵蚀等原因会带入一定的MgO，作为脱氧产物和精炼

3、渣原料中都会带入部分SiO2，因而实际渣系为CaO-Al2O3-CaF2-MgO- SiO2五元渣系。,LF炉精炼渣脱硫工艺及理论,钢水脱硫的原因： 硫在通常情况下是有害元素。钢材热压力加工时(1150-1200)产的硫化合物-FeS-Fe共晶体已经熔化,导致钢材晶间开裂,即产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，它不但导致焊缝产生热裂,而且在焊接过程中容易后成SO2气体,使焊缝产生气孔和疏松。它还降低钢材耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。但是它也有好的一面，在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通

4、常称易切削钢。,LF炉精炼渣脱硫工艺及理论,钢中硫的去除同以下因素有关： 钢同渣的混合程度 渣量 温度 钢中氧含量 炉渣氧化程度 炉渣的粘度,LF炉精炼渣脱硫工艺及理论,脱硫四要素（三高一低）：,高温,低氧化性,大渣量,高碱度,脱 硫,LF炉精炼渣脱硫工艺及理论,脱硫工艺及理论 利用白渣进行精炼，实现脱硫、脱氧、生产超低硫和低氧钢。白渣精炼是LF炉工艺操作的核心 出钢挡渣，控制下渣量5kg/t 钢包渣改质，控制R2.5 白渣精炼，一般采用Al2O3-CaO-SiO2系炉渣 控制炉内气氛为弱氧化性，避免炉渣再氧化 适当搅拌，避免钢液面裸露，并保证熔池内具有较高的传质速度。,LF炉精炼渣脱硫工艺及

5、理论,1、精炼渣脱硫机理 脱硫反应： S + (CaO)=(CaS)+O,LF炉精炼渣脱硫工艺及理论,2、碱度对精炼渣脱硫性能的影响 精炼渣碱度对精炼过程的脱硫、脱氧均有较大的影响。 碱度提高可使钢中平衡氧降低，而且可提高硫在渣钢间的分配比。,LF炉精炼渣脱硫工艺及理论,在各脱硫渣系中，对脱硫起主要作用的组元是CaO，其含量的高低将直接影响脱硫效果的好坏。 随着CaO的提高，S降低，但当(CaO)60%以后，CaO含量提高使脱硫效果降低。 由于CaO含量过高后，渣中会有固相质点析出，使熔渣出现非均相，炉渣粘度上升，流动性变差，从而影响了脱硫的动力学条件。,LF炉精炼渣脱硫工艺及理论,研究发现：

6、 随着炉渣碱度提高，硫的分配比增大，有利于脱硫进行； 当碱度大于2.3以后硫的分配比可以超过100； 当炉渣碱度大于4.0以后，炉渣熔化困难； 该研究提出适合精炼的炉渣碱度在2.3-3.5之间。,LF炉精炼渣脱硫工艺及理论,3、CaF2对脱硫的作用 CaF2本身不具备脱硫作用； 主要作用是降低脱硫渣的熔点，改善脱硫渣的流动性； CaF2与CaO等形成一系列低熔点共晶物来助熔化渣。,LF炉精炼渣脱硫工艺及理论,随着脱硫反应的进行，渣-钢界面将有CaS固相形成，而CaS固相的存在，阻止了脱硫反应的继续进行，而且使液相量减少。 渣中加入CaF2，有利于固相的破坏，使液相量增加，改善了脱硫条件。 但当

7、渣中CaF2含量达到足以阻止CaS固体形成时，继续增加CaF2，会造成渣中CaO被稀释，使有效CaO浓度降低，不利于脱硫。,LF炉精炼渣脱硫工艺及理论,CaF2含量高，渣中自由O2-离子增多； 按照反应S+（O2-）=（S2-）+O，如果熔渣中有足够的O2-，反应将向右进行，有利于脱硫； CaF2能显著降低CaO-SiO2-MgO-Al2O3渣系的熔点，提高其流动性。保证了脱硫的动力学条件。,LF炉精炼渣脱硫工艺及理论,CaF2与CaO等形成一系列低熔点共晶物来助熔化渣，但在电弧温度下，将有下述反应发生。 产生的SiF4为气体，并随炉气散失。,LF炉精炼渣脱硫工艺及理论,4、Al2O3在精炼渣

8、中的作用 根据CaO-SiO2-Al2O3三元相图，随着渣中Al2O3含量在一定范围内的提高，渣的熔化温度降低。 提高渣中的Al2O3含量，能够促进化渣，进行快速造渣。 富含的Al2O3还原渣有疏松和泡沫特性，反应面积大，可提高渣中的氧离子活度。,LF炉精炼渣脱硫工艺及理论,由于Al2O3两性特征，故能适当提高熔渣碱度，降低熔渣中硫离子的活度系数； 同时，其含量的提高对炉渣粘度影响较小，能保证炉渣有高的碱度和良好的流动性； 还能提高熔池的升温速度，提高硫在熔池中的传质系数，这些都有利于提高硫在渣钢间的分配比，提高脱硫速度。,LF炉精炼渣脱硫工艺及理论,另一方面，Al2O3富含的还原渣中，铝酸钙

9、熔点低，对钢液的粘附力大，能迅速从钢液中浮出； 且CaS能很好地润湿铝酸钙，并一起浮出钢液，从而降低钢中夹杂物含量。,LF炉精炼渣脱硫工艺及理论,5、渣中MgO对脱硫的影响 MgO为碱性物质，与硫有一定的结合能力； 但不如CaO，其主要作用是降低渣中aSiO2，提高aCaO，从而提高脱硫效果。,LF炉精炼渣脱硫工艺及理论,不利因素是MgO提高渣的熔点，特别是当MgO含量大于6.0%-8.0%时，渣迅速稠化，不利于反应进行。 精炼渣中适量的MgO含量可以起到保护镁质炉衬的作用，减少炉衬向熔渣的熔解过程。,LF炉精炼渣脱硫工艺及理论,6、FeO+MnO的影响 炉渣氧化性是影响炉渣脱硫效果的主要因素

10、。 FeO+MnO含量大于1%时，脱硫效率将明显下降。 渣中FeO十MnO含量小于1%，可得了较好的冶金效果。 在FeO十MnO含量小于1%的炉次，脱硫率可达到86%，硫的分配比可达120-150。,LF炉精炼渣脱硫工艺及理论,7、炉渣物理性质对LF脱硫的影响 炉渣的物理性质包括的内容较多，主要有密度、粘度、熔化温度、表面张力和电导率等。 相对于脱硫而言，影响最大的因素是粘度和熔化温度。,LF炉精炼渣脱硫工艺及理论,1）炉渣粘度的影响 炉渣粘度是影响渣-钢界面脱硫反应的主要因素; 液相中的传质速率与熔渣的粘度成反比。 若炉渣粘度过大，则恶化了脱硫的动力学条件，造成脱硫困难。 提高炉渣的流动性，

11、可以减小乳化渣滴的平均直径，增大渣钢接触面积，促进脱硫。 若粘度过小，炉渣向耐火材料的渗透能力强，会造成耐火材料损耗增加，同时在精炼炉中也不利于实现埋弧操作。,LF炉精炼渣脱硫工艺及理论,2）炉渣熔化温度的影响 炉外精炼脱硫过程能否正常进行，往往和炉渣的熔化温度有关。 在一定的炉温下，炉渣的熔化温度越低，过热度越高，流动性越好，渣-钢间脱硫反应就越快。,LF炉精炼渣脱硫工艺及理论,8、冶炼工艺条件对脱硫的影响 1）LF操作温度的影响 热力学讲，脱硫反应属于吸热反应，因而高温有利于脱硫。 温度对脱硫的影响主要在动力学方面，随着温度的升高，炉渣粘度下降，改善钢渣流动性，从而提高了脱硫的动力学条件。

12、温度升高，将使渣-钢间的扩散速度加快，也有利于脱硫。,LF炉精炼渣脱硫工艺及理论,2）渣量的影响 当熔渣组成一定时，其脱硫效率主要取决于渣量。 在考虑合成渣用量时，必须注意进入钢包内的氧化渣量、脱氧产物及包衬侵蚀量等的影响。 既要满足合理的熔渣组成要求，又要满足对渣量的要求，同时要兼顾到允许一定温降。 冶炼超低硫钢时，文献推荐的渣量为12kg/t。,LF炉精炼渣脱硫工艺及理论,3）钢中全氧量（溶解氧）的影响 钢水氧位是影响硫平衡分配比的重要因素之一，低氧位的钢水对于极低硫钢的冶炼是十分必要的。 硫和氧属同族元素，具有相似的性质，但氧的化学性质比硫更为活泼，要得到极低硫钢必须先得到超低氧钢。,LF炉精炼渣脱硫工艺及理论,炉渣脱硫反应表明，随着钢中氧含量的提高，将抑制脱硫反应的进行，应尽量采取措施降低钢中氧含量。 渣中氧含量也会影响到钢中的溶解氧含量。 在渣-钢间存在着氧的平衡分配，炉渣氧化性较高时，炉渣会向钢中供氧，增加钢液中的溶解氧量。,LF炉精炼渣脱硫工艺及理论,9、LF炉脱硫的优势： 1) 有良好的还原性气氛； 2) 能造含 Al2O3 的高碱度渣； 3) 包底吹氩搅拌，渣钢充分，脱硫的动力学条件优越； 4）温度高。,LF炉精炼渣脱硫工艺及理论,10、底吹氩搅拌的影响 底吹氩气搅拌是影响脱硫速度的主要因素。 搅拌的作用主要在于它能提高传质系数，扩大渣-钢接触面积，