浅析LF炉脱硫精炼渣

浅析LF炉脱硫精炼渣
【摘要】随着现代科学技术和工业的发展，对钢材质量（如纯净度）要求越来越高，用普通炼钢炉冶炼出来的钢水已经难以满足其质量的要求。

另外，连铸技术的发展，对钢水的成分、温度和气体的含量等也提出了更严格的要求。

于是就产生了各种将初炼钢水进行炉外精炼的方法。

LF精炼法是其中最常用的一种。

本文对LF法中常用的几种脱硫渣系（如CaO- CaF2、CaO-Al2O3、CaO-Al2O3-CaF2、BaO-MgO-Al2O3-SiO2）的组成及其冶金功能等进行研究与探讨，对精炼渣的发展前景和方向作出展望，为以后精炼渣的开发研究提供了依据和参考。

【关键词】LF精炼渣；脱硫；碱度
LF法就是在非氧化性气氛下，通过电弧加热、造高碱度还原渣，进行钢液的脱氧、脱硫、合金化等冶金反应，以精炼钢液。

钢包底部的吹氩搅拌，使钢液与所造的精炼渣充分接触，强化精炼反应，有效去除杂质，促进钢液温度和合金成分的均匀化，为连铸提供温度、成分准确均匀的钢水，协调炼钢与连铸的节奏。

LF合成渣精炼可以更好完成脱硫、脱氧、去除夹杂的任务，从而得到纯净钢水。

1、LF法的精炼原理
LF法的工作原理：钢包到站后，将钢包移到精炼工位，加入合成渣料，降下石墨电极插入熔渣中对钢水进行埋弧加热，补偿精炼过程中的温降，同时进行底吹氩搅拌。

LF精炼法通过强化热力学和动力学条件，使钢液在短时间内得到高度净化和均匀。

造白渣进行钢水精炼，可生产超低硫钢和低氧钢。

因此，白渣精炼是LF炉工艺操作的核心，也是提高钢水纯净度的重要保证。

白渣精炼的工艺要点是：①挡渣出钢，控制下渣量小于5kg·t-1钢；②钢包渣改质（一般采用Al2O3-CaO-SiO2系炉渣），控制钢包渣碱度大于2.5～3，渣中W（FeO+MnO）含量小于1.0～3.0%；③保持熔渣良好的流动性和较高的渣温，确保脱硫、脱氧效果；④控制LF炉内为还原性气氛，避免炉渣再次氧化；⑤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。

2、LF脱硫精炼渣的分析
2.1 硫在钢中的危害
硫对钢的性能具有很大的不利影响。

硫在钢中以硫化物（如Fe2S、MnS等）的形式存在，会使钢的热加工性能变差，使钢形成“热脆”（当钢水过氧化时，钢的热脆性更加严重）；硫使钢的塑性变差（特别是钢材的横向塑性变差）；硫还影响钢材的焊接性能，在焊接时会出现高温龟裂，同时硫会氧化成SO2逸出，导致在焊缝中造成气孔；硫还是影响管线钢等钢材的抗氢致裂纹（HIC）和抗硫应
力裂纹（SSC）能力的主要元素。

LF精炼法是脱硫的最有效工艺，在铁水预处理→转炉→LF炉工艺过程中可以达到深脱硫的目的，钢水硫的含量可以控制到10～20×10-6。

因此，研究LF脱硫精炼渣对炼钢工艺的发展具有重要意义。

2.2 合成精炼渣的冶金功能
合成精炼渣具有如下冶金功能：①脱硫；②脱氧：③吸收钢中夹杂物，净化钢液：④隔绝空气，防止钢液吸收气体：⑤对夹杂物进行变性处理。

其中脱硫是LF合成精炼渣的核心功能之一。

脱硫反应方程式如下：（CaO）+[FeS]=（CaS）+（FeO）
热力学方面影响渣钢脱硫的主要因素有温度、碱度、氧化性等。

高温、高碱度、低氧化性气氛均有利于脱硫。

2.3 合成精炼渣的基本渣系组成
（1）CaO- CaF2和CaO-Al2O3渣系
CaO-CaF2渣系具有很强的脱硫、脱氧能力，其硫容量是二元渣系中最高的（在1500℃下的硫容量高达0.030%）。

在此渣系中，CaF2本身并不具备脱硫作用，它的作用是降低脱硫渣比例，比值过高，对脱硫不利。

但由于CaF2对钢包耐火材料寿命影响较大，而且氟化物对空气污染比较严重。

因此，可选用Al2O3代替或部分代替CaF2以减少对环境的污染。

针对CaO-Al2O3无氟精炼渣的开发较多，Al2O3同样能对石灰起助熔作用，且活性低。

（2）CaO-Al2O3-CaF2渣系
由于原料中不可避免的带入SiO2，因而CaO-Al2O3-CaF2渣系实际为CaO-Al2O3-CaF2-SiO2渣系。

通过测定表明，CaF2含量对渣中的硫含量影响很小，而脱硫效果主要取决于CaO/Al2O3的大小。

当CaO/Al2O3 值一定时，随CaF2含量增加，Ks变化不大；而当CaO/Al2O3值增加时，lgKs显著增加，当渣系CaO/Al2O3大于0.15后，脱硫效果更理想。

在该渣系的组成范围内，增大炉渣碱度，硫的分配系数显著提高。

（3）BaO-MgO-Al2O3-SiO2渣系
BaO对钢液同样有脱硫作用，而且BaO基脱硫渣系往往较CaO基脱硫渣系具有更高的硫容量，BaO的光学碱度是CaO的1.15倍。

但是BaO资源远不如CaO那么丰富，因此BaO脱硫渣系的成本要高于CaO脱硫渣系，从而使其在实际应用中受到限制。

（4）含铝灰的脱硫渣系
铝灰是由铝电解时铝液面上的熔渣或铝铸造时铝液面上浮的粉渣，经加工碾成粉状，其含铝量为15%～20%，其余成分是Al2O3和SiO2。

曾用含铝灰脱硫渣系进行了多炉脱硫试验，结果表明该脱硫渣系大大提高了脱硫的效果，缩短了平均处理时间。

研究发现，铝灰中所含的铝及Al2O3与普通化学试剂所含晶格结构不同，具有更高的活性。

铝灰是非常有开发潜力的脱硫原料。

3、各渣系组元对合成精炼渣脱硫效果的影响
3.1 碱度
随着炉渣碱度的提高，硫的分配比增大，有利于脱硫的进行。

当碱度大于2.3时，硫的分配比可以超过100。

但当碱度过大（大于4.0）时，造渣比较困难反而不利于脱硫。

实际合成精炼渣系的适宜碱度为2.3～3.5。

CaO-SiO2-MgO-Al2O3渣系脱硫实验表明，碱度对渣钢硫分配比Ls具有较大影响。

当碱度小于3.0时，随碱度升高，Ls增加；当碱度大于3.0时，提高碱度，Ls下降。

随着CaO含量提高，[s]降低，但当（CaO）>60%后，CaO含量提高，脱硫效果反而降低。

原因是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，使脱硫效果变差。