酒泉钢铁 酒钢120t LF快速脱硫工艺实践

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。

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5—8min→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-)+3[S]+2[Al]=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)＜70×10-6时，钢水W(O)＞20×10-6，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：
][][30O S a W =
式中a ［O ］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)＞200×10-6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150×10-6。

3.5 CaF 2含量 CaF 2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CaF 2在脱硫过程中可以起到类似于催化剂的作用，其机理是：①CaF 2可以于网状硅酸盐发生反应，提供少量的O 2-，使渣中自由O 2-增多；②CaF 2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；③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： )]1046.11ln(1[18.60
50101P H T T W T Q g Ar -⨯++-=ε 式中，Q Ar 为氩气流量，m 3/h ；T 1、T 0分别为钢水和氩气的温度，K ；H 为吹氩深度，m ；P 0
为氩气压力，Pa ；W g 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12CaO·7 Al2O3夹杂，防止中间包浸入式水口堵塞，一般要求钢水中Ca/Al＞0.1。

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6～10kg/t；萤石1.5～3 kg/t；预熔精炼渣3～4kg/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 50～60 20～30 ＜1 6～8 ——
实际渣系成分 50～60 15～25 ＜1.5 4～8 5～8 （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1580℃～1620℃。

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)＞200×10-6，过程W(Al)控制在300—600×10-6。

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700—900mm；均匀成分温度及送电升温时，底吹吹开度400—600mm；钙处理前后静（软）吹时，底吹吹
开度200—300mm，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/Al＞0.1，静吹时间8—12min。

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的温度，为快速脱硫创造良好的热力学条件。

6.3在 LF处理过程中，各环节吹氩搅拌强度的控制对脱硫效果有很大的影响，因此，合理控制吹氩强度也是快速深脱硫工艺的关键所在。

[参考文献]
[1] 周宏.硫在CaO-AlO系熔渣与钢液间的分配率[J].钢铁，1995
[2] 韩其勇.冶金过程动力学[M].北京：冶金工业出版社，1998.。