008-硫分配比的计算及影响因素分析

硫分配比的计算及影响因素

郝宁 王海涛 李宏 王新华 王万军

(北京科技大学冶金与生态工程学院)

摘 要：通过将理论计算的硫平衡分配比和取样得出的硫分配比比较可知：(1)LF1、LF2炉次到站时钢渣反应基本达到平衡，而LF3、LF4炉次到站时的钢渣之间没有达到平衡；(2)四炉次精炼结束的钢渣都没有在平衡状态。通过分析硫分配比的影响因素可知：（1）硫分配比随钢液温度、钢液中[C]、[Al]含量的增加而增加；（2）硫分配比随着渣中的(Al 2O 3/CaO)的增加而降低。 关键词：硫容量 KTH 模型 硫分配比

Calculation and Influence Factors on Sulphur Distribution

Hao Ning, Wang Haitao, Li Hong, Wang Xinhua, Wang Wanjun

(School of Metallurgical and Ecological Engineering ，University of Science and Technology Beijing ) Abstract: In this paper, equilibrium sulphur distributions have been calculated for all the heats. The results of

comparing them with the sulphur distributions based on slag and steel analysis results are: (1)the reactions of slag and liquid steel in LF1、LF2 heats are almost in equilibrium while those of LF3 and LF4 are not in equilibrium before refining; (2) the reactions of slag and liquid steel in all heats are not in equilibrium after refining. We can conclude that Ls increases with the increase of temperature, carbon and aluminum content and decreases with increase of the value of (Al 2O 3/CaO) in the slag by analyzing the influence factors on Ls.

Key words: Sulphide capacity KTH model Sulphur distribution

1. 引言

随着用户对钢中硫含量要求的日益严格，纯净钢深脱硫冶炼理论和工艺研究成为国内外研究的焦点问题。要实现纯净钢深脱硫，选择合适的脱硫渣系是非常重要的。目前经常使用硫容量来表示炉渣脱硫能力的大小，因此预测某一渣系硫容量的大小是选择合理渣系的一个重要凭证。本文主要是应用皇家工学院冶金系开发的计算模型(KTH)[1-2]对LF 炉到站和精炼结束时炉渣的硫容量进行预测，并应用已有的理论计算出各情况下炉渣的硫平衡分配比。且在工业试验中，取各炉次LF 到站和精炼结束时的炉渣样，分析炉渣成分并计算当时炉渣的硫分配比，与模型计算出的硫平衡分配比相比较，得出当时炉渣和钢液中硫的扩散趋势，给现场操作提供可靠依据。并对硫分配比的影响因素做了具体分析。 2. 理论背景 硫容量概念

当讨论炼钢过程中的脱硫时，下面两个反应是很重要的[3]：

()()

()()

slag g slag

g S O O S --+=

+22222

1

2

1

(1)

()()slag metal slag metal S O O S --+=+22 (2)

反应(1)是描述渣－气两相中在氧分压小于10－6atm 的氧硫之间的平衡，反应(2)是渣－钢两相间的相应的平衡。

反应(1)的平衡常数可表示为：

()2

2222

222%1S O O slag

S S O O S p p a S f p p a a K --

--

-⋅

⋅=

⋅

=

(3)

其中-2S a 和-2O a 分别是渣相中S 、O 的活度；2O p 和2S p 是2S (g)和O 2(g)的分压；-2S f 是渣相中的硫的活度系数；()slag S %是渣中硫的百分含量。

Richardson 和Fincham 用式(3)表示了硫容量(S C )的概念 ：

()2

222%1S O slag S O S p p S f a K C ⋅

=⋅=

-

-

(4)

其中K 1是反应(1)的平衡常数；

硫容量(CS)是渣的一个性质，仅仅是温度和渣成分的函数，它描述了一种液态炉渣潜在的脱硫能力，可用来比较不同炉渣的脱硫能力。

前人已经开发了很多模型来预算炉渣的硫容量随成分和温度是怎么变化的。但最常用的模型是皇家工学院冶金学院开发的KTH 模型，在KTH 模型中，等式(4)中的S C 可用下式来表示：

⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛∆-=RT

G K 0

1exp (5) T G ⋅-=∆8157.581185350 (6)

其中，0

G ∆是反应(1)的吉布斯自由能；T 是温度(K)；R 是气体常数。

⎥⎦

⎤⎢⎣⎡-=-

-RT f a S O ξexp 22 (7) 在一元系中，ξ仅仅是温度的函数，在多元系中，ξ就是温度和成分的函数。如下：

()∑+=mix i i X ξξξ (8)

其中下标i 代表渣中的组元i ，i X 是多元渣系中组元i 的摩尔分数；i ξ是温度对组元i 的线性系数(没有不同组元的相互作用)；mix ξ代表渣中不同组元的相互作用，主要决定于渣的成分和温度。

对于五元渣系Al 2O 3-CaO-MgO-MnO-SiO 2的ξ的表达式如下[2]：

MnO

MgO SiO eraction

CaO MnO SiO eraction CaO MgO SiO eraction MnO SiO O Al eraction MnO MgO O Al eraction MgO SiO O Al eraction CaO MgO O Al eraction CaO SiO O Al eraction MgO

SiO eraction MnO SiO eraction CaO SiO eraction SiO O Al eraction MnO

O Al eraction

CaO O Al eraction SiO SiO MnO MnO MgO MgO CaO CaO O Al X X X X X O Al ----------------------++++++++++++++++++=22232323232322323232223

23

2int int int 2int int 2int int 2int 2int 2int 2int int int int ξξξξξξξξξξξξξξξξξξξ

ξ (9) 硫分配比的计算

为了把硫容量同渣钢间的硫分配比联系起来，综合反应(1)、(2)有：

()()g metal g metal S O O S 222

1

21+=+ (10)

平衡常数K 11用下式表达为：