LF爐造渣及脫硫控制

1、LF爐造渣與脫硫控制爐造渣與脫硫控制李治國(guó)主要內(nèi)容主要內(nèi)容前言前言脫硫的基本原理脫硫的基本原理影響脫硫的因素影響脫硫的因素脫硫原理在實(shí)踐中的應(yīng)用脫硫原理在實(shí)踐中的應(yīng)用結(jié)束語(yǔ)結(jié)束語(yǔ)前前 言言 對(duì)于大多數(shù)鋼，硫是有害元素(易切削鋼除外)。硫在凝固結(jié)晶過(guò)程中隨著其溶解度的降低而析出，并與鐵在晶界上生成低熔點(diǎn)的FeS，熱加工過(guò)程中晶界FeS的熔化造成鋼的“熱脆”，而且鋼中硫在晶界的偏析是造成連鑄坯產(chǎn)生熱裂紋的主要原因，因此要降低鋼水中硫的容許值。 鋼中的硫不能以氣體形式去除，也不能像脫氧那樣加入與硫親和力強(qiáng)的元素即能經(jīng)濟(jì)地去除，鋼水脫硫是通過(guò)高堿度渣還原精煉進(jìn)行的。但硫與鋼中其它元素不同，不會(huì)從大氣和

2、耐材溶解到鋼水中，增硫的可能性小，所以脫硫變得單純。而且鋼材向高級(jí)化和大型化發(fā)展的同時(shí)，脫硫目標(biāo)值也不斷提高。 LF爐作為現(xiàn)代化鋼廠必備的精煉手段，通過(guò)精煉渣脫硫是其主要功能之一。選擇適合于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的渣系和脫硫工藝，使其能更好地為生產(chǎn)服務(wù)，是我們研究的目標(biāo)之一。脫硫的基本原理脫硫的基本原理脫硫熱力學(xué)鋁作為脫氧劑時(shí)，脫硫反應(yīng)式為：3(CaO)+2Al+3S=3(CaS)+(Al2O3) 由上式可知，渣的堿度高、溫度高，同時(shí)鋼液中的Al含量高，而且保證鋼液中的最低溶解氧含量，是脫硫反應(yīng)的必要條件。 2333231RTlnCaSAl OAlSCaOGa aa aa 脫硫動(dòng)力學(xué)在鋼渣界面脫硫反應(yīng)平衡時(shí)

3、，脫硫反應(yīng)速度表示為：式中：F表示參加反應(yīng)的界面積； DsS表示硫在渣中的擴(kuò)散系數(shù)； s表示擴(kuò)散邊界層厚度。 由上式可知，通過(guò)提高溫度、加強(qiáng)攪拌等方式提高脫硫反應(yīng)速度。因?yàn)樘岣邷囟瓤商岣吡蛟谠械臄U(kuò)散系數(shù)DsS，加強(qiáng)攪拌可使擴(kuò)散邊界層厚度s減小，硫在渣中的擴(kuò)散系數(shù)DsS增大，參加反應(yīng)的界面積F增大。% % % SssSmmsmdSSSdtF DkLV硫在鋼渣間的分配比LS 1、硫化物容量（Cs）對(duì)LS的影響 LS（=（%S）/【%S】） 表示的是爐渣的脫硫能力，脫硫需要分配比大的渣組成。如果定量分析爐渣的脫硫能力，需要測(cè)定爐渣中各成分的活度，因其難度大，所以一般用爐渣的硫化物容量（Cs）作為渣

4、的脫硫能力指標(biāo)。其存在以下關(guān)系： Log LS =log Cs +log fs -logao-465/T-964 由上式可知，如果用少量渣生產(chǎn)低硫鋼，必須選擇硫化物容量大的渣系，進(jìn)行強(qiáng)脫氧，高溫脫硫。影響脫硫的因素影響脫硫的因素影響脫硫的因素影響脫硫的因素 2、渣中Al2O3含量對(duì)LS的影響 對(duì)于鋁脫氧鋼，渣中的Al2O3與硫化物容量（Cs）存在如圖關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，渣中Al2O3含量大于30%時(shí)，隨著渣中Al2O3的增加，硫化物容量（Cs）減小，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的升高，同渣系的硫化物容量（Cs）增大，也證明了溫度與脫硫存在線性關(guān)系。 在CaO-SiO2-Al2O3渣系中，當(dāng)Al2O3含量3

5、0%時(shí)，增加渣中的Al2O3含量可以降低渣的熔點(diǎn)，提高流動(dòng)性。但綜合考慮爐渣對(duì)Al2O3夾雜和脫硫的影響，一般選擇20%-30%較好。3、曼內(nèi)斯曼指數(shù)（MI）對(duì)LS的影響 上式為曼內(nèi)斯曼指數(shù)（MI）計(jì)算式，此指數(shù)表征爐渣的流動(dòng)性。與硫在鋼渣間的分配比LS存在如圖關(guān)系。 文獻(xiàn)推薦值為0.25-0.35。影響脫硫的因素影響脫硫的因素232(%)(%)(%)CaOMIAl OSiO脫硫率1、爐渣堿度對(duì)脫硫率的影響 爐渣堿度是脫硫的基本條件。隨著渣堿度的提高，渣中的游離CaO增加，爐渣的脫硫能力增大，脫硫率上升。但爐渣堿度不能無(wú)限制增加，否則會(huì)使?fàn)t渣流動(dòng)性變差，不利于脫硫。 實(shí)踐表明，爐渣堿度在2.5

6、以上，只要能保證鋼渣脫氧良好和吹氬攪拌正常，可將鋼中硫控制在40ppm，但要進(jìn)一步降低硫含量必須提高爐渣堿度。影響脫硫的因素影響脫硫的因素2、爐渣流動(dòng)性對(duì)脫硫率的影響 爐渣的流動(dòng)性是影響鋼渣間反應(yīng)的重要因素。加螢石可提高爐渣的流動(dòng)性，也提高了硫的擴(kuò)散能力。但爐渣太稀也不利于脫硫，同時(shí)嚴(yán)重侵蝕鋼包耐材，污染環(huán)境。3、爐渣中主要成分對(duì)脫硫率的影響 爐渣中的主要成分有：CaO、SiO2Al2O3和（FeO+MnO），決定了爐渣的特性（堿度、流動(dòng)性、氧化性），綜合對(duì)脫硫率的影響如圖所示。 隨(CaO/SiO2)(Al2O3)/(FeO+MnO)值的提高，脫硫率上升，當(dāng)其值小于10時(shí)，渣幾乎不脫硫。影響

7、脫硫的因素影響脫硫的因素4、渣量對(duì)脫硫率的影響 適當(dāng)增加渣量，可以稀釋渣中的CaS濃度，促進(jìn)脫硫反應(yīng)式向右進(jìn)行，對(duì)脫硫有明顯的效果。但是大渣量使脫硫反應(yīng)不活躍，脫硫效果增加不明顯，同時(shí)電耗和輔料消耗增加。一般控制渣量為鋼水量的1%-2%。影響脫硫的因素影響脫硫的因素脫硫速度 從宏觀理論分析，鋼中S的物質(zhì)移動(dòng)支配整個(gè)反應(yīng)速度。 攪拌是促進(jìn)物質(zhì)移動(dòng)速度加快的有效手段，加強(qiáng)攪拌使渣粒卷入鋼水，增加了渣與鋼中硫接觸的機(jī)會(huì)，使反應(yīng)速度加快，脫硫效率提高。 實(shí)驗(yàn)證明，脫硫速度大小依次為：噴吹脫硫劑（CaO+CaF2）吹氬攪拌電磁攪拌（感應(yīng)）。噴吹脫硫劑能將鋼中硫脫至5ppm以下，對(duì)于我廠品種結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，正常

8、情況下，吹氬攪拌完全能滿足生產(chǎn)需求。影響脫硫的因素影響脫硫的因素脫硫原理在實(shí)踐中的應(yīng)用脫硫原理在實(shí)踐中的應(yīng)用精煉造渣工藝優(yōu)化1、優(yōu)化前存在的問(wèn)題 LF爐在造渣脫硫方面一直采用大渣量、高堿度的模式。雖然可以將硫脫至很低，但對(duì)于大部分鋼種來(lái)說(shuō)（要求S0.004%），處理過(guò)了。如右表。導(dǎo)致LF爐輔料成本和電耗沒(méi)有降低。 大渣量、高堿度使渣子正常情況下難以快速化透，必須借助螢石化渣，這對(duì)鋼包耐材侵蝕嚴(yán)重，鋼包壽命降低，而且氟的排放對(duì)環(huán)境的污染也不容忽視。鋼種樣本數(shù)量成品硫含量（均值）3月份Q235B7650.0080%CCSB670.0030%T510L220.0020%6月份Q235B1800.00

9、60%CCSB440.0025%T510L430.0024%9月份Q235B1340.0110%CCSB860.0029%T510L610.0037% 以前所使用的合成渣是將所需的各種原料破碎后按一定比例機(jī)械混合壓球燒結(jié)而成，合成渣的成分含有Al2O3為20%，其熔點(diǎn)較高，脫硫效果不穩(wěn)定。相關(guān)資料表明這種渣在精煉過(guò)程中，成渣速度慢，煙塵大，精煉時(shí)間長(zhǎng)。 脫硫原理也表明，實(shí)現(xiàn)高效快速脫硫至目標(biāo)要求，需要快速形成特定組分的精煉渣。LF爐的處理過(guò)程有大約5-8分鐘送電時(shí)間在化渣（1500-2000kWh），成渣后才開(kāi)始脫硫。要加快LF爐處理節(jié)奏，必須使成渣時(shí)間縮短。需要使用熔點(diǎn)更低的預(yù)熔渣實(shí)現(xiàn)快速成

10、渣。成分如下。 本月初試驗(yàn)使用預(yù)熔渣，通過(guò)不斷優(yōu)化工藝，取得了好的效果。從11月13日開(kāi)始，已全面實(shí)施。成分CaOMgOAl2O3SiO2SPH2Owt%50.02.06.01.040.02.06.00.0450.5精煉造渣工藝的三次變化轉(zhuǎn)爐出鋼渣料加入量LF爐渣料加入量時(shí)間石灰合成渣/預(yù)熔渣螢石石灰螢石普碳鋼1300500100500100以前2800500200005.18-11.133500300000現(xiàn)在品種鋼1300500100800150以前280050020020005.18-11.1331000500000現(xiàn)在低硫品種鋼16005001001000200以前2800500200

11、10002005.18-11.1331300600000現(xiàn)在 此次工藝優(yōu)化的目的是為了減輕LF爐負(fù)擔(dān)，釋放LF爐處理能力。主要是通過(guò)轉(zhuǎn)爐出鋼過(guò)程中鋼水的沖擊和底吹的攪拌，利用鋼水顯熱使石灰和預(yù)熔渣基本熔化，再通過(guò)出鋼后在渣面上加鋁丸，使轉(zhuǎn)爐渣進(jìn)一步脫氧，形成具有一定脫硫能力的精煉渣并粗脫硫。 在吹氬站攪拌使用的是旁通，攪拌力大，具備脫硫的動(dòng)力學(xué)條件。只要精煉渣具備合適堿度和低氧化性，脫硫反應(yīng)就能進(jìn)行。 實(shí)踐表明，在保證鋼包底吹暢通的條件下，爐后脫硫能明顯降低LF爐入站鋼水的硫含量，并且形成熔化良好的精煉渣，使LF爐省去了成渣步驟，縮短了脫硫時(shí)間，加快了處理節(jié)奏。而且LF爐送電過(guò)程中不加渣料，冒

12、煙現(xiàn)象也大為減少。 使用預(yù)熔渣后的脫硫率爐號(hào)工序鋼種石灰（Kg）頂渣（Kg）出鋼加AlMnFe（Kg）渣面加鋁量（Kg）LF加鋁（Kg）BOF3#S（%）BOF4#S（%）成品S（%）脫硫率（%）B1909387BOFCCSB8005029561000.02160.015826.9%LF1340.00290.7%B1909388BOFQ345B799502880670.02460.012648.8%LF0.005577.6%B2909489BOFQ195L998495920500.03890.033513.9%LF490.011271.2%爐號(hào)CaO（%） FeO（%） MgO（%）MnO（%

13、）SiO2（%）TFe（%）Al2O3（%）堿度B190938749.37 15.80 6.35 1.81 11.52 19.03 1.52 4.84 48.79 1.35 12.96 1.31 6.98 1.32 21.71 8.84 B190938852.07 10.21 7.04 1.97 16.22 11.73 2.04 3.64 49.97 0.39 9.65 0.23 7.21 0.41 25.01 8.27 B290948949.63 12.91 7.12 1.90 13.15 16.12 2.69 4.31 47.42 1.16 7.45 0.15 9.07 1.27 26.7

14、6 6.05 2、造脫硫渣工藝優(yōu)化所取得的效果 1、輔料消耗（以Q235B為例比較） 2、電耗降低（LF爐處理碳鋼產(chǎn)量基本相當(dāng)）產(chǎn)量（t）電耗（kWh/t）3月份31260934.511月份29519833.1爐數(shù)產(chǎn)量(t）石灰量（BOF+LF）螢石量（BOF+LF）6月份1803466814151333868噸鋼消耗量（Kg/t）4.10.9811月份（13-26）16832655112472256噸鋼消耗量（Kg/t）3.40.007 3、分析比較以前LF爐渣組成，目前使用的渣系更趨于合理，基本取消了螢石（低硫品種鋼除外），雖然CaO含量偏低，但能滿足脫硫的熱力學(xué)條件。 此渣系在生產(chǎn)中能滿

15、足大部分鋼種的脫硫要求。優(yōu)化前后渣樣對(duì)比（Q235B）試樣數(shù)量CaO %CaO %SiOSiO2 2 % %AlAl2 2O O3 3 % %（FeO+MnOFeO+MnO）% %F %F %R R優(yōu)化前（3月份）1050.6356.334.579.0118.8826.540.3780.6731.383.61平均值53.516.324.060.5271.848.49優(yōu)化后1043.1352.766.878.4021.9032.430.7711.5200.7122.478平均值47.837.0628.010.9290.9726.77脫硫原理在實(shí)踐中的應(yīng)用脫硫原理在實(shí)踐中的應(yīng)用低硅品種鋼的生產(chǎn) 成

16、品要求Si0.03%的鋼種，Si的控制是難點(diǎn)。在需要LF爐脫硫且沒(méi)有扒渣條件的煉鋼企業(yè)都存在此問(wèn)題。 因鋁和氧的親和力比硅大，所以鋁脫氧鋼必須控制爐渣的脫氧程度，抑制SiO2被還原使鋼水增硅。在此條件下，要想使?fàn)t渣提高堿度具備脫硫能力，必須提高渣中CaO含量來(lái)達(dá)到此目的。 在我廠現(xiàn)有條件下，我們通過(guò)控制原料，降低LF爐到站S和加大渣量來(lái)實(shí)現(xiàn)。增加石灰加入量可以稀釋爐渣中SiO2和CaS含量，抑制回硅并促進(jìn)脫硫反應(yīng)進(jìn)行。同時(shí)控制底吹攪拌力避免渣子強(qiáng)脫氧，能實(shí)現(xiàn)鋼中硫達(dá)到要求。 此操作方法因控制爐渣堿度高，所以渣子粘稠，必須使用螢石化渣，改善其流動(dòng)性來(lái)滿足脫硫條件。低硅鋼渣樣爐號(hào)鋼種CaOFeOMnOSiO2TFeAl2O3FBasB2909491ASTM A572 GR6554.85 2.22 4.91 6.86 1.92 17.95 2.20 8.74 B2909570ASTM A572 GR6556.91 2.12 5.15 6.01 2.68 17.56 1.96 10.18 B2909571ASTM A572 GR6556.75 2.31 3.5