LF快速脱硫工艺研究

LF快速脱硫工艺研究

邢乐荣

宝钢湛江钢铁有限公司 广东湛江 524000

摘要：随着高效连续铸造技术的不断发展，对钢材质量的要求也越来越高。利用钢包炉加热、精炼、还原等功能，可以有效地解决炼钢-连铸工艺中存在的问题，包括：出钢温度的下降，工艺指标的改善，钢液温度分布均匀，炼钢、连铸的控制。LF炉钢包提纯炉具有保持炉内还原气氛、氩气搅拌、电极埋弧加热、熔渣提纯、熔渣提纯等独特的冶炼功能，其中综合渣提纯的作用可以使初炼钢得到更好的净化。因此，要想达到降低钢液中 S含量、提高连铸速度、满足钢中 S含量的精炼工艺，就必须开展炼钢脱硫技术的研究。

关键词：LF；快速脱硫；工艺

引言

在 LF精炼工艺中，常使用萤石作助熔剂，使 LF炉渣的粘稠度和流动性得到改善，从而改善 LF的脱硫反应。萤石中的主要成份钙与原料或炉渣中的水、二氧化硅发生化学反应，产生氟化氢、二氧化硅等有害的氟化物，对环境和人类的健康造成了严重的影响。另外，由于萤石会严重腐蚀钢液槽渣，会影响炉内使用寿命，并会导致炼钢的耐材损耗。随着铸机拉速的增加， LF工艺的延长和铸机拉坯周期的不断缩短之间的矛盾越来越明显。因此，通过对不同因素的分析，开发出低硅铝镇静钢液的 LF快速脱硫工艺，缩短了其 LF处理时间，取得了较好的效果。

一、影响钢水脱硫速度的因素

（一）钢水温度

钢液的脱硫是一种吸热量的过程，温度较高对脱硫的影响较大。同时，温度较高，有利于 LF熔渣，加快脱硫速率。钢液温度越高，脱硫效率越高。低硅铝镇静钢的生产实践证明，在1590℃以上进行脱硫是一种比较好的方法。

（二）钢水中Als含量

LF的脱硫反应是：3 (Ca0)+2 (Als)+3 (S)=(Al2O3)+3 (CaS)，可见， Als含量高，对脱硫作用的影响较大。当铝含量超过0.02%时，钢的脱硫率显著增加。在低硅铝镇静钢的实际应用中，当钢液中 Als含量在0.05%左右时，可以达到较好的脱硫效果。当 Als含量超过0.08%时，钢液中的硅含量会变得非常严重，并且容易导致硅的含量过高；当 Als浓度小于0.04%时，脱硫速度较慢，从而导致 LF的处理时间增加。

（三）搅拌强度

钢液脱硫过程主要发生在渣-钢间，钢中硫的传质是此过程的一个限制步骤。搅拌的力度越大，炉渣的掺和效果也就越好。采用较大的脱硫反应界面，对钢液进行快速脱硫是有利的。

二、提高LF炉脱硫工艺技术研究

（一）出钢过程含氧量及过程控制

在出钢工艺中，除铁工艺中要注意对铁水的温度和组成进行检测，确保测温采样的精度；在转炉内，对 S值在0.060%以上的铁水进行了热平衡计算，确保其在1660℃以下，终点 C为0.08%；当熔化终点 C小于0.08%时，加入500 kg的调渣剂，可以使转炉渣中的氧化率和稠化渣有所下降，同时也能减少放钢期的渣量，为 LF炉脱硫创造良好的条件。

LF炉的含硫量对 LF炉的含硫量有很大的影响， LF炉中的含硫量随着进入 LF炉的含硫量的增加而增加。熔渣碱性越高，熔渣中的游离氧化钙越多，熔渣的脱硫能力越强，脱硫效率越高。炉渣碱性为5，炉渣脱硫率大于85%，炉渣碱性越高，其粘度越高，熔渣流动性越差，对脱硫过程不利；炉渣的碱度大于2.5，渣中（FeO+ MnO）≤0.5%，吹氩搅拌功率控制好，使钢水中的氧气浓度达到5x10-6，使钢水中的硫含量达到40x10-6，同时还应提高炉渣的碱度[1]。

（二）精炼炉渣温度、氧化性、碱度、硫含量对脱硫影响

在快节奏下进行炼铁脱硫时，在钢液进入精炼阶段后，必须迅速将钢液加热至1570℃以上，以便为以后的脱硫提供良好的环境；在升温后，通过对熔炼过程中的氩气进行控制，从而使脱硫渣的氧化性能下降，从而有利于脱硫；炉渣碱度 R约为2.2，且随不稳定氧化物含量的增加而降低，进入 LF炉后，炉渣中不稳定氧化物含量小于1.5%，可确保出钢的脱硫率超过40%。

（三）建立精炼工艺阶段搅拌功率控制模型

在精炼过程中，搅拌功率对脱硫效果的影响较大，随着冶炼时间的延长，铁水与炉渣的接触次数增多，对脱硫效果也较好；在高硫钢中，将钢的进、精炼温度提高到10℃；进料温度控制在1560℃以上，加热时间缩短。首先将其加热至1570℃后进行重铸，使其碱度大于2.0，并逐渐降低（FeO+ MnO)%至1.5%。根据钢水搅拌功率的不同，建立了煤气流量搅拌功率的数学模型，并在此基础上确定了搅拌、升温、脱硫、渣钢、去夹杂等各阶段的最佳搅拌功率。

（四）精炼渣流动性对脱硫率的影响

熔融熔融过程中，熔渣的流动性对熔融过程起着决定性的作用。该渣体具有良好的流动性，对提高脱硫效率有很大的作用。在 LF熔炉中，萤石和铁矾土是调节熔渣流动性的主要耐火材料；添加萤石可以改善熔体的流动性，增加熔体的传质，但加入量太大，熔体易变得稀薄，不利于脱硫，易导致耐材腐蚀，从而导致（SiO2)+2 (CaF2)=2 (CaO)+ SiFa。SiFa是一种有害的有害气体，因此，要控制炉渣中的CaF2含量，最好是在5%以内。用耐火砖和石英砂调节炉渣的碱度，因上述物质中SiO2含量高，对炉渣碱度的改善是不利的。在渣中铁（O+ MnO)%>3%时，（A12O3）对脱硫效果有显著影响，且A12O3含量越高，脱硫性能越好。渣中（SiO2)+(Al2O3)+(CaF2）含量为30%-50%时，渣体具有较好的流动性

[2]。

三、LF快速脱硫工艺实践

（一）转炉出钢工艺控制

第一，采用挡渣法，可以降低高SiO2氧化型转炉渣流入钢液中。第二，将部分渣料的冶炼工作转移至转炉工艺，以降低 LF钢渣的负担。转炉出钢工艺中，采用了一种快速预制渣工艺，可以将转炉排出的钢水进行预制渣，从而为 LF的脱渣提供了有利的条件。

（二）LF精炼工艺控制

第一，对冶炼渣的组成进行控制。对当前熔炼的钢种进行了简单的归类，并按其种类建立了基本的进料体系。根据出钢下渣的状况，合理地安排进料的次序。根据转炉下渣的状态、渣渣的干燥程度，将计算好的造渣料一次添加到钢包中进行通电提纯。针对当前炼钢厂生产HRB400系列产品，通过合理的设计，使其脱硫效果得到改善，同时也能减少渣中（FeO)+（MnO）的含量，使废渣中[Fe]和[Mn]得到最大程度的回收；对高炉中段炉次的实际冶炼渣进行了统计和分析。精炼渣的碱性要求为2.1±0.2，其中（FeO)+（MnO）≥1.5%；炉渣中Al203的含量为10%~20%，钙的含量为3%。

第二，控制炉渣的组成。通过对熔渣中（SiO2)+(Al2O3)+(CaF2)+(CaF2）进行调节，以改善熔渣的流动性。

第三，对炼钢过程中的脱硫作用和对钢水的检验。测试了不同炉次的钢液组成。经测定钢中硫和氧的含量，发现终点 S含量符合规定，各炉次不超过0.040%, T [O]含量小于0.0035%，表明钢中杂质含量不高，符合钢种的质量标准。

四、取得的效果

第一，缩短了 LF的加工时间。通过对低硅铝镇静钢的无氟化、快速脱硫技术，可以显著地减少 LF的精炼时间，使其平均处理周期从38.92分钟减少到30.87分钟。利用该工艺前、后一个月的 S含量、搬出 S含量等资料进行统计，结果表明，该工艺的脱硫率和搬出 S含量均与该工艺前相同，可以满足连铸工艺的要求。若适当延长工艺时间，则仍有改善的余地。本方法适用于大部分 LF钢[3]。

第二，减少了 LF的功耗。LF生产线的加热速率在5℃/分钟左右。钢液温度降为1℃/min, LF炉每分钟消耗245 （kW. h）电力，0.55元/(kW. h)，钢液质量92 t/桶。LF的平均处理时间从38.92分钟减少到30.87分钟左右。这样， LF的功耗就会减少：（38.92-30.87）×1/5×245×0.55/92=2.36元/t。

第三，通过改善熔渣的流动性，对（SiO2)+(Al2O3)+(CaF2）进行调节，使其在30%-50%的范围内进行调节，使整个精炼时间不超过25分钟，使钢液[S]含量低于0.040%，完全符合连铸高拉速的生产需要。

第四，考虑到各个工序的搅拌功率对脱硫效果的影响，根据钢水混合功率的不同，建立了相应的控制模式。在搅拌、升温、脱硫、渣钢反应、去夹杂搅拌三个阶段，分别设置了搅拌、搅拌和脱硫、渣钢搅拌三个阶段的气流搅拌功率，以满足高拉速、快速生产的高效脱硫要求。

结语

本文针对 LF低硅铝镇静钢中铝矾土取代萤石而造成 LF处理时间较长的问题，进行了 LF无氟化快速脱硫技术的研究与应用。低硅铝镇静钢 LF的平均寿命从38.92分钟减少到30.87分钟， LF的耗电量减少2.36元/t。这种方法可以在大部分 LF钢中得到广泛的应用。

参考文献：

[1] 孔磊. LF快速脱硫工艺研究[J]. 科技资讯,2012(20):98-98.

[2] 梅雪辉,许海亮,刘磊,等. LF无氟化快速脱硫工艺研究与实践[J]. 鞍钢技术,2021(5):45-48.

[3] 赵圣功,王尖锐,李建平,等. 莱钢60t LF炉快速深脱硫工艺研究[J]. 宽厚板,2011,17(5):27-29.