炉外精炼脱硫反应临界氧含量问题的探讨

1、炉外精炼脱硫反应临界氧含量问题的探讨颜根发 高海潮（马鞍山钢铁股份有限公司）摘要：脱硫是炉外精炼的主要冶金操作之一。本文推导了两种碱土金属氧化物，炉外精炼脱硫反应临界氧含量（oC）的计算方程式。CaO脱硫时：；BaO脱硫时： 。根据脱硫反应式与oC的计算方程式，进一步讨论了：反应温度，钢液中S、O、C、Al、Si含量，炉渣(FeOMnO) 含量与碱度对脱硫率的影响。关键词：炉外精炼脱硫，临界氧含量，脱硫率。脱硫是炼钢的主要冶金操作之一。随着用户对钢质量要求的不断提高，特别是某些钢材，比如管线钢、压力容器钢、耐酸钢、耐低温钢等，均要求S，则脱硫就发生困难。炉外精炼脱硫的问题一直是人们长期探讨和争

2、论的焦点之一。1.脱S反应氧的临界值问题脱S反应氧的临界值与的大小和温度的高低有关，与温度越低，则越小。现将CaO脱硫与BaO脱硫的推导如下：1.1 CaO脱硫的1.1.1 CaO脱硫的/比值（CaO）=O+Ca 由k1可得 （1）（CaS）=S+Ca 由k2可得 （2）用式（1）减式（2）可得：（CaO）+S= （CaS）+O 由可得： ，移项后得： （3）1.1.2 关于的比值问题以马钢一钢轧总厂炼钢厂测得的29炉炉外精炼渣样的平均成分（%）为例：（CaO）56.67，（Al2O3）32.57，（MgO）4.92，（SiO2）3.84，（FeO）1.18，（MnO）0.47，（S）0.22

3、，（P2O5）0.010。（1）求根据上述炉渣成份：=1.00，=0.32，=0.07。=0.72，=0.23，=0.05。查CaO-Al2O3-SiO2三元系等值的相图可得，=1.0。（见图1）2图1 1600时CaO-Al2O3-SiO2三元系中等图（2）求根据上述炉渣成份：、同上，=0.12，=0.02，=0.01，=0.01。因为渣中（CaS）的浓度很低，（CaS）与（S）的摩尔分数相同，即=0.006。=0.76，根据与的关系图（见图2）2,求得=20。=0.12图2 1500时CaO-Al2O3-CaO熔体中CaS的活度系数（3）求=0.12/1.0=0.12。这与有关资料3，在1

4、550C炉外精炼脱硫时，其=0.100.17是一致的。1.1.3 求CaO脱硫的将=0.12代入式（3）后可得： 移项后可得（见图3，表1） （4）表1 CaO脱硫的临界氧含量钢液硫含量S /%0.0050.010.0150.020.030.04温度/1500132639527810415501632496597129160020405979119158165024487296144191图3 CaO脱硫与和温度的关系1.2 BaO脱硫反应的（BaO）=O+ Ba 由k5可得 (5)（BaS）=S+ Ba 由k6可得 （6）由式（5）减式（6）可得：（BaO）+S =（BaS）+O 由可得 ，

5、移项后得： （7）关于的数值，由于资料有限，没有办法用上述方法推导。因此必须走另一途径。根据图44，查得1550C时BaS-BaO平衡的，代入式（7）可求得=0.27。在炉渣成分一定的情况下，是一个常数，由此可得（见图3） （8）图4 BaO-BaS平衡钢液中2脱硫率（）影响因素的讨论可以用临界氧含量(见式(4)与式(8)的高低来讨论脱硫率的变化。当钢液实际时，发生钢液回硫反应，0；当钢液实际0。并且钢液实际越低，=-越大，则脱硫率越高。也即当钢液实际时，对一定的钢液，越高就越大，就越高。2.1 不同脱硫剂对脱硫率的影响用BaO脱硫的比用CaO脱硫的高（见图3）。因此不仅BaO的脱硫率的比Ca

6、O的高，甚至在钢液中实际高于CaO脱硫的，而低于BaO脱硫的时，CaO脱硫困难，而BaO能较好地脱硫。2.2 不同温度对脱硫率的影响随温度升高而提高（见图3），因此高温对提高钢液脱硫有利。2.3 不同对脱硫率的影响2.3.1 钢液初始S含量高，在相同的 情况下，也高。而初始高，则相应的就高（见图3），脱硫率相对较高，因此极低硫钢液脱硫相对困难。2.3.2 钢液中C、Si、Al等能提高（见图55），所以钢液中C、Si、Al含量高，则相应就高，对脱硫有利。因此极低碳钢使降低，另外真空吹氧脱碳，钢中又较高，导致脱硫困难。 a b图5 钢液第三组元E对和的影响2.4 不同钢液实际对脱硫率的影响根据上述

7、可见，在一定的情况下，钢液实际越低。越大，则相应脱硫率越高。“弱脱氧”钢液因较高，相对脱硫就比较困难。2.4.1 钢液O越低，在相同的情况下，也越低，脱硫率相对较高。为了降低，除了对钢液进行充分脱氧以外，炉渣（FeO+MnO）含量对O有直接影响，炉渣（FeO+MnO）含量越低，则相应O就越低，从而脱硫率相对提高（见图66）图6 炉渣(FeO+MnO)与的关系2.4.2 钢液中C、Si、S、Al等能减低（见图5），因此钢液中C、Si、S、Al含量高，就越低，对脱硫有利。2.5 炉渣碱度对脱硫率的影响提高炉渣碱度，也即提高了。另外提高碱度，则炉渣相应降低，(见图75)。根据脱硫反应的式（3）或式（

8、7）可见，上述双重因素的影响，有利于脱硫反应的进行，从而使提高。图7 CaS活度与炉渣碱度Bx关系3 结论（1）CaO或BaO脱硫的钢液实际氧含量()小于其临界氧含量()时，脱硫能顺利进行。CaO脱硫：BaO脱硫：（2）BaO脱硫不仅其脱硫率高于CaO的，甚至在钢液实际氧含量，高于CaO脱硫的，而低于BaO脱硫的时，CaO脱硫困难，而BaO能较好地脱硫。（3）温度提高，相应提高，从而使脱硫率提高。（4）随提高则相应提高，有利于脱硫反应的进行。一切有利于提高的因素，都对脱硫有利。比如，初始钢液硫含量S较高；钢液中能提高的元素，C、Si、Al等元素含量较高等。（5）实际钢液越低，脱硫率越高。一切有利于降低的因素，都能提高脱硫率。比如：对钢液进行充分脱氧；对炉渣进行调质处理，降低（FeO+MnO）含量；钢液中能降低的C、Si、S、Al元素含量较高等。（6）炉渣碱度提高，不仅能提高，另外能降低，这两重因素能使提高。参考文献1.曲英，万天骥，等译.物理化学和炼钢M.北京：冶金工业出版社，1984,8:226.2.德国钢铁工程师协会.渣相图M.北京：冶金工业出版社.1989.2:152-157.3.知水.炉外精炼M.北京：北京大学出版社，1993.4.4.F奥特斯.钢包冶金原