LF精炼炉脱硫工艺制度的研究与优化

LF 精炼炉脱硫工艺制度的争论与优化随着科学技术的不断进展，对炼钢生产率、钢的本钱、钢的纯洁度以及使用性能等方面，都提出了越来越高的要求。这使传统的炼钢设备和炼钢丄艺难以满足需求。炉外精炼也称二次精炼或钢包冶金，将在常规炼钢炉中完成的精炼任务,U的。LF炉作为炉外LF炉处理可以提高纯洁度。LF炉的生产实际，对其工艺参数及操作制度进展了争论和优化。通过掌握转炉下渣量、LF炉快速造渣及加快脱硫反响LF炉生产工序及整个炼钢车间生产工序的高产、优质、低本钱。关键词：LF炉；脱硫；造渣1-1炉外精炼技术的进展⑴随着现代科学技术的进展和工农业对钢材质量要求的提高，钢厂普遍承受了炉外精炼工艺流程，它已成为现代炼钢丄艺中不行缺少的重要环节。山于这种技术可以提高炼钢设备的生产力量，改善钢材质量，降低能耗，削减耐材、能源和铁合金消耗，因此，炉外精炼技术己成为当今世界钢铁冶金进展的方向，对于炉外精炼技术存在的问题及进展方向有必要进展探讨。钢中的硫、磷、氢、氧、氮含量大大地影响了钢的性能，如抗拉强度、成型性、可焊性、抗腐蚀性和疲乏性能等。当钢中硫、磷之和低于6004%,且氢、氧、氮含量较低时，钢的性能会产生较大的变化，尤其是抗腐蚀性、低温脆性、可焊性和成型性会有儿倍其至儿十倍的提高，这比添加合金元素更有效。为此，作为冶炼高级优质钢的必要手段炉外精炼，必需有效地脱除朵质元素来提高钢的质量、改善钢的性能。我国钢铁工业在品种、质量、消耗、本钱及劳动生产率等方面与兴旺国家相比还很落W相对较高，即钢的纯洁度差，从而使钢材的性能不稳定。随着中国参加世界贸易组织，中国钢材己进入全球化序列。现在我们已糊涂感觉到危机感和竞争总识，因此，提高钢水在LF炉精炼工艺的必要条件⑵U*钢包精炼炉对钢液进展加热及复原精炼的最正确效果，必需考虑以下潜在不利条件：出钢带渣，钢包耐火材料选择，钢水与空气接触等。LF炉使用气体搅拌钢水，应尽可能削减初炼炉出钢带渣量。由于初炼炉炉FeO、$i6、PQ,MiiO等氧化物和氢，这些活性氧化物不稳定，在搅拌过程中与钢水混合，会导致回磷，此外还会增加钢中的氧活度，影响脱硫精炼效果。U前已开发出多种挡渣技术，可消退或把钢包内氧化渣降至最低，如挡渣帽、挡渣塞、滑动水口出钢、偏心炉底出钢(EBT)、气动挡渣等。1.X2钢包耐火材料钢包耐火材料含有不同量的$i6、FeOHz。当这些氧化物与脱氧后的钢水接触时，显得很不稳定，假设含量较大，就会造成类似初炼炉炉渣的有害作用。LF炉精炼［ll7O%AlxO.耐火砖砌筑,并且使用时应将其预热到1090C.以使精炼处理过程中钢水温度损失和结渣最($<0.002%)0承受碱性耐火材料，以避开造渣和加热侵蚀。LF炉精炼过程中向钢包参加特别配比的合成渣料，在电弧加热下熔化成液态渣，对钢液起到绝热、保温的日的及防止钢水的二次氧化。电弧加热过程电极四周空气中的水分子，氮气极易电离而进入钢液使气体含量增加，通过渣层掩盖钢液，可以有效地防止吸入气体。1.X4LP钢包耐火材料侵蚀〔幻AI2O3浓度高的低熔点渣对钢包侵蚀较大。山于电弧加热，钢包耐火材料侵M9O-C砖。削减钢包侵蚀的措施还有:1•制渣过热;2MgO析出的渣系;3•埋弧操作过程中防止闪弧造成的局部侵蚀;(CaOAhO^—SiOj)M0(6—渣量)，既抑制了对耐火材料的侵蚀，乂组成了低熔点的渣。这就使得高功率操作成为可能,同时渣线耐火材料被侵蚀的速度大幅度下降，提髙了包衬的使用寿命。埋弧加热特性LF4^C/mm以上的加热速度例。为了提高加热速度，除增大电力负荷外，造适于埋弧加热的渣也是必要的。LPLF济效益。埋弧精炼可以有两种方法:hU的。U的【4】。1.4LF 炉的精炼工艺及效果le4elLF®本精炼工艺的实现初炼炉氧化末期的钢水出钢时，要尽可能削减下渣量，以便最大限度减弱钢包顶渣的LF炉工位后，加复原渣料及脱氧剂，进展复原精炼，精炼末期可加合金调成分。钢液温度与成分能严格掌握。精炼时间结合进站钢水成分、温度以及初炼炉和连铸工序的周期要求而定。假设适当增加加热下的搅拌时间、渣量及搅拌功率，初炼炉出钢时尽可能做到除尽氧化渣，则可在精炼中进一步降低钢中的氧、硫含量，增加钢液的干净度。LF炉还可配置真空手段，精炼中加热与真空交替进展，可有效降低钢液中气体含量，在高碱度复原渣和复原性气氛下集中脱氧及强搅拌丄艺，可使钢中氧含量有很9LF炉的复原气氛掌握、电弧埋弧加热、吹氮搅拌、白渣精炼、造渣、成分和温度的微调等功能的不同组合,实施不同的精炼工艺，从而到达高效、优质、低耗的精炼效果。很多高级钢种的LF炉精炼需要结合真空系统(BIJLFV)VD,RH等真空精炼设备联合。t所示:1>4<2LF炉精炼效果LF炉具备以下冶金效果：h脱氧：Z脱硫；1去除夹朵；4•成分和温度调整掌握。卩«炼方法可到达的纯洁度如表(所示。表(u»粘炼方法可到达的纯洁度精炼方法LF

可到达的纯洁度/XK)【$] [O] [H] 10 1030LP处理的钢可到达很高的质量水平:50%,W0.6%的钢。假设处理时间充分,其至可到达硫含量^0.005%的水平。250%,大颗粒夹杂物儿乎全部能1O—30ppm,3•成分掌握精度高•可以生产出诸如[C]loot%、[Si]LO.02%、[Mil]1602帕等ffl4XF炉精炼对钢水成分的影响除能脱氧、脱硫等有利影响外，山于操作不当或工艺中的缺乏，往往简洁造成以下不利影响:(•增碳，山于石墨电极加热和造渣材料中含碳造成;九增氮，主要与电弧加热、吹«不当以及炉渣发泡不良造成钢液暴露有关;S3W氢，与渣脱氧、H20含量以及初始氢含量有关;4回磷，主要山于脱氧引起;5•铝、硅损失，山于脱氧反响，使铝、硅会有损失。2LF精炼炉脱硫的根本理论2-1硫在钢中的危害性及目前存在的问题22硫的危害硫是钢中常见的有害元素之一，对钢材性能有诸多不利影响。钢铁冶金中硫主要来自燃料和矿石，由于它对金属材料的危害，使脱硫任务成为冶金行业的首要任务。在生产中可以实行相应的措施脱除钢中的硫，到达生产和使用的要求。h热脆。即钢中含［5］；^0.08%时，在不加［Mu］的悄况下凝固时，在晶界产生低FeO-*Fe$〔940C〕,高浓度的氧加速了它的形成。其熔点远〔IISO^C左右〕，热加工时即在钢坯内液体处开裂。适宜的镭含量可防止M2夹杂物，轧锻后的硫化物夹朵被拉长，降52•疲乏断裂。钢材的疲乏断裂是由于在使用过程中钢材内部显微裂纹不断扩展的结果。在加工时，钢材内的非金属夹杂物周圉能产生此类裂纹。因此，在分析夹朵物对钢材疲乏性能的影响时，不易分清何种显微裂纹是主要的疲乏断裂的起因。依据统讣，在加工过程中，较脆而不易变形的夹杂物，比塑性夹杂物，对疲乏性能更为有害。很多硫化物在加工温度下，其至在钢材的工作温度下，都有高度的变形塑性，在钢与夹杂物的界面上并不发生裂纹，因此这些硫化物对疲乏性能并无有害影响。据报道：硅酸盐夹杂物中存在的硫化物相能削减硅酸盐夹杂物对疲乏陛能的有害影响。S•机械性能。硫化物夹杂对钢材机械性能的影响，除了与其数量、大小及分布有关外，还和其外形有关系。当钢材中存在着条状或片状的夹杂物的时候，钢材的横向ft影响。相反，假设能使钢中夹杂物的数量和大小都得以减小，那么上述机械性能也将得到改善。硫化物一般简洁在加工过程中变成长条或片喷粉冶炼过程不仅能削减硫在钢中的含量,从而也就是削减硫化物夹朵的数量和掌握其大U前，得到含硫量0.005%的钢己不是困难的事。在同样的含硫量或含硫化物夹朵量的悄况下，夹杂物的大小起着很大的作用，的基础争论是格外重要的。钢中不行能没有夹杂物，因此可以认为夹杂物是钢的不行避开能在肯定程度上影响夹杂物的性质、外形、大小和分布。近来在这方面的争论已给炼制高质量的钢供给了必要的依据，促进了炉外脱硫和炉外精炼脱硫等工艺的进展。例如，硫大聚合的过程。硫化物夹杂和铜基体之间的结合力很弱，微小的应变就会使界面上形成空提出相应的要求。4坑蚀现象。对钢的坑蚀机理还有争论，但坑蚀起源于硫化物等夹杂的事实是公认的。主要的问题是如何避开山于硫化物夹杂所引起的钢材坑蚀现象，为此就应当MM、Fe$型的夹杂物。在钢的焊接过程中，钢中的硫化镭夹朵能引起热撕裂。焊接钢材时，热影响区的温度上升，焊肉边缘处可到达熔化温度。在热影响区内冷却时，热影响区收缩，奥氏体晶界上的硫化镭夹朵就造成了显微裂纹。2U前存在的问题硫对钢材的危害是巨大的。因此，随着丄业和技术的进展，人们对钢材质量提出更高要求的时候，降低硫含量是一个重要的方面。无论是高寒地区石油管道、自然气管道、海O.OO5%o对于薄板坯连铸钢水，山于其高拉速，高冷却强度，为保证正常浇注，避开消灭裂纹，对硫含量0.008%LF脱硫速度10-20SOppm以下。靠进口，例如动车的轴承。而我们国家的一些小型或者中等的钢厂对硫的含量掌握的并不是太好。这得需要大国营企业的帮助。况且现在的钢铁企业竞争的特别剧烈，能够生产出来超低硫的钢种是每个钢铁企业所期望的。60tLP粘炼炉的精炼工艺进展改进后的结果。2比照悄况兀素[S][O][H][N]未改进询100*10**150*10**80*10**100*10**改进后75*10**100*10**65*10**80*10**［$］O］兀素[S][O][H][N]未改进询100*10**150*10**80*10**100*10**改进后75*10**100*10**65*10**80*10**20%。改进后的工艺将精炼用的预顶渣在转炉出钢位参加，通过肯定时间的软吹将加的料溶化，这样可以削减精炼的时间。在确定造好具有肯定碱度的口渣后加大氮气的压力，使钢一渣充分反映，钢液中的硫很快就被脱掉。这样既保证了钢液的质量，同时也降低了本钱。U前很多的钢厂已经釆用这种精炼工艺，而实际效果也比较明显。下面进一步分析如何脱硫。脱硫热力学分析2«2«1脱硫反响LP602%下已较简洁达到，随着用户对钢材质量要求的不断提高，深度脱硫已成为宽阔冶金工作者关注的问题【7i已公认的钢一渣间脱硫反响是根拯炉渣离子理论提出的以下反响式:[S]+(o2-)=(s2-)+[O]2平衡常数:a0*a,,二一[o]Ks= ^|S1*%2-安排系数:Ls侮=Ks4Q2-*fNo2.*To2-*ffs】[%s]a[s]oi*治也式中:冷一平衡常数;lu-硫安排系数;“[012・、52.—依次为钢中氧、钢中硫、渣中氧离子、离子活度;N——渣中氧离子摩尔分数;fjorf[S|、心・、3—依次为【0】、【$】、【O”】、〔$2町的活度系数;钢中氧浓度。常用硫容(C$)的概念来表示炉渣的脱硫力量。硫的安排比关系式为:

一窗3S]

I“x“ ••

(4)IgLs=935/1+1.357+IgC,+lgf,-lga_,I、」山式(3)、(4)武可以看出，提高硫容比和硫的活度系数，降低氧活度，有利于提高硫的安排比。脱硫的动力学分析动力学争论反响过程的脱硫速率和机理(即反响的中间历程)，找出提高或控

(5)制反响速率的途径。在化学反响中，过程是远离平衡的程度，阻力的倒数称为动力学常数或速率常数。打算反响速率的最根本因素有化学反响和传质两点。因冶金反响多在高温下进展，活化分子较多，因此，在大多数冶金反响中，反响速率的限制性环节是传质。LF炉合成精炼渣系的争论现状JCaO—CaFx渣系CaO-CaFx1500C下的硫容高60CaO—CaFz渣系中，CaOCaF?的主要作用是降低合成渣的熔化温度，提高炉渣流淌性，这样更有利于脱硫。CeiOjCaF.CaOfr量过高，流淌性差，炉渣熔化温度高,CaFz含量过高，碱度不够CaO/C«F26/48/2CaFx,一方面对炉衬的侵蚀较快，使炉龄缩短；另一方面乂对大气造成了污染，同时冶金过程中挥发的氟会危害操作工人的身体安康。冶炼超低硫钢用各种精炼渣系见表氛争论考争论方法渣系及渣量结果及主要结论4t争论考争论方法渣系及渣量结果及主要结论4t钢包CaO—AlaOjfllCaOCaFi-渣屋10[$3=8*10•—2ObgLorain”电炉、转炉出CdO—AbO,合成渣，渣呈n1=30—60%ts]钢5bg/t室兰厂⑺倒包+LF+X空石3BObg/t^R3[$]<8*1OM$]min=2*1O•脱气池田隆里实脸室CaO—AkOs—CaFi/CaO—CaFs5hg/t，C$]<2O*1O气《[9]>i(15bdtfllBOb9/tCaO-CaFz效果好柯树华5t柯树华5t201转炉73%右灰+15%萤石+12%n1=56%CIO]岀钢梅池一诚6OtLF炉CaO—AUOj—SiOi—CaFi炉i1*rR=2>3—2,7z[S]=2O*1O渣W：3—4%7%B<»O能显著提高渣系的硫容成国光试验室BaO—CaO-MgO—AbO>-$iOiM.BaOCaO-CaFxil有更强的脱硫力量市川浩转炉岀钢M>J5—20b9Shg/t,s=2O%,渣量为2Obg/tGaryWB68%CaO—-9%AlaO3—15%CaFa—[$]<2O*1O钢包耐火材料寿命明显降低钢包Cl418%AI有贺昭三25Ot钢包喷粉n1=80%.[$]min=3*lO•卯C«O—AbOd渣系也具有较强的脱硫力量，该渣系也被用来生产超低硫钢。E.TTurkdogan等人对熔融氧化物的硫容进展了争论，他们认为与硅酸盐相比，铝酸盐的脱硫速度和硫容更大。可见，釆用该渣系脱硫潜力很大。近年来,国内外钢厂从经济和环CaO-CaF^U前为止，的精炼CaO/AkOa/tJ1/1*j2/l之间,但该渣系的炉渣流淌性稍差，这需要在以后的工作中进一步争论、解决。CaO—AkOj—C«F2渣系就国内外应用的悄况来看，无氟渣存在流淌性不好的缺点，完全承受无氟渣CdO—AlHOj渣系的根底CaFx.CaO—AkOj—CaFa渣系，但在实际生产过程中，山于脱氧产物和精炼渣原料中都会不行避开的带入局部$iO2,CdO—AI2O3—SiOl—CaFi四元渣系。KMRichardson1550^C时的硫容2所示。测定结果说明，CaR对渣的硫含量影响很小，而主要取决于CaO/AkO*的大小。IglO62CaO/AkOaM肯定CaF?含量增加，呈一平滑抛物线，1<$CaO/AkOa值增加时，l9K$diCaO/CaF2><0.15后，脱硫效果才比较抱负。2lgKsCaFz含量变化曲线2可以看出，前人对超低硫钢技术进展了广泛探讨和争论，无论从试验室还是CaO-CaFi,C«o—AI2O3—SiOi—CaFi,CaO—AI2O3diCaO—CoFa渣系被广泛应CedPz10-40%不等，该渣系具有较强的脱硫能力，但CaFz含量对钢包耐火材料外表寿命有较大的影响，而且山于对环保要求的越来越严格，氟化物的污染越来越受到重视。UHUCaO-AliOaLF、UOD、UAD的精炼过程。此渣虽然脱硫效果较好，但发泡功能较差，不利于降低电4CaO—AHOM为基的低氟和无氟的精炼渣正在成为争论和应用的热点。3影响脱硫的因素3J炉渣对脱硫的影响3J.1炉渣化学成分对脱硫的影响为了获得最正确的精炼效果，要求精炼渣具备适宜的物理化学性质，而炉渣的成分是炉渣物理化学性质的打算性因素。精炼渣的碱度对精炼过程的脱氧脱硫有较大影响。精炼渣的碱度不能过大,如碱度R(CaO/$iO2)2为高碱度渣，高碱度渣适用于一般铝冷静钢精炼，在钢水脱硫等方面具有较好的效果。对于具有特别要求的钢种。CaO-SiO^MgO-AkOaRlaRV.OR,Lf下hdCciO禽量的提高，［$］CaO>6O%后，CaO含量提高能使脱硫效果降低。XAI2O3AbOj的行为进展了争论，U前•还没有获得全都的AHO*15%-4O%范围内，能取得较好的脱硫效果。但另外一些文献说明阳“］AbCh含量的增加，渣的粘度将增加，不利于脱硫。近年来，C«O-ALChAbO.对脱硫效果的影CaO—AbOjAbO?的行为至今未见文献报道。3XaF2CcdFz可显著降低精炼渣粘度，使炉渣流淌性改善，增加传质，有利于脱硫。但其量过大，不仅不利于脱氧，而且对炉衬侵蚀也较快。对发泡效果而言，其影响是两方面的一方面，的增加使外表张力降低，有利于炉渣发泡，但另一方面，使炉渣粘度降低，不利于发泡，不过在整个发泡过程中，张力起主导作用。因此，CeiFz的增加有利于炉渣发泡，但其缺点是稳定性较差，所以，在与CaOS5%-15%o3CciFz作为助熔剂具有显著的效果，可以明显的降低精炼渣中高熔点组分的熔化温度，这对于冶炼过LP炉的负担、增加冶炼强度、缩短冶炼周期是有利的。SOSCciFz的二元系相图SO4.MgOMgO主要来源于渣料和耐火材料，从热力学角度看，MqOcPfCaOoMgO对炉渣脱硫的影响，尚缺乏系MgO<1O%m,M9O>15%tl]\M.O会显著提高炉渣粘度，恶化脱硫的动力学条件，使炉渣脱硫力量下降。但文Mg的存在对于延长耐火材料的寿命是有益的，因此,炉外精炼过程中，M.O含量。乩渣中其它组元FeO.M2、P26等组元。(FeO+MnO)含量的多w(FeO+MiiO)对炉外精炼过程渣一钢间硫的2(FeO+MnO)含量的削减，促使与之平衡钢水氧活度降低，从而有利于脱硫反响的进展。目前，精炼终点一般将渣中的(FeOIMnO)2%65%以下。文献口°］ho£则渣中(FeOMnO)66%。LF炉固体合成精炼渣21%$iO2—55%CaO—IS^AhOj—8%MgO,W(FeO+MnO)<2«O%*40tLF钢包炉上进展生产试验。在这次的试验中，他们考虑了炉渣的氧化性对脱硫率的影响。(FeO+MnO)4。w(FeO+MnO)<XO%—X5%时，实际硫安排比随其含量降低而上升，儿乎呈线性增加。其缘由是渣(FeO+MnO)含量削减，促使钢中氧活度降低，从而使L$提奇。因此应尽量降低渣中FeOMnO含量，其最正确值为王展宏也在争论中指出【刃：作为复原尺度的渣(F电OIMiiO)的含量对硫的安排比成反比关系，即随着渣中(FeOiMnO)含量的提高，硫的安排比降低，对炉5。5渣中(FeO+MiiO)含量与硫安排比的关系3J.2炉渣物理性质对脱硫的影响炉渣的物理性质包括的内容较多，主要有密度.粘度、熔化温度.外表张力、电导等，但相对于脱硫而言，对其影响最大的主要是粘度和熔化温度。3.1.3炉渣粘度对脱硫的影响炉渣粘度是影响渣一钢界面脱硫反响的巫要因素，液相中的传质速率与熔渣的粘度成反比。在精炼脱硫过程中，假设炉渣粘度过大，则恶化了脱硫的动力学条件，造成脱硫困难。提奇炉渣的流淌性，可以减小乳化渣滴的平均直径，从而增大渣钢的接触面积，促进脱硫。粘度过小，炉渣向耐火材料的渗透力量增加，会造成耐火材料损耗增加，同时在精炼炉中也不利于实现炉渣埋弧操作。因此，要求炉渣粘度适中，具有肯定的流淌性。4炉渣熔化温度对脱硫的影响炉渣山大量的氧化物和少量的硫化物及其它化合物组成，有些化合物乂相互组合成更简单的化合物。因此炉渣没有固定的熔化温度，是从开头软化到熔化完了的温度范脱硫过程能否正常进展，往往和炉渣的熔化温度有关。在肯定的炉温下，炉渣的熔化温度越低，过热度越高，流淌性越好，渣一钢间