LF爐渣循環利用脫硫效果試驗研究

陳登國

(新余鋼鐵集團有限公司，江西 新余 338001)

0 前言

生產過程中，LF爐精煉后的鋼渣具有自由CaO含量大、堿度高和還原性高的特點，回收LF爐熱態余渣用于脫硫，渣中硫含量會有所升高，說明LF爐精煉后的熱態鋼渣硫含量仍可提高，仍具有一定硫容量。本文以新鋼公司煉鋼廠的LF爐精煉渣為研究對象，對LF熱態精煉渣的循環再利用進行研究分析。

1 LF精煉脫硫熱力學分析

CaO基爐渣對鋼水進行脫硫，其脫硫反應可以用下述表示：

式中 α[O]與 α[S]分別表示鋼水中[O]和[S]的活度；αCaS與 αCaO分別表示熔渣中CaO和CaS的活度。

反映熔渣脫硫能力可用熔渣硫容量和硫分配比表示：熔渣硫容量定義式可以由氣-渣反應平衡導出。在精煉過程中，渣與氣相間的反應平衡可以用式(3)表示。

硫容量值可由Fincham和Richardson給出定義，如式(4)所示

根據Duffy和Ingram定義的熔渣光學堿度與硫容量之間的函數關系及Young等人[1]的模型，當熔渣光學堿度∧＜0.8時：

當熔渣光學堿度∧≥0.8時：

其中熔渣的光學堿度可以定義為：

在式(8)中，X為等價分數，可用四元渣系中各組元的摩爾分數N計算。

硫分配比由渣與氣相間的反應平衡和渣與鋼水之間的平衡反應合并而得：

2 試驗過程及結果分析

試驗分兩部分6組共18爐次的熱態渣循環利用，每組第1爐未加入返回渣，第2爐次作熱態渣料返回1次，第3爐作渣料作第2次返回利用，每爐次記錄鋼水中LF精煉進站與出站的[S]值，并取LF精煉終渣樣作成分分析。對上述數據進行脫硫率隨循環次數分析以及通過熔渣硫容量CS和硫分配比LS計算，得出熱態循環渣對鋼水中脫硫效果的綜合判斷。

2.1 熱態循環渣脫硫率

第一部分組A和組B在試驗過程中熱態返回渣未添加石灰，但A2、A3、B2、B3爐次出站鋼水溫度達到1600℃；第二部分組C至組E試驗過程中添加石灰，計算得出如表1所示其熱態渣返回循環利用后的脫硫率ηS。

表1 熱態精煉渣循環利用過程中的石灰添加量以及返回渣脫硫率ηS關系

從表1可知，組A和組B的熱態精煉渣在循環過程中沒有添加石灰的出站鋼水的[S]含量最低可達到0.003%。為返回渣中未加入石灰時脫硫率ηS在79%～88%之間，組E中E3爐次返回渣中添加石灰量最大達到4.3kg/t，脫硫率ηS也有最大值93%，返回渣添加石灰后平均脫硫率ηS為81%，其中出站鋼水[S]含量最低可降到0.002%。通過對比發現進站鋼水[S]含量都為0.027%的條件下，加入石灰的量分別為 2kg/t、3.4kg/t、4.3kg/t，脫硫率分別為 74%、85%、93%，由此可見，在進站鋼水S含量相同的情況下，脫硫率隨加入石灰量的增加而增加。

通過對精煉終渣樣成分分析得出，返回渣中(S)含量的變化，各爐次的終渣成分見表2所示。

表2 終點爐渣化學成分變化

表2中可發現，對于組A至組D中隨著爐渣返回次數增加，爐渣中 (s),%含量也在逐漸提高。組E和組F中爐渣也保持著較高的S含量。

2.2 硫容量對熱態渣脫硫能力的判斷

硫容量是鋼鐵冶金理論分析常用的一個概念，采用光學堿度和硫容量結合可以較好的反映爐渣組成和爐渣脫硫能力之間的關系。下圖1表示的是各組熱態渣循環過程中渣中硫容量CS的變化情況。

圖1 循環過程中CS的變化

由表1和圖1中發現，在循環過程中,不添加石灰但需鋼水出站溫度達到1600℃時，其硫容量CS最低為0.038,出站鋼水[S]含量平均為0.0035%，平均脫硫率可達到84%以上。可見，對于不添加石灰的熱態渣，在循環過程中硫容量CS≥0.038時，仍可繼續循環使用。

熱態渣循環過程中添加 2～4.3kg/t的石灰， 硫容量 CS≥0.017時，脫硫率最低為 61%；CS在0.02～0.037范圍內脫硫率平均達到 80%以上。可見，硫容量CS在0.02～0.037之間的熔渣，通過補加一定量的石灰仍可具有較高的脫硫能力。

2.3 硫分配比對熱態渣脫硫能力的判斷

由鋼水脫硫反應式[FeS+(CaO)=(CaS)+[FeO],鋼渣脫硫能力用分配系 LS表示：LS=(S)/[S]

利用爐渣中(S)含量、LF爐出鋼鋼水中[S]含量，計算得到的各爐鋼渣硫分配系數，其各組熱態渣循環過程中渣鋼間硫分配比變化如圖2所示。

圖2 循環過程中LS的變化

在添加石灰條件下，熱態渣循環過程中，組C、D中的LS逐漸升高；組E中的LS先升高后降低；組6中的LS先降低后升高。通過循環過程中LS和脫硫率ηS隨循環次數變化的對比發現，加入石灰量在2kg/t～4kg/t時，硫分配比LS在170～420范圍內，可獲得脫硫率在70%～93%之間，平均脫硫率為84%。

在不添加石灰條件下，組A中的LS逐漸降低；組B中的LS先升高后降低。通過循環過程中LS和脫硫率ηS隨循環次數變化的對比發現，LS在230～403范圍內，脫硫率為79%～88%，平均脫硫率為84%。與添加石灰條件下相比，組A和組B出鋼溫度1600℃時熱態渣循環可獲得更高的LS。

3 結論

通過對熱態渣返回利用脫硫效果試驗，可以得到如下結論：

(1)熱態循環渣返回利用可以保持較高的脫硫率；

(2)未添加石灰條件下，提高了出鋼溫度，熱態精煉渣硫容量CS≥0.038，LS在 230～403 范圍內，脫硫率為 79%以上；

(3)加入石灰量在 2kg/t～4kg/t時，熔渣硫容量 CS在 0.02～0.037之間、硫分配比LS在170～420范圍內，脫硫率在70%以上。

[1]陳松林，呂延春.硫分配比在 LF 精煉渣成分優化中的應用[J].煉鋼，2009，25(3):37-41.

[2]Chatterji S.Mechanism of concrete due to the presence of dead-burnt CaO and MgO[J].Cement and Concrete Research,1995,25(1):51-56.