LF精煉爐高效脫硫工藝實踐

鐘 凱，王新亮，邢延奎，郭春強，王 磊

（山東鋼鐵集團永鋒淄博有限公司，山東 淄博256410）

1 前 言

隨著高效連鑄技術(shù)的發(fā)展對鋼水質(zhì)量要求的不斷提高，鋼包精煉爐顯得愈加重要。利用鋼包爐的加熱精煉還原等功能，可以解決煉鋼－連鑄間的許多問題，如降低出鋼溫度，提高轉(zhuǎn)爐冶煉技術(shù)指標，為連鑄提供溫度成分準確均勻的鋼水，協(xié)調(diào)煉鋼與連鑄節(jié)奏。LF爐鋼包精煉爐具有保持爐內(nèi)還原氣氛、氬氣攪拌、電極埋弧加熱和合成渣精煉等獨特的精煉功能，其中合成渣的精煉功能可以更好地完成脫硫、脫氧和去氣去夾雜的任務，達到對初煉鋼水進一步調(diào)質(zhì)的作用，而合成精煉渣的還原效果的好壞與造渣工藝有直接的關(guān)系。硫在通常情況下是有害元素。鋼材熱壓力加工時（1 150～1 200 ℃）產(chǎn)的硫化合物——FeS-Fe共晶體已經(jīng)熔化，導致鋼材晶間開裂，即產(chǎn)生熱脆性，降低鋼的延展性和韌性，在鍛造和軋制時造成裂紋。硫?qū)附有阅芤膊焕坏珜е潞缚p產(chǎn)生熱裂，而且在焊接過程中容易后成SO2氣體，使焊縫產(chǎn)生氣孔和疏松。還能降低鋼材耐腐蝕性。所以通常要求硫含量＜0.050%，優(yōu)質(zhì)鋼要求＜0.035%。如何通過精煉過程控制實現(xiàn)降低鋼水中的［S］，實現(xiàn)連鑄高拉速，達到鋼材對S含量的要求，需要進行精煉脫硫工藝技術(shù)研究。

山鋼永鋒淄博有限公司有兩座100 t LF爐精煉爐，電極直徑為Φ400 mm，鋼水升溫速度可達5 ℃/min，承擔著微調(diào)溫度和成分、穩(wěn)定生產(chǎn)節(jié)奏、脫氧、脫硫、去夾雜等生產(chǎn)任務。公司2018年10月份制定了以連鑄為中心的低鐵水比冶煉，鐵水比降低到760 kg/t 以下，連鑄機拉速達到3.0 m/min。為滿足低鐵水比冶煉條件下連鑄高拉速生產(chǎn)的要求，對于高硫鋼水精煉爐必須達到快速高效脫硫的效果。

2 提高LF爐脫硫工藝技術(shù)研究

2.1 出鋼過程含氧量及過程控制

出鋼過程脫硫與脫氧應做好鐵水溫度及成分的檢測環(huán)節(jié)控制，保證測溫取樣的準確性；轉(zhuǎn)爐冶煉控制對于入爐S在0.060%以上的鐵水，計算好熱平衡，確保拉炭溫度不低于1 660 ℃，終點C≥0.08%；當冶煉終點C＜0.08%時，加入500 kg 調(diào)渣劑調(diào)渣后，減少轉(zhuǎn)爐渣中的氧化性、稠化爐渣，減少放鋼過程中的下渣量；放鋼過程中全程吹氬，分階段控制吹氬流量250～400 L/min，加入合適的脫硫渣、脫氧劑，與鋼水充分混合，達到初步脫硫、脫氧的效果，降低了渣中的氧化性，為LF爐高效脫硫創(chuàng)造條件。

加入LF 爐硫含量對出LF 爐硫含量有較大影響，入LF爐硫含量越高，出LF爐時硫含量越高；入LF 爐溶解氧含量對最終鋼液中硫含量存在影響，降低鋼水中溶解氧含量，縮短精煉脫氧時間，降低精煉鋼水硫含量；隨著精煉渣堿度的提高，渣中的游離CaO 增加，爐渣脫硫能力增大，脫硫率上升。爐渣堿度達到5，爐渣脫硫效率達到85%以上，隨著爐渣堿度的增加，爐渣黏度逐漸增大，爐渣流動性變差，不利于脫硫反應的進行；爐渣堿度2.5 以上，渣中（FeO+MnO）≤0.5%，控制吹氬攪拌功率，鋼液中的溶解氧≤5×10-6，鋼液中的硫含量可控制在40×10-6左右，進一步脫硫需要增加爐渣堿度。溶解氧含量對最終鋼液中硫含量的關(guān)系見表1。爐渣堿度對脫硫效率的關(guān)系見表2。

表1 溶解氧含量對最終鋼液中硫含量的關(guān)系 %

表2 爐渣堿度對脫硫效率的關(guān)系 %

2.2 精煉爐渣溫度、氧化性、堿度、硫含量對脫硫影響

對于快節(jié)奏生產(chǎn)條件的精煉脫硫，當鋼水進入精煉后，需要快速提高鋼水溫度到1 570 ℃以上，為后續(xù)脫硫創(chuàng)造條件；當溫度升高以后，控制精煉過程中的氬氣量，開始造脫硫渣，降低爐渣氧化性，有利于脫硫；爐渣堿度R在2.2左右，渣中（FeO+MnO）對脫硫效率的關(guān)系見表3。隨著不穩(wěn)定氧化物的升高，脫硫率下降，當入LF爐時渣中的不穩(wěn)定氧化物＜1.5%，可保證出鋼脫硫效率在40%以上。

2.3 爐渣結(jié)構(gòu)對脫硫的影響

爐渣成分對脫硫的相互影響，爐渣中Al2O3含量較高時，要綜合考慮Al2O3含量對爐渣脫硫能力和對吸收Al2O3夾雜物的影響。在CaO-SiO2-Al2O3渣系中，當Al2O3含量＜30%時應增加渣中Al2O3的含量，可以降低渣的熔點，提高渣的流動性；但是渣中Al2O3含量高時對吸收Al2O3夾雜不利，渣系中Al2O3含量控制在20%～30%較好。（CaO）/（Al2O3·SiO2）對LS（渣間分批系數(shù)）影響的關(guān)系見表4。

表3 堿度為2.2時（FeO+MnO）對脫硫效率的關(guān)系 %

表4 （CaO）/（Al2O3·SiO2）對LS影響的關(guān)系

2.4 建立精煉工藝階段攪拌功率控制模型

精煉不同階段攪拌功率對脫硫率有很大的影響，精煉時間越長，鋼液與渣接觸的機會越多，越有利于脫硫；對于高硫鋼水，提高鋼水進精煉的溫度10 ℃；進精煉溫度控制≥1 560 ℃，減少升溫時間。先升溫到1 570 ℃以上再造堿性還原渣，爐渣堿度控制在2.0以上，逐步減少渣中（FeO+MnO）%≤1.5%以下。依據(jù)不同的鋼水量攪拌功率，建立精煉過程氣體流量攪拌功率控制模型，對加熱升溫攪拌階段、脫硫及渣鋼反應階段、去夾雜物弱攪拌階段，分別設定不同的吹氬攪拌功率參數(shù)。精煉過程氣體流量攪拌功率控制模型見表5（精煉噸位120 t）。

表5 精煉過程氣體流量攪拌功率控制模型

2.5 精煉渣流動性對脫硫率的影響

精煉爐渣的流動性是影響渣鋼間化學反應的重要因素。渣流動性好，有利于提高脫硫速度。目前LF爐精煉過程中調(diào)整渣流動性的耐火材料主要有螢石、鐵礬土等；螢石加入提高爐渣流動性，提高了硫的擴散能力，加入量過大，渣容易變稀，不易脫硫，易造成耐材侵蝕，發(fā)生如下反應：（SiO2）+2（CaF2）=2（CaO）+SiF4↑。SiF4是有毒氣體，對身體健康不利，所以要控制渣中CaF2量，一般控制在5%左右較理想。用耐火磚塊及石英砂調(diào)整爐渣堿度時，由于以上材料中含有較多的（SiO2），對提高爐渣堿度不利。渣中（FeO+MnO）%≤3%的條件下，渣中（Al2O3）對脫硫的影響較明顯，隨著渣中Al2O3的增加，脫硫能力上升。渣中的（SiO2）+（Al2O3）+（CaF2）在 30%～50% 時，渣流動性良好。渣中（Al2O3）含量%對脫硫效率的關(guān)系見表6。

表6 渣中（Al2O3）含量對脫硫效率的影響 %

3 精煉脫硫工藝實踐

3.1 精煉渣成分控制

對目前所冶煉的鋼種進行簡單分類，根據(jù)不同的類別制定一個基本的加料制度。根據(jù)出鋼下渣情況，對加料順序進行合理安排。轉(zhuǎn)爐下渣情況，渣子的干稀狀況，將計算準備好的造渣料一次性加入鋼包進行通電精煉。調(diào)整爐渣成分到設計爐渣成分范圍內(nèi)，LF精煉渣成分見表7。

表7 LF爐精煉渣成分

對于目前煉鋼廠主要生產(chǎn)HRB400 系列產(chǎn)品，合理設計精煉渣的脫硫成分，達到提高精煉脫硫效率，降低渣中（FeO）+（MnO）的含量，最大限度回收渣中［Fe］與［Mn］；精煉爐實際生產(chǎn)中部分爐次的精煉渣進行統(tǒng)計分析。由表8可以看出，精煉渣的堿度要求按照2.1±0.2 進行控制，渣中（FeO）+（MnO）≤1.5%；渣中Al2O3含量在10%～20%，CaF2含量控制在3%以內(nèi)。

3.2 爐渣成分控制

為了提高精煉渣的流動性，調(diào)整精煉渣渣中的（SiO2）+（Al2O3）+（CaF2）在30%～50%時，渣流動性良好。渣中（SiO2）+（Al2O3）+（CaF2）關(guān)系見表8。

3.3 精煉鋼水脫硫效果及鋼材檢測效果

對試驗各爐次的鋼液中成分進行檢測，檢測結(jié)果見表9。通過對鋼材中的硫與氧的檢測，終點S含量滿足要求，所有爐次均在0.040%以下，T［O］含量在0.003 5%以下，說明夾雜物含量較少，能夠滿足鋼種質(zhì)量要求。

表8 渣中（SiO2）+（Al2O3）+（CaF2）關(guān)系 %

表9 鋼液檢驗結(jié)果 %

4 實踐效果

1）提高精煉渣的流動性，調(diào)整精煉渣中的（SiO2）+（Al2O3）+（CaF2）在30%～50%控制范圍，總精煉時間控制在25 min 以內(nèi)，鋼水［S］脫除到0.040%以下，滿足了連鑄高拉速的生產(chǎn)要求。

2）確定了精煉脫硫的堿度要求按照2.1±0.2進行控制，渣中（FeO+MnO）≤1.5%；渣中Al2O3含量在10%～20%，CaF2含量控制在3%以內(nèi)。轉(zhuǎn)爐渣中的（MnO）由3%降低到0.50%以下；渣中（FeO）由5.25%降低到0.50%以下；回收了渣中的余［Mn］和［Fe］。

3）鑒于精煉各階段過程攪拌功率對脫硫效率的影響，依據(jù)不同的鋼水量攪拌功率建立控制模型。對加熱升溫階段攪拌、脫硫及渣鋼反應階段、去夾雜物攪拌階段，分別設定氣體流量攪拌功率控制參數(shù)，滿足高效脫硫高拉速快節(jié)奏生產(chǎn)的要求。

4）解決了高硫鋼水進精煉后，因為脫硫時間長，精煉過程增碳異常造成C成分超標問題。

5）降低了精煉過程電極消耗，節(jié)省了精煉電耗。減少了精煉過程中長時間通電對鋼包渣線的侵蝕，提高了鋼包渣線磚的壽命，鋼包包齡由原來的120爐提高到180爐以上。