包鋼260 t LF精煉爐深脫硫技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用

徐少華，李志成，王進(jìn)財(cái)，王與帥

（包鋼稀土鋼板材廠，內(nèi)蒙古 包頭 014010）

超低硫鋼管線鋼是指w[S]≤0.0015%[1-2]的鋼。現(xiàn)階段應(yīng)用LD+LF工藝流程，批量生產(chǎn)w[S]≤0.001 5%超低硫管線鋼現(xiàn)階段仍存在一定技術(shù)難度，因此研究管線鋼精煉深脫工藝具有重要的實(shí)用價(jià)值。

1 脫硫原理分析及現(xiàn)狀

1.1 脫硫原理分析

采用LF爐進(jìn)行鋼液深脫硫，LF爐具有良好的脫硫熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件[3-4]從熱力學(xué)角度分析，鋼液脫硫的原理為：

式中：T為鋼液溫度；aCaS為渣中CaS的活度；aAl2O3為渣中Al2O3的活度；aCaO為渣中CaO的活度；aAl為鋼中Al的活度；aS為鋼中S的活度。

渣中CaS和鋼中S的活度分別用活度系數(shù)和質(zhì)量分?jǐn)?shù)來表示：

將（3）式代入（2）式，整理后可得渣鋼間硫的分配比LS：

由上述方程可得提高堿度、降低渣中O含量可有效增大硫在渣鋼中的分配比，提精煉渣S容量，LF精煉脫硫的最佳熱力學(xué)：提高精煉渣堿度，降低精煉渣氧化性，降低鋼水氧化性。

從動(dòng)力學(xué)角度分析，如果鋼液中的硫含量較低時(shí)，脫硫反應(yīng)的限制性環(huán)節(jié)為鋼液中的硫向鋼-渣界面的傳質(zhì)過程，因此，加強(qiáng)氬氣攪拌可以增加硫向鋼－渣反應(yīng)界面?zhèn)髻|(zhì)的速度，有利于提高脫硫反應(yīng)速率。

1.2 現(xiàn)脫硫工藝存在問題

在現(xiàn)有工藝條件下冶煉此類鋼種的主要問題：

1）在現(xiàn)有工藝條件下如果要達(dá)到目標(biāo)硫含量要求，要加造高堿精煉渣，但堿度過大會(huì)導(dǎo)致渣的流動(dòng)性差影響鋼渣脫硫效果，需要確定最佳脫S堿度。

2）在現(xiàn)有的脫氧工藝下，鋁質(zhì)作為脫氧劑脫氧效果較好但成本較高，需要確定最佳脫氧工藝。

3）氬氣攪拌攪拌強(qiáng)度過大，精煉后期會(huì)出現(xiàn)回硫的現(xiàn)象。

2 LF精煉脫硫?qū)嶒?yàn)與分析

2.1 堿度對(duì)脫S效率的影響

根據(jù)脫硫基本理論，爐渣堿度越高，脫硫能力越強(qiáng)。但是LF過程爐渣堿度過高，渣中CaO等高熔點(diǎn)物質(zhì)析出，其爐渣黏度也會(huì)增大鋼渣熔化性能不好，反而會(huì)影響脫硫效果[5］。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)取樣分析數(shù)據(jù)，繪制鋼包渣堿度與渣－鋼間硫分配系數(shù)LS的關(guān)系如圖1所示。

圖1 鋼包渣堿度與硫分配系數(shù)的關(guān)系

由圖1可得硫分配系數(shù)隨堿度的增加而增加，而當(dāng)堿度超過10時(shí)，精煉渣的脫硫能力開始下降，堿度為6～8時(shí)脫S效果最佳，但渣量過大會(huì)使?fàn)t渣過厚，影響鋼渣間的反應(yīng)。因此實(shí)際生產(chǎn)時(shí)將爐渣中w[CaO]控制在60%~70%以保證鋼渣充分反應(yīng)，可獲得最佳脫硫效果。

2.2 精煉渣氧化性對(duì)脫S效率的影響

根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)取樣分析數(shù)據(jù)，繪制精煉渣中w（FeO+MnO）與硫分配比關(guān)系如圖2所示，當(dāng)鋼包渣中w（FeO＋MnO）下降至1%以下時(shí)，渣鋼間硫分配系數(shù)隨著渣中w（FeO+MnO）的降低明顯提高，氧含量越低脫硫效果越好，在下降至0.5%以下后變化開始變換。由上述分析可得w（FeO＋MnO）含量在0.5%時(shí)可在確保精煉渣脫S能力的同時(shí)，降低精煉渣脫S成本。

圖2 渣中w（FeO+MnO）與硫分配系數(shù)LS的關(guān)系

2.3 LF過程吹氬操作對(duì)脫S效率的影響

在精煉過程中，鋼水始終處于吹氬攪拌狀態(tài)，促進(jìn)鋼－渣界面反應(yīng)，加快脫氧、脫硫反應(yīng)的進(jìn)行。吹氬攪拌可使非金屬夾雜物相互碰撞、聚集，逐漸轉(zhuǎn)變成大顆粒，便于上浮去除。吹氬還可以加速鋼中成分和溫度的均勻，便于精確控制鋼水成分、溫度。筆者根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)對(duì)LF底吹工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后成品S含量明顯下降具體情況如表1所示，優(yōu)化后工藝如圖3所示。

表1 氬氣工藝調(diào)節(jié)前后成品w（S）情況對(duì)比

圖3 LF爐處理過程氬氣調(diào)節(jié)圖

3 結(jié)論

1）LF精煉渣堿度為5.5～7.5時(shí)，具有高效深脫硫效果。

2）精煉渣脫S能力隨w（FeO＋MnO）的降低而增加，w（FeO＋MnO）=0.5%時(shí)為最佳配比。

3）分段吹氬方案，可有效防止精煉后期回S。