LF精煉爐脫硫工藝制的研究與優(yōu)化

1、 LF精煉爐脫硫工藝制度的研究與優(yōu)化隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，對煉鋼生產(chǎn)率、鋼的成本、鋼的純凈度以及使用性能等方面，都提出了越來越高的要求。這使傳統(tǒng)的煉鋼設(shè)備和煉鋼工藝難以滿足需求。爐外精煉也稱二次精煉或鋼包冶金，將在常規(guī)煉鋼爐中完成的精煉任務(wù)，部分或全部地移到鋼包或其它容器中進行，達到提高鋼質(zhì)量的目的。LF爐作為爐外精煉設(shè)備的一種，具有優(yōu)異的綜合性能，鋼液經(jīng)過LF爐處理可以提高純凈度。本文在分析研究脫硫的熱力學和動力學基礎(chǔ)上，結(jié)合LF爐的生產(chǎn)實際，對其工藝參數(shù)及操作制度進行了研究和優(yōu)化。通過控制轉(zhuǎn)爐下渣量、LF爐快速造渣及加快脫硫反應(yīng)速率等措施，可以實現(xiàn)LF爐生產(chǎn)工序及整個煉鋼車間生產(chǎn)工序的高

2、產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低成本。關(guān)鍵詞: LF爐；脫硫；造渣1.1 爐外精煉技術(shù)的發(fā)展1隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展和工農(nóng)業(yè)對鋼材質(zhì)量要求的提高，鋼廠普遍采用了爐外精煉工藝流程，它已成為現(xiàn)代煉鋼工藝中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。由于這種技術(shù)可以提高煉鋼設(shè)備的生產(chǎn)能力，改善鋼材質(zhì)量，降低能耗，減少耐材、能源和鐵合金消耗，因此，爐外精煉技術(shù)己成為當今世界鋼鐵冶金發(fā)展的方向，對于爐外精煉技術(shù)存在的問題及發(fā)展方向有必要進行探討。鋼中的硫、磷、氫、氧、氮含量大大地影響了鋼的性能，如抗拉強度、成型性、可焊性、抗腐蝕性和疲勞性能等。當鋼中硫、磷之和低于0.004%，且氫、氧、氮含量較低時，鋼的性能會產(chǎn)生較大的變化，尤其是抗腐蝕性、低溫

3、脆性、可焊性和成型性會有幾倍甚至幾十倍的提高，這比添加合金元素更有效。為此，作為冶煉高級優(yōu)質(zhì)鋼的必要手段爐外精煉，必須有效地脫除雜質(zhì)元素來提高鋼的質(zhì)量、改善鋼的性能。我國鋼鐵工業(yè)在品種、質(zhì)量、消耗、成本及勞動生產(chǎn)率等方面與發(fā)達國家相比還很落后，主要表現(xiàn)在鋼的化學成分波動范圍大，硫、磷等有害元素和氣體、非金屬夾雜物含量相對較高，即鋼的純凈度差，從而使鋼材的性能不穩(wěn)定。隨著中國加入世界貿(mào)易組織，中國鋼材己進入全球化序列?，F(xiàn)在我們已清醒感覺到危機感和競爭意識，因此，提高鋼水在線精煉率，采用適合我國國情的精煉設(shè)備并吸取發(fā)達國家成功的經(jīng)驗，選擇那些對降低成本、提高質(zhì)量有突出作用的關(guān)鍵技術(shù)，用以發(fā)展和提高

4、我國爐外精煉技術(shù)已成為當務(wù)之急。1.2 實施LF爐精煉工藝的必要條件2為了獲得LF鋼包精煉爐對鋼液進行加熱及還原精煉的最佳效果，必須考慮下列潛在不利條件：出鋼帶渣，鋼包耐火材料選擇，鋼水與空氣接觸等。 無渣出鋼LF爐使用氣體攪拌鋼水，應(yīng)盡可能減少初煉爐出鋼帶渣量。因為初煉爐爐渣含有FeO、Si02、P205和MnO等氧化物和氫，這些活性氧化物不穩(wěn)定，在攪拌過程中與鋼水混合，會導(dǎo)致回磷，此外還會增加鋼中的氧活度，影響脫硫精煉效果。目前已開發(fā)出多種擋渣技術(shù)，可消除或把鋼包內(nèi)氧化渣降至最低，如擋渣帽、擋渣塞、滑動水口出鋼、偏心爐底出鋼(EBT)、氣動擋渣等。 鋼包耐火材料鋼包耐火材料含有不同量的Si

5、02、FeO、堿金屬和H2。當這些氧化物與脫氧后的鋼水接觸時，顯得很不穩(wěn)定，如果含量較大，就會造成類似初煉爐爐渣的有害作用。LF爐精煉工藝要達到最佳效果，包襯至少應(yīng)由70%A1203耐火磚砌筑，并且使用時應(yīng)將其預(yù)熱到1090，以使精煉處理過程中鋼水溫度損失和結(jié)渣最少，當精煉超低硫鋼(S<0.002%)和超純凈鋼時，應(yīng)使用白云石或堿性包襯，至少渣線應(yīng)該采用堿性耐火材料，以避免造渣和加熱侵蝕。 隔絕空氣LF爐精煉過程中向鋼包加入特殊配比的合成渣料，在電弧加熱下熔化成液態(tài)渣，對鋼液起到絕熱、保溫的目的及防止鋼水的二次氧化。電弧加熱過程電極周圍空氣中的水分子，氮氣極易電離而進入鋼液使氣體含量增加

6、，通過渣層覆蓋鋼液，可以有效地防止吸入氣體。 LF鋼包耐火材料侵蝕4濃度高的低熔點渣對鋼包侵蝕較大。由于電弧加熱，鋼包耐火材料侵蝕增加，渣線部位必須使用MgOC磚。減少鋼包侵蝕的措施還有：1.制渣過熱；2.使用抑制MgO析出的渣系；3.埋弧操作過程中防止閃弧造成的局部侵蝕；為了實現(xiàn)1、3點，在供電負荷及適當氣體攪拌的同時，渣的低熔點化，低粘性化是必要的。但低熔點，低粘性的渣通常被認為是加劇耐火材料侵蝕的。所以，在一般使用的渣系(CaO一Si02)中加入一定量的MgO(610%渣量)，既抑制了對耐火材料的侵蝕，又組成了低熔點的渣。這就使得高功率操作成為可能，同時渣線耐火材料被侵蝕的速度大幅度下降

7、，提高了包襯的使用壽命。1.3 埋弧加熱特性在連鑄生產(chǎn)中，由于鋼包具有加熱功能，在煉鋼爐與連鑄機之間充當了緩沖器，所以提高了生產(chǎn)率。為了提高LF爐的加熱效率，保護鋼包和包襯耐火材料，采用埋弧加熱方式，加熱速度隨著時間的增加而增加。使用低熔點、高流動性的渣，可以得到4/min以上的加熱速度例。為了提高加熱速度，除增大電力負荷外，造適于埋弧加熱的渣也是必要的。埋弧渣屬于LF的配套技術(shù)，可以顯著改善LF精煉的技術(shù)經(jīng)濟指標，給企業(yè)帶來較大的經(jīng)濟效益。埋弧精煉可以有兩種方法：1.增加渣量，提高渣厚達到埋弧精煉的目的。2.通過加入發(fā)泡劑，使基礎(chǔ)渣體積膨脹，厚度增加，達到埋弧精煉的目的4。1.4 LF爐的精

8、煉工藝及效果 LF基本精煉工藝的實現(xiàn)初煉爐氧化末期的鋼水出鋼時，要盡可能減少下渣量，以便最大限度減弱鋼包頂渣的氧化性。至LF爐工位后，加還原渣料及脫氧劑，進行還原精煉，精煉末期可加合金調(diào)成分。鋼液溫度與成分能嚴格控制。精煉時間結(jié)合進站鋼水成分、溫度以及初煉爐和連鑄工序的周期要求而定。若適當增加加熱下的攪拌時間、渣量及攪拌功率，初煉爐出鋼時盡可能做到除盡氧化渣，則可在精煉中進一步降低鋼中的氧、硫含量，增加鋼液的潔凈度。LF爐還可配置真空手段，精煉中加熱與真空交替進行，可有效降低鋼液中氣體含量，在高堿度還原渣和還原性氣氛下擴散脫氧及強攪拌工藝，可使鋼中氧含量有很大程度的降低，甚至可生產(chǎn)冶煉時不能采

9、用任何金屬脫氧劑的鋼種，如發(fā)電機轉(zhuǎn)子用的鑄件等。不同的鋼種，可以充分運用LF爐的還原氣氛控制、電弧埋弧加熱、吹氬攪拌、白渣精煉、造渣、成分和溫度的微調(diào)等功能的不同組合，實施不同的精煉工藝，從而達到高效、優(yōu)質(zhì)、低耗的精煉效果。許多高級鋼種的LF爐精煉需要結(jié)合真空系統(tǒng)(即LFv)或者和VD，RH等真空精煉設(shè)備聯(lián)合?；竟に嚾鐖D1 所示： LF爐精煉效果LF爐具備以下冶金效果：1.脫氧：2.脫硫；3.去除夾雜；4.成分和溫度調(diào)整控制。LF精煉方法可達到的純潔度如表1 所示。表1 LF精煉方法可達到的純潔度精煉方法可達到的純凈度/×106SOHNLF1010301.52.51.5經(jīng)過LF處理

10、的鋼可達到很高的質(zhì)量水平:1.脫硫率可達50%，可生產(chǎn)出硫含量0.01%的鋼。如果處理時間充分，甚至可達到硫含量0.005%的水平。2.可生產(chǎn)高純度鋼，鋼中夾雜物總量可降低50%，大顆粒夾雜物幾乎全部能去除；鋼中含氧量可達到1030ppm，3.成分控制精度高,可以生產(chǎn)出諸如C士0.01%、Si士O.02%、Mn土0.02%等元素含量范圍很窄的鋼。4.LF爐精煉對鋼水成分的影響除能脫氧、脫硫等有利影響外，由于操作不當或工藝中的不足，往往容易造成以下不利影響：1.增碳，由于石墨電極加熱和造渣材料中含碳造成；2.增氮，主要與電弧加熱、吹氬不當以及爐渣發(fā)泡不良造成鋼液裸露有關(guān)；3.增氫，與渣脫氧、H2

11、0含量以及初始氫含量有關(guān)；4.回磷，主要由于脫氧引起；5.鋁、硅損失，由于脫氧反應(yīng)，使鋁、硅會有損失。2 LF精煉爐脫硫的基本理論2.1 硫在鋼中的危害性及目前存在的問題 硫的危害硫是鋼中常見的有害元素之一，對鋼材性能有諸多不利影響。鋼鐵冶金中硫主要來自燃料和礦石，由于它對金屬材料的危害，使脫硫任務(wù)成為冶金行業(yè)的首要任務(wù)。在生產(chǎn)中可以采取相應(yīng)的措施脫除鋼中的硫，達到生產(chǎn)和使用的要求。1.熱脆。即鋼中含S0.08%時，在不加Mn的情況下凝固時，在晶界產(chǎn)生低熔點的共晶化合物FeOFeS(熔點為940)，高濃度的氧加速了它的形成。其熔點遠低于軋、鍛溫度(1150左右)，熱加工時即在鋼坯內(nèi)液體處開裂。

12、合適的錳含量可防止這一現(xiàn)象的發(fā)生。但過高的硫會產(chǎn)生過多的MnS夾雜物，軋鍛后的硫化物夾雜被拉長，降低鋼的強度。使鋼的磨損增大，明顯的降低鋼的橫向機械性能，降低鋼的深沖壓性能5。2.疲勞斷裂。鋼材的疲勞斷裂是由于在使用過程中鋼材內(nèi)部顯微裂紋不斷擴展的結(jié)果。在加工時，鋼材內(nèi)的非金屬夾雜物周圍能產(chǎn)生此類裂紋。因此，在分析夾雜物對鋼材疲勞性能的影響時，不易分清何種顯微裂紋是主要的疲勞斷裂的起因。根據(jù)統(tǒng)計，在加工過程中，較脆而不易變形的夾雜物，比塑性夾雜物，對疲勞性能更為有害。很多硫化物在加工溫度下，甚至在鋼材的工作溫度下，都有高度的變形塑性，在鋼與夾雜物的界面上并不發(fā)生裂紋，因此這些硫化物對疲勞性能并

13、無有害影響。據(jù)報道：硅酸鹽夾雜物中存在的硫化物相能減少硅酸鹽夾雜物對疲勞陛能的有害影響。3.機械性能。硫化物夾雜對鋼材機械性能的影響，除了與其數(shù)量、大小及分布有關(guān)外，還和其形狀有關(guān)系。當鋼材中存在著條狀或片狀的夾雜物的時候，鋼材的橫向拉伸性能和沖擊性能一定會受到不良影響。相反，如果能使鋼中夾雜物的數(shù)量和大小都得以減小，那么上述機械性能也將得到改善。硫化物一般容易在加工過程中變成長條或片狀，這對鋼材的機械性能是不利的因素。為改善硫化物形狀，近年來發(fā)展了噴粉脫硫技術(shù)。噴粉冶煉過程不僅能減少硫在鋼中的含量，從而也就是減少硫化物夾雜的數(shù)量和控制其大小，而且還能控制硫化物和其它化合物夾雜的形狀。目前，得

14、到含硫量0.005%的鋼己不是困難的事。在同樣的含硫量或含硫化物夾雜量的情況下，夾雜物的大小起著很大的作用，夾雜物大，對鋼材的局部性能的影響也就大了。對于夾雜物如何影響鋼豹機械性能所進行的基礎(chǔ)研究是非常重要的。鋼中不可能沒有夾雜物，因此可以認為夾雜物是鋼的不可避免的組成部分。它們的性質(zhì)、形狀、大小和分布不同會給鋼材帶來不同的影響，而工藝手段能在一定程度上影響夾雜物的性質(zhì)、形狀、大小和分布。近來在這方面的研究已給煉制高質(zhì)量的鋼提供了必要的依據(jù)，促進了爐外脫硫和爐外精煉脫硫等新工藝的發(fā)展。例如，硫化物夾雜對鋼的塑性斷裂有影響。斷裂過程實際上是在硫化物夾雜周圍形成空洞和空洞長大聚合的過程。硫化物夾雜

15、和銅基體之間的結(jié)合力很弱，微小的應(yīng)變就會使界面上形成空洞。沿主應(yīng)變方向空洞會長大，而空洞的橫長大還未發(fā)現(xiàn)過。在發(fā)生斷裂以前，這些空洞要聚合。而空洞的聚合和鋼內(nèi)硫化物夾雜的體積分數(shù)、夾雜大小和分布均有密切聯(lián)系，如果對這一關(guān)系有所了解，那么就有可能對鋼的清潔度提出適當?shù)囊螅蚨鴮掍摴に囈材芴岢鱿鄳?yīng)的要求。4.坑蝕現(xiàn)象。對鋼的坑蝕機理還有爭論，但坑蝕起源于硫化物等夾雜的事實是公認的。主要的問題是如何避免由于硫化物夾雜所引起的鋼材坑蝕現(xiàn)象，為此就應(yīng)該防止在鋼中生成MnS、FeS型的夾雜物。在鋼的焊接過程中，鋼中的硫化錳夾雜能引起熱撕裂。焊接鋼材時，熱影響區(qū)的溫度升高，焊肉邊緣處可達到熔化溫度。在熱

16、影響區(qū)內(nèi)，原奧氏體晶界上能出現(xiàn)顯微裂紋。其原因是硫化錳在熱影響下進入奧氏體晶界中，而冷卻時，熱影響區(qū)收縮，奧氏體晶界上的硫化錳夾雜就造成了顯微裂紋。 目前存在的問題硫?qū)︿摬牡奈：κ蔷薮蟮?。因此，隨著工業(yè)和技術(shù)的發(fā)展，人們對鋼材質(zhì)量提出更高要求的時候，降低硫含量是一個重要的方面。無論是高寒地區(qū)石油管道、天然氣管道、海上采油平臺，還是大斷面鋼件、航空用鋼等等，都要求鋼材中硫含量小于0.005%。對于薄板坯連鑄鋼水，由于其高拉速，高冷卻強度，為保證正常澆注，避免出現(xiàn)裂紋，對硫含量有更高的要求，一般要求控制在0.008%以下。為保證能進行連續(xù)生產(chǎn)，要求LF脫硫速度快，一般要求在1020分鐘之內(nèi)將鋼水中

17、硫降至80ppm以下。我國屬于鋼鐵的主要生產(chǎn)國家之一，有些對鋼的純凈度要求特別高的鋼種主要還是依靠進口，例如動車的軸承。而我們國家的一些小型或者中等的鋼廠對硫的含量控制的并不是太好。這得需要大國營企業(yè)的幫助。況且現(xiàn)在的鋼鐵企業(yè)競爭的特別激烈，能夠生產(chǎn)出來超低硫的鋼種是每個鋼鐵企業(yè)所希望的。下面是某個中等鋼廠通過對國營鋼廠的學習后對自廠的60tLF精煉爐的精煉工藝進行改進后的結(jié)果。表2 對比情況元素SOHN未改進前100*10-6150*10-680*10-6100*10-6改進后75*10-6100*10-665*10-680*10-6通過改進，S含量降低了32%，O含量降低了33%,H含量降

18、低了18.7%,N 含量降低了20%。改進后的工藝將精煉用的預(yù)頂渣在轉(zhuǎn)爐出鋼位加入，通過一定時間的軟吹將加的料融化，這樣可以減少精煉的時間。在確定造好具有一定堿度的白渣后加大氬氣的壓力，使鋼渣充分反映，鋼液中的硫很快就被脫掉。這樣既保證了鋼液的質(zhì)量，同時也降低了成本。目前許多的鋼廠已經(jīng)采用這種精煉工藝，而實際效果也比較明顯。下面進一步分析如何脫硫。2.2 脫硫熱力學分析 脫硫反應(yīng)脫硫是LF爐非常重要的精煉效果之一，一般使鋼中硫在0.02%下已較容易達到，隨著用戶對鋼材質(zhì)量要求的不斷提高，深度脫硫已成為廣大冶金工作者關(guān)注的問題78現(xiàn)已公認的鋼渣間脫硫反應(yīng)是根據(jù)爐渣離子理論提出的下列反應(yīng)式： .(

19、1) 平衡常數(shù)： .(2)分配系數(shù)： .(3) 式中： Ks平衡常數(shù)；Ls硫分配系數(shù)；、依次為鋼中氧、鋼中硫、渣中氧離子、離子活度；渣中氧離子摩爾分數(shù)；、 依次為O、S、O2、S2-的活度系數(shù)；%O鋼中氧濃度。常用硫容(Cs)的概念來表示爐渣的脫硫能力。 .(4)硫的分配比關(guān)系式為： .(5)由式(3)、(4)式可以看出，提高硫容比和硫的活度系數(shù)，降低氧活度，有利于提高硫的分配比。 2.3 脫硫的動力學分析動力學研究反應(yīng)過程的脫硫速率和機理(即反應(yīng)的中間歷程)，找出提高或控制反應(yīng)速率的途徑。在化學反應(yīng)中，過程是遠離平衡的程度，阻力的倒數(shù)稱為動力學常數(shù)或速率常數(shù)。決定反應(yīng)速率的最基本因素有化學反

20、應(yīng)和傳質(zhì)兩點。因冶金反應(yīng)多在高溫下進行，活化分子較多，因此，在大多數(shù)冶金反應(yīng)中，反應(yīng)速率的限制性環(huán)節(jié)是傳質(zhì)。2.4 LF爐合成精煉渣系的研究現(xiàn)狀 CaOCaF2渣系CaOCaF2渣系具有很強的脫硫、脫氧能力。該渣系在1500下的硫容高達0.03，CaOCaF2渣系中，CaO的主要作用是提高堿度，而CaF2的主要作用是降低合成渣的熔化溫度，提高爐渣流動性，這樣更有利于脫硫。CaO與CaF2應(yīng)有一合適比例，比值過高，渣中CaO含量過高，流動性差，爐渣熔化溫度高，既浪費了能源，又使精煉效果不理想；比值過低，渣中CaF2含量過高，堿度不夠，對脫硫不利，對爐襯的侵蝕加劇。國內(nèi)外常用的Ca0/CaF2比值

21、介于6/4和8/2之間，個別的也有達到9/l的。該渣系的最大缺點是含有較高的CaF2，一方面對爐襯的侵蝕較快，使爐齡縮短；另一方面又對大氣造成了污染，同時冶金過程中揮發(fā)的氟會危害操作工人的身體健康。冶煉超低硫鋼用各種精煉渣系見表3。表3 冶煉超低硫鋼用精煉渣系研究者研究方法渣系及渣量結(jié)果及主要結(jié)論Hassal64t鋼包CaOAl2O3和CaOCaF2，渣量lO20kgS=8*106Lorain廠5電爐、轉(zhuǎn)爐出鋼發(fā)熱型CaOAl2O3合成渣，渣量5kg/t出鋼過程s=3060%室蘭廠7倒包+LF+真空脫氣石灰+螢石30kg/t,R3S<8*106,Smin=2*106池田隆里9實驗室CaO

22、Al2O3CaF2,CaOCaF2渣量15kdt和30kg/t鎮(zhèn)靜鋼渣量15kg/t，S<20*106，Si鎮(zhèn)靜鋼CaOCaF2效果好柯樹華105t和20t轉(zhuǎn)爐出鋼73%石灰+15%螢石+12%s=56%梅池一誠1160tLF爐CaOAl2O3SiO2CaF2渣量34%爐渣R=2.32.7,S=20*106成國光12實驗室BaOCaOMgOAl2O3SiO2添加7%BaO能顯著提高渣系的硫容量，BaO脫硫粉劑比CaOCaF2具有更強的脫硫能力市川浩13轉(zhuǎn)爐出鋼合成渣，渣量為520kg渣量為5kg/t，s=20%，渣量為20kg/tGaryWB14鋼包68%CaO9%Al2O315%CaF

23、28%AlS<20*106，鋼包耐火材料壽命明顯降低有賀昭三21 250t鋼包噴粉s=80%，Smin=3*106 CaOAl2O3渣系CaOAl2O3渣系也具有較強的脫硫能力，該渣系也被用來生產(chǎn)超低硫鋼。E.TTurkdogan等人12對熔融氧化物的硫容進行了研究，他們認為與硅酸鹽相比，鋁酸鹽的脫硫速度和硫容更大?？梢?，采用該渣系脫硫潛力很大。近年來，國內(nèi)外鋼廠從經(jīng)濟和環(huán)保等角度考慮，也迫切要求采用無氟或低氟的精煉渣系來代替CaOCaF2渣系。到目前為止，已知的精煉渣系CaO/Al2O3介于1/1與2/l之間，但該渣系的爐渣流動性稍差，這需要在以后的工作中進一步研究、解決。 CaOAl

24、2O3CaF2渣系就國內(nèi)外應(yīng)用的情況來看，無氟渣存在流動性不好的缺點，完全采用無氟渣系還有待研究13。國內(nèi)部分鋼廠和國外很多鋼廠都在 CaOAl2O3渣系的基礎(chǔ)上加入適量CaF2，形成CaOAl2O3CaF2渣系，但在實際生產(chǎn)過程中，由于脫氧產(chǎn)物和精煉渣原料中都會不可避免的帶入部分SiO2，因而實際渣系為CaOAl2O3SiO2CaF2四元渣系。Kor和Richardson測定了該渣系在1550時的硫容量，如圖2所示。測定結(jié)果表明，CaF2對渣的硫含量影響很小，而主要取決于CaO/Al2O3的大小。lgKs隨CaF2含量的變化曲線如圖2所示。當CaO/Al2O3值一定時，隨CaF2含量增加，l

25、gKs呈一平滑拋物線，Ks變化不大，而當CaO/Al2O3值增加時，lgKs顯著增加。對該渣系進行研究后得出CaO/CaF2大于0.15后，脫硫效果才比較理想。 圖2 lgKs隨CaF2含量變化曲線從圖2可以看出，前人對超低硫鋼技術(shù)進行了廣泛探討和研究，無論從試驗室還是工業(yè)試驗均取得了較好的深脫硫效果。采用的主要渣系有CaOCaF2，CaOAl2O3SiO2CaF2，CaOAl2O3等，可以看出CaOCaF2渣系被廣泛應(yīng)用于爐外深脫硫處理，渣中CaF2含量從1040%不等，該渣系具有較強的脫硫能力，但較高的CaF2含量對鋼包耐火材料表面壽命有較大的影響，而且由于對環(huán)保要求的越來越嚴格，氟化物的

26、污染越來越受到重視。目前CaOAl2O3SiO2渣系是人們研究最廣泛的渣系，并且廣泛應(yīng)用于LF、VOD、VAD的精煉過程。此渣雖然脫硫效果較好，但發(fā)泡功能較差，不利于降低電耗和提高鋼包壽命14。因此以CaOAl2O3為基的低氟和無氟的精煉渣正在成為研究和應(yīng)用的熱點。3 影響脫硫的因素3.1 爐渣對脫硫的影響 爐渣化學成分對脫硫的影響為了獲得最佳的精煉效果，要求精煉渣具備適宜的物理化學性質(zhì)，而爐渣的成分是爐渣物理化學性質(zhì)的決定性因素。1.堿度精煉渣的堿度對精煉過程的脫氧脫硫有較大影響。精煉渣的堿度不能過大，如堿度過大，精煉渣熔化困難，流動性不好，影響脫氧脫硫效果。堿度R(CaO/Si02)大于2

27、為高堿度渣，高堿度渣適用于一般鋁鎮(zhèn)靜鋼精煉，在鋼水脫硫等方面具有較好的效果。對于具有特殊要求的鋼種。CaOSiO2MgOAl2O3渣系脫硫?qū)嶒灡砻?，渣堿度R對渣鋼硫分配比Ls具有較大影響。當堿度R<3.0時，堿度增加，Ls隨之增加；而當R>3.0時，繼續(xù)增加R，Ls下降11。隨CaO含量的提高，S降低，但當CaO>60%后，CaO含量提高能使脫硫效果降低。2.Al2O3國內(nèi)外許多文獻對爐外精煉渣中Al2O3的行為進行了研究，目前還沒有獲得一致的結(jié)論。有些研究者認為1719Al2O3含量在15%40%范圍內(nèi)，能取得較好的脫硫效果。但另外一些文獻表明1516此范圍內(nèi)，隨Al2O3

28、含量的增加，渣的粘度將增加，不利于脫硫。近年來，CaOAl2O3系精煉渣在爐外精煉過程中被廣泛采用，但渣中Al2O3對脫硫效果的影響仍不十分清楚，尤其對于以CaOAl2O3為基的預(yù)熔渣中Al2O3的行為至今未見文獻報道。3.CaF2CaF2可顯著降低精煉渣粘度，使爐渣流動性改善，增加傳質(zhì)，有利于脫硫。但其量過大，不僅不利于脫氧，而且對爐襯侵蝕也較快。對發(fā)泡效果而言，其影響是兩方面的一方面，CaF2量的增加使表面張力降低，有利于爐渣發(fā)泡，但另一方面，使爐渣粘度降低，不利于發(fā)泡，不過在整個發(fā)泡過程中，張力起主導(dǎo)作用。因此，CaF2的增加有利于爐渣發(fā)泡，但其缺點是穩(wěn)定性較差，所以，在與CaO量相匹配

29、的基礎(chǔ)上控制其加入量為5%15%。圖3顯示了CaF2作為助熔劑具有顯著的效果，可以明顯的降低精煉渣中高熔點組分的熔化溫度，這對于冶煉過程中減輕LF爐的負擔、增加冶煉強度、縮短冶煉周期是有利的。圖3 CaF2的二元系相圖4.MgO精煉渣中的MgO主要來源于渣料和耐火材料，從熱力學角度看，MgO也能提供O2離子，其脫硫能力略低于CaO。關(guān)于MgO對爐渣脫硫的影響，尚缺乏系統(tǒng)的資料。一般認為19,渣中MgO<10%時，渣系脫硫能力較高，當MgO>15%時，大量的MgO會顯著提高爐渣粘度，惡化脫硫的動力學條件，使爐渣脫硫能力下降。但文獻普遍認為13，MgO的存在對于延長耐火材料的壽命是有益

30、的，因此，爐外精煉過程中，渣中應(yīng)保持一定的MgO含量。5.渣中其它組元在爐外精煉渣中，通常還含有FeO、MnO、P205等組元。(FeO+MnO)含量的多少標志著爐渣氧化性的大小，因此渣中w(FeO+MnO)對爐外精煉過程渣鋼間硫的分配比有重要影響。因為爐渣中(FeO+MnO)含量的減少，促使與之平衡鋼水氧活度降低，從而有利于脫硫反應(yīng)的進行。目前，精煉終點一般將渣中的(FeO十MnO)含量控制在2%以下，國外冶煉超低硫鋼時基本都控制在0.5%以下。文獻20認為要使終點硫含量小于105，則渣中(FeO+MnO)含量應(yīng)不大于0.6%。郭上型等人在一次工業(yè)性實驗18中給出了一種LF爐固體合成精煉渣2

31、1%SiO255%CaO13%A12038%MgO，W(FeO+MnO)<2.0%，在40t的LF鋼包爐上進行生產(chǎn)試驗。在這次的試驗中，他們考慮了爐渣的氧化性對脫硫率的影響。(FeO+MnO)含量對實際硫分配比(Ls)的影響見圖4。從圖中可見，在w(FeO+MnO)<2.0%2.5%時，實際硫分配比隨其含量降低而升高，幾乎呈線性增加。其原因是渣(FeO+MnO)含量減少，促使鋼中氧活度降低，從而使Ls提高。因此應(yīng)盡量降低渣中(FeO+MnO)含量，其最佳值為W(FeO+MnO)<2.0%，最大不超過2.5%。 圖4 渣中(FeO+MnO)含量對Ls的影響王展宏也在研究中指出3

32、：作為還原尺度的渣(FeO十MnO)的含量對硫的分配比成反比關(guān)系，即隨著渣中(FeO十MnO)含量的提高，硫的分配比降低，對爐渣脫硫不利，見圖5。圖5 渣中(FeO+MnO)含量與硫分配比的關(guān)系 爐渣物理性質(zhì)對脫硫的影響爐渣的物理性質(zhì)包括的內(nèi)容較多，主要有密度、粘度、熔化溫度、表面張力、電導(dǎo)等，但相對于脫硫而言，對其影響最大的主要是粘度和熔化溫度。 爐渣粘度對脫硫的影響爐渣粘度是影響渣鋼界面脫硫反應(yīng)的重要因素，液相中的傳質(zhì)速率與熔渣的粘度成反比。在精煉脫硫過程中，若爐渣粘度過大，則惡化了脫硫的動力學條件，造成脫硫困難。提高爐渣的流動性，可以減小乳化渣滴的平均直徑，從而增大渣鋼的接觸面積，促進脫

33、硫。粘度過小，爐渣向耐火材料的滲透能力增加，會造成耐火材料損耗增加，同時在精煉爐中也不利于實現(xiàn)爐渣埋弧操作。因此，要求爐渣粘度適中，具有一定的流動性。 爐渣熔化溫度對脫硫的影響爐渣由大量的氧化物和少量的硫化物及其它化合物組成，有些化合物又相互組合成更復(fù)雜的化合物。因此爐渣沒有固定的熔化溫度，是從開始軟化到熔化完了的溫度范圍。脫硫過程能否正常進行，往往和爐渣的熔化溫度有關(guān)。在一定的爐溫下，爐渣的熔化溫度越低，過熱度越高，流動性越好，渣鋼間脫硫反應(yīng)就越快。所以爐渣的熔化溫度是爐渣脫硫的一個重要影響因素。但是實際生產(chǎn)中不能單純追求熔化溫度低，還要考慮爐渣的其它性質(zhì)來選擇最適宜的成分。因為爐渣熔點變化，意味著它的成分變化，而成分變化就會引起爐渣堿度和其它性質(zhì)的變化，從而影響到整個脫硫過程。3.2 冶煉工藝條件對脫硫的影響冶煉溫度、渣量、環(huán)境氣氛等都對脫硫有不同程度的影響，下面逐一分析。 冶煉溫度溫度升高，將使爐渣粘度下降，從而