包钢260 t LF精炼炉深脱硫技术开发与应用

2021-09-28徐少华李志成王进财王与帅

山西冶金 2021年4期

关键词：渣中钢液氩气

徐少华，李志成，王进财，王与帅

（包钢稀土钢板材厂，内蒙古包头 014010）

超低硫钢管线钢是指w[S]≤0.0015%[1-2]的钢。现阶段应用LD+LF工艺流程，批量生产w[S]≤0.001 5%超低硫管线钢现阶段仍存在一定技术难度，因此研究管线钢精炼深脱工艺具有重要的实用价值。

1 脱硫原理分析及现状

1.1 脱硫原理分析

采用LF炉进行钢液深脱硫，LF炉具有良好的脱硫热力学和动力学条件[3-4]从热力学角度分析，钢液脱硫的原理为：

式中：T为钢液温度；aCaS为渣中CaS的活度；aAl2O3为渣中Al2O3的活度；aCaO为渣中CaO的活度；aAl为钢中Al的活度；aS为钢中S的活度。

渣中CaS和钢中S的活度分别用活度系数和质量分数来表示：

将（3）式代入（2）式，整理后可得渣钢间硫的分配比LS：

由上述方程可得提高碱度、降低渣中O含量可有效增大硫在渣钢中的分配比，提精炼渣S容量，LF精炼脱硫的最佳热力学：提高精炼渣碱度，降低精炼渣氧化性，降低钢水氧化性。

从动力学角度分析，如果钢液中的硫含量较低时，脱硫反应的限制性环节为钢液中的硫向钢-渣界面的传质过程，因此，加强氩气搅拌可以增加硫向钢－渣反应界面传质的速度，有利于提高脱硫反应速率。

1.2 现脱硫工艺存在问题

在现有工艺条件下冶炼此类钢种的主要问题：

1）在现有工艺条件下如果要达到目标硫含量要求，要加造高碱精炼渣，但碱度过大会导致渣的流动性差影响钢渣脱硫效果，需要确定最佳脱S碱度。

2）在现有的脱氧工艺下，铝质作为脱氧剂脱氧效果较好但成本较高，需要确定最佳脱氧工艺。

3）氩气搅拌搅拌强度过大，精炼后期会出现回硫的现象。

2 LF精炼脱硫实验与分析

2.1 碱度对脱S效率的影响

根据脱硫基本理论，炉渣碱度越高，脱硫能力越强。但是LF过程炉渣碱度过高，渣中CaO等高熔点物质析出，其炉渣黏度也会增大钢渣熔化性能不好，反而会影响脱硫效果[5］。根据实际生产取样分析数据，绘制钢包渣碱度与渣－钢间硫分配系数LS的关系如图1所示。

图1 钢包渣碱度与硫分配系数的关系

由图1可得硫分配系数随碱度的增加而增加，而当碱度超过10时，精炼渣的脱硫能力开始下降，碱度为6～8时脱S效果最佳，但渣量过大会使炉渣过厚，影响钢渣间的反应。因此实际生产时将炉渣中w[CaO]控制在60%~70%以保证钢渣充分反应，可获得最佳脱硫效果。

2.2 精炼渣氧化性对脱S效率的影响

根据实际生产取样分析数据，绘制精炼渣中w（FeO+MnO）与硫分配比关系如图2所示，当钢包渣中w（FeO＋MnO）下降至1%以下时，渣钢间硫分配系数随着渣中w（FeO+MnO）的降低明显提高，氧含量越低脱硫效果越好，在下降至0.5%以下后变化开始变换。由上述分析可得w（FeO＋MnO）含量在0.5%时可在确保精炼渣脱S能力的同时，降低精炼渣脱S成本。

图2 渣中w（FeO+MnO）与硫分配系数LS的关系

2.3 LF过程吹氩操作对脱S效率的影响

在精炼过程中，钢水始终处于吹氩搅拌状态，促进钢－渣界面反应，加快脱氧、脱硫反应的进行。吹氩搅拌可使非金属夹杂物相互碰撞、聚集，逐渐转变成大颗粒，便于上浮去除。吹氩还可以加速钢中成分和温度的均匀，便于精确控制钢水成分、温度。笔者根据现场实际生产经验对LF底吹工艺参数进行优化，优化后成品S含量明显下降具体情况如表1所示，优化后工艺如图3所示。