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1、1.F精炼炉脱硫工艺制度的探讨与优化随着科学技术的不断发展，对炼钢牛产率、钢的成本、钢的纯净度以及运用性能等方面，都提出了越来越高的要求。这使传统的炼钢设备和炼钢工艺琲以满足需求.炉外精炼也称二次精炼或钢包冶金,将在常规炼钢炉中完成的精炼任务,部分或全部地移到钢包或其它容器中进行，达到提高钢质量的目的。u：炉作为炉外精炼设备的一种，具有优异的综合性能，钢液经过1.F炉处理可以提高纯净度。本文在分析探讨脱硫的热力学和动力学基础上，结合1.F炉的生产实际,对其工艺参数及操作制度进行了探讨和优化。通过限制转炉下渣量、1.F炉快速造渣及加快脱硫反应速率等措施，可以实现1.F炉生产工序及整个炼钢车间生产
2、工序的高产、优质、低成本。关键词：1.F炉；脱硫：造渣1.1 炉外精炼技术的发展力随着现代科学技术的发展和工农业对钢材质量要求的提高，钢厂普遍采纳r炉外精炼工艺流程，它已成为现代炼钢工艺中不行缺少的全要环节。由于这种技术可以提高炼钢设备的生产实力，改善钢材质鬓，降低能耗，削减耐材、能源和铁合金消耗，因此，炉外精炼技术己成为当今世界钢铁冶金发展的方向，对于炉外精炼技术存在的问侬及发展方向有必要进行探讨.钢中的硫、瞬氢、氧、赳含量大大地膨响了钢的性能，如抗拉强度、成型性、可焊性、抗腐蚀性和疲惫性能等。当钢中硫、磷之和低于0.004%,且氢、氧、氮含量较低时，钢的性能会产生较大的变更，尤其是抗腐蚀性
3、、低温脆性、可焊性和成型性会有几倍甚至几十倍的提高，这比添加合金元素更有效。为此，作为冶炼高级优质钢的必耍手段一-炉外精炼，必需有效地脱除杂质元素来提高钢的质量、改善钢的性能。我国钢铁工业在品种、质量、消耗、成本及劳动生产率等方面与发达国家相比还很落后，主要表现在钢的化学成分波动范闹大，成、磷等有害元素和气体、非金属夹杂物含量相对较高，即钢的纯净度差，从而使钢材的性能不稔定。随着中国加入世界贸易组织，中国钢材己进入全球化序列。现在我们已醒悟感觉到危机感和竞争意识，因此，提高钢水在线精炼率，采纳适合我国国情的精炼设备并吸取发达国家胜利的阅历，选择那些对降低成本、提高质量有突出作用的关犍技术，用以
4、发展和提高我国炉外精炼技术己成为当务之急“1.2 实施1.F炉精炼工艺的必要条件为了获得1.F钢包精炼炉时钢液进行加热及还原精炼的最佳效果，必需考虑下列潜在不利条件：出钢带渣，钢包耐火材料选择，钢水与空气接触等。大的经济效益。埋弧精炼可以有两种方法：1 .增加渣量，提高渣厚达到埋孤精炼的目的。2 .通过加入发泡剂，使基础渣体积膨胀,厚度增加，达到埋弧精壕的目的1.41.F炉的精炼工艺及效果1.F基本精炼工艺的实现初炼炉氧化末期的钢水出钢时，要尽可能削减下渣量，以便及大限度减弱钢包顶渣的轼化性。至U；炉工位后，加还原渣料及脱氧剂，进行还原精炼，精炼末期可加合金调成分。钢液温度与成分能严格限制。精
5、炼时间结合进站钢水成分、温度以及初炼炉和连铸工序的周期要求而定。若适当增加加热下的搅拌时间、渣址及搅拌功率，初炼炉出钢时尽可能做到除尽氧化渣，则可在精炼中进一步降低钢中的氧、碳含量，增加钢液的干净度。1.F炉还可配置真空手段，精炼中加热与真空交替进行，可有效降低钢液中气体含量，在高碱度还原渣和还原性气氛下扩散脱氧及强搅拌工艺，可使钢中氧含砥有很大程度的降低，甚至可生产冶炼时不能采纳任何金属脱氧剂的钢种，如发电机转子用的铸件等。不同的钢种，可以充分运用1.F炉的还原气定限制、电弧理弧加热、吹氯搅拌、白渣精炼、造渣、成分和温度的微调等功能的不同组合，实施不同的精炼工艺，从而达到高效、优质、低耗的精
6、炼效果。很多高级钢种的1.F炉精炼须要结合真空系统（即1.FV）或者和VD.RH等真空精炼设备联合。基本工艺如图1所示：1.F炉精炼效果1.F炉具备以下冶金效果：1.脱氧:2.脱:3.去除夹杂：4.成分和温度调整限制。1.F精炼方法可达到的纯净度如表1所示。表1.1.F精炼方法可达到的纯净度可达到的纯挣度/XlOT精炼方法S0HN1.F1010-301.5-2.51.5经过1.F处理的钢可达到很嬴的质量水平：1 .脱硫率可达50%,可生产出硫含量W001与的钢。假如处理时间充分，甚至可达到硫含量W0.005%的水平。2 .可生产高纯度钢，钢中夹杂物总量可降低50%,大颗粒夹杂物几乎全部能去除；
7、钢中含辄量可达到1030PPm,3 .成分限制精度面,可以生产出诸如C0.01%,Si0.02%,Mn0.02%等元素含量范围很窄的钢。1. 1.F炉精林对钢水成分的影响除能脱氧,脱磴等有利影响外，由T操作不当或工艺中的不足，往往简单造成以下不利即响：硫等新工艺的发展。例如，硫化物夹杂对钢的塑性断裂有影响。断裂过程事实上是在硫化物夹杂四周形成空洞和空洞长大聚合的过程。硫化物夹杂和铜基体之间的结合力很弱，微小的应变就会使界面上形成空洞。沿主应变方向空洞会长大，而空洞的横长大还未发觉过.在发生断裂以前，这些空洞要聚合。而空洞的聚合和钢内蓝化物夹杂的体积分数、夹杂大小和分布均有亲密联系，假如对这一关
8、系有所了解，那么就有可能对钢的清洁度提出适当的要求，因而对炼钢工艺也能提出相应的要求。4.坑蚀现象。对钢的坑蚀机理还有争辩，但坑蚀起源下硫化物等夹杂的事实是公认的。主要的问题是如何避开由于酸化物夹杂所引起的钢材坑蚀现象，为此就应当防止在钢中生成MnS、FeS型的夹杂物。在钢的焊接过程中，钢中的旋化铸夹杂能引起热撕裂。焊接钢材时，热影响区的温度上升.焊肉边绿处可达到熔化祖度“在热影响区内，原奥氏体晶界上能出现显微裂纹。其缘由是硫化钻在热影响下进入奥氏体晶界中，而冷却时，热影响区收缩，奥氏体晶界上的酸化镉夹杂就造成了显微裂纹。目前存在的问题散对钢材的危害是巨大的。因此，随着工业和技术的发展，人们对
9、钢材质量提出更高要求的时候，降低瓶含量是一个重要的方面。无论是高寒地区丁油管道、自然气管道、海上采油平台，还是大断而钢件、航空用钢等等,都要求钢材中硫含垃小丁。（）05%对于薄板坯连铸钢水，由于其高拉速，高冷却强度，为保证正常浇注，避开出现裂纹，对硫含量有更高的要求，一般要求限制在0.008%以下。为保证能进行连续生产，要求1.F脱硫速度快，一般要求在10-20分钟之内将钢水中成降至80PPm以下。我国属T钢铁的主要生产国家之一，有些对钢的纯净度要求特殊高的钢种主要还是依靠进口，例如动车的轴承。而我们国家的一些小型或者中等的钢厂对硫的含量限制的并不是太好。这得须要大国营企业的精助。况且现在的钢
10、铁企业竞争的特殊激烈，能够生产出来超低陵的钢种是每个钢铁企业所希望的。下面是某个中等钢厂通过对国营钢厂的学习后对自厂的60t1.F精炼炉的精炼工艺进行改进后的结果。表2对比状况元素S0HN未改进前6100*10150*10i80*10100*10”改进后75*106100*10665*1080*10t1通过改进,S含量降低了32%,0含量降低了33%,H含址降低了18.7%,N含量降低了20%。改进后的工艺将精炼用的预顶渣在转炉出钢位加入，通过肯定时间的软吹将加的料溶化，这样可以削减精块的时间。在确定造好具有肯定碱度的白渣后加大缸气的压力，使钢一渣充分反映，钢液中的硫很快就被脱掉.这样既保证了
11、钢液的质量，同时也降低了成本。目前很多的钢厂已经采纳这种精炼工艺，而实际效果也比较明显。下面进步分析如何脱疏。2. 2脱硫热力学分析脱硫反应脱质是1.F炉特别重要的精林效果之.般使钢中硫在0.02%下已较简单达到，随着用户对钢材质量耍求的不断提高，深度脱硫已成为广翎冶金工作者关注的问题PTI现已公认的钢一渣间脱硫反应是依据炉渣离了理论提出的下列反应式：S+(O2-)=(S2-)+lO(1)平衡常数：安排系数:1.S=誓=IGa足且=%si%Nfs%l*flo*r2.(3)式中：Ks-平衡常数：1.s一瓶安排系数：M、%、口一依次为钢中氧、钢中硫、渣中氧离子、离子活度：N八一渣中氧离子摩尔分数：
12、Q-依次为0、S、0：、S2-的活度系数:圾一一钢中氧浓度。常用磴容(Cs)的概念来表示炉渣的脱瓶实力.CS=吧加aISI硫的安排比关系式为：Ig1.=935+1.357+Iga+lgtlga.t,.II由式(3)、(4)式可以看出,提高破容比和胸的活度系数，降低氧式度,有利T提高破的安排比.2.3脱硫的动力学分析动力学探讨反应过程的脱破速率和机理(即反应的中间历程).找出提高或限制反应速率的途径。在化学反应中，过程是远离平衡的程度，阻力的倒数称为动力学常数或速率常数。确定反应速率的最基本因素有化学反应和传质两点。因冶金反应多在高温卜进行，活化分子较多，因此，在大多数冶金反应中，反应速率的限制
13、性环节是传质。2.41.F炉合成精炼渣系的探讨现状Cao-CaF,渣系CHo-CaE渣系具有很强的脱硫、脱氧实力。该渣系在150(TC下的硫容高达0.03.CaO-CaR渣系中，CaO的主要作用是提高碱度，而CaR的主要作用是降低合成渣的熔化温度，提高炉渣流淌性，这样更有利于脱除。CaO与CaF,应有合适比例，比值过高，渣中Cao含量过而，流淌性差，炉渣熔化温度高，既奢侈/能源，又使精炼效果不志向：比值过低,渣中CaF,含量过高,碱度不够,对脱硫不利，对炉衬的侵蚀加剧。国内外常用的CaO/CaR比值介于6/4和8/2之间，个别的也有达到9/1的。该渣系的最大缺点是含有较高的CaF”方面对炉衬的
14、侵蚀较快，使炉龄缩短：另一方面又对大气造成J污染，同时冶金过程中挥发的领会危害操作工人的身体健康。冷炼超低硫钢用各种精炼渣系见表3。表3冶炼超低硫钢用精炼渣系探讨者探讨方法渣系及渣盘结果及主要结论Ilassalt6141钢包CaO-Al。和GiO-Ca艮，酒量102OkJlS=8*101.Orain厂电炉、转炉出铜发热鞭CaO-AIA合成渣,5kt出钢过程ns=3060%室兰厂倒包-1.F+真空脱气石灰-敬石H30k”,RN3S8*10Smin=2*10池口I隆里试验室CaO-AlA-CaF:,CaO-CaFj渣SU5kdt和30kgt冷静钢渣！H5kgt.S,渣我为20kgtCaryWlJ钢
15、包68CaO-三Als015%CaF,-8lS2010-.钢包耐火材料寿命明显降低有贺昭三1213250t钢包喷扮qs=80.S三in=3*10*CaOAlA渣系Cao-AI。渣系也具有较强的脱磴实力，该渣系也被用来生产超低硫钢E.T.TUrkdogan等人对熔融氧化物的瓶容进行了探讨，他们认为与硅酸盐相比，铝酸盐的脱敏速度和磁容更大。可见，采纳该渣系脱破潜力很大。近年来，国内外钢厂从经济和环保等角度考虑，也迫切要求采纳无疑或低城的精炼渣系来代替CaO-CaF二渣系。到目前为止，已知的精炼渣系CaO/AlA介于1与2/1之间，但该渣系的炉渣流淌性稍差，这须耍在以后的工作中进一步探讨、解决.Ca
16、OAIACaF?渣系就国内外应用的状况来看，无瓶渣存在流淌性不好的缺点,完全采纳无氟渣系还有待探讨。国内部分钢厂和国外很多钢厂都在CaO-AlQ,渣系的基础上加入适量CaR,形成CaO-Ala-CaR渣系，但在实际生产过程中，由于脱氧产物和精烧渣原料中都会不行避开的带入部分SiO-因而实际渣系为CaO-AlM-SiO,-CaFjq元渣系。Kor和RiChardSOn测定/该渣系在1550U时的硫容量，如图2所示。测定结果表明，CaE对渣的碳含量影响很小，而主要取决于CaO/A1。的大小。IgKS随CaR含量的变更曲线如图2所示.当CaO/Al。值肯定时，随CaR含量增加，IgKS呈平滑抛物线,
17、KS变更不大，而当CaOA14值增加时，IgKs显著增加。对该渣系进行探讨后得出CaO/CaF：大15后,脱破却才比较志向.Or1110UA。”做CafiZH图2IgKS随CaR含量变更曲线从图2可以看出，前人对超低硫钢技术进行了广泛探讨和探讨，无论从试脸室还是工业试骐均取得了较好的深脱硫效果。采纳的主要渣系有CalaCaO-AlA-SiO-CaFj,CaO-Al。等，可以看出Cao-CaF，渣系被广泛应用于炉外深脱硫处理，渣中CaR含量从1040%不等，该渣系具有较强的脱硫实力，但较高的Q色含量对钢包耐火材料表面寿命有较大的影响，而且由于对环保要求的越来越严格，域化物的污染越来越受到重视。目
18、前CaO-AIQSiO：渣系是人们探讨最广泛的渣系，并口广泛应用于1.F、VOD,VAD的精炼过程.此渣虽然脱硫效果较好，但发泡功能较差,不利了降低电耗和提高钢包寿命1，因此以CaO-Al。为基的低领和无默的精炼液正在成为探讨和应用的热点。3影响脱硫的因素1.1 炉渣对脱硫的影响炉渣化学成分对脱麻的影响为获得最佳的精炼效果，耍求精炼渣具备相宜的物理化学性质，而炉渣的成分是炉渣物理化学性质的确定性因素。1.碱度精炼渣的碱度对精林过程的脱氧脱瓶有较大影响。精炼渣的碱度不能过大，如碱度过大，精炼渣熔化困难，流淌性不好,影响脱氧脱硫效果,碱度R(Cao/Si02)大于2为高碱度渣，碱度渣适用于一般铝冷
19、静钢精炼，在钢水脱硫等方面具有较好的效果。对于具有特殊要求的钢种。Cao-Sia1.Mgo-AIO渣系脱硫试验表明，渣喊度R对渣钢硫安排比1.S具有较大影响,当碱度R3.0时，接着增加R,1.S下降UZ随CaO含量的提高，S降低，但当Ca060%后，CaO含量提高能使脱碗效果降低。2. Al2O1国内外很多文献对炉外精炼渣中AIa的行为进行了探讨，目前还没有获得一样的结论.有些探讨者认为aA1.O,含量在15%40%范围内，能取得较好的脱硫效果。但另外一些文献表明小一此范围内，随AIa含量的增加，渣的粘度将增加，不利于脱硫。近年来，CaO-AlQ系精炼渣在炉外精炼过程中被广泛采纳，但渣中AIA
20、对脱硫效果的影响仍不特别清晰，尤其对于以CaO-AlM为基的预熔渣中AlC的行为至今未见文献报道.3. CaECaR可显著降低精炼渣粘度，使炉渣流淌性改善，增加传质，有利于脱硫。但其星过大，不仅不利于脱氧，而JI对炉衬侵蚀也较快。对发泡效果而言，其影响是两方面的一方面，CaE量的增加使表面张力降低，有利于炉渣发泡，但另一方面，使炉渣粘度降低，不利于发泡，不过在整个发泡过程中，张力起主导作用。因此，CaR的增加有利于炉渣发泡，但其缺点是稳定性较差，所以，在与CaO量相匹配的基础上限制其加入量为弱一侬.图3显示了CaR作为助烙剂具有显著的效果，可以明显的降低精炼渣中而熔点组分的焙化温度，这时下冶炼
21、过程中减轻U：炉的负担、增加冶炼强度、缩短冶炼周期是有利的。4.MgO精炼渣中的Mgo主要来源于渣料和耐火材料，从热力学角度看，MgO也能供应0?离子，其脱硫实力略低于Ca0.关于MgO对炉渣脱瓶的影响，尚缺乏系统的资r科。般认为，渣中Mg(KI0%时，渣系脱硫实力较高，当MgO15与时，大量的Mgo会显著提高炉渣粘度，恶化脱硫的动力学条件，使炉渣脱硫实力卜.降。但文献普说认为，MgO的存在对于延长耐火材料的寿命是有益的，因此，炉外精炼过程中，渣中应保持肯定的MgO含量。5.渣中其它组元在炉外精炼渣中，通常还含有FcO、Mn0、P2O5等组元。(FcOMnO)含量的多少标记者炉渣氧化性的大小，
22、因此渣中W(FCoTInO)对炉外精炼过程渣一钢间硫的安排比有重要影响。因为炉液中X(FeO+MnO)含量的削减，促使与之平衡钢水氧活度降低，从而有利于脱硫反应的进行。目前,精炼终点一般将海中的(FeO十Mn0)含量限制在2%以卜.，国外冶炼超低硫钢时基本都限制在0.5%以K文献刈认为要使终点硫含量小于IOT,则渣中(Fe0,MnO)含量应不大于0.6k郭上型等人在一次工业性试验I中绐出了一种1.F炉固体合成精炼渣21%Si01-55%CaQ-131:0-8MgO,W(IeO+MnO)2.0%,在401的U；钢包炉上进行生产试脸。在这次的试验中，他们考虑了炉渣的氧化性对脱硫率的影响。(FeWM
23、nO)含量对实际疏安排比(1.S)的影响见图4。从图中可见，在以尸山加0)2.0%2.5%时，实际破安排比随其含垃降低而上升，几乎呈线性增加。其缘由是渣(FeO+MnO)含量削减，促使钢中氧活度降低,从而使1.S提高。因此应尽量降低渣中(FeZMnO)含量，其最佳值为W(FcO+MnO)2.0%.酬大不超过25%0345W(FeOtMn。1.%图4渣中（FeO+MnO）含量对1.S，的影响王展宏也在探讨中指出：作为还原尺度的渣（FCo十MnO）的含员对硫的安排比成反比关系，即随着渣中（FeO十MnO）含量的提高，旋的安排比降低，对炉渣脱硫不利,见图5。(三)二SIi?朱居炉渣物理性质对脱硫的影
24、响炉渣的物理性侦包括的内容较多，主要有密度、粘度、熔化温度、表面张力、电导等，但相对于脱磴而言，对其影响最大的主要是粘度和熔化通度.炉渣粘度对脱疏的影响炉渣粘度是影响渣一钢界面脱破反应的重要因素，液相中的传质速率与焙渣的粘度成反比.在精嫉脱硫过程中，若炉渣粘度过大，则恶化脱硫的动力学条件，造成脱硫困难。提自炉渣的流淌性，可以减小乳化渣滴的平均直径，从而增大渣钢的接触面积，促进脱硫。粘度过小，炉渣向耐火材料的渗透实力增加，会造成耐火材料损耗增加，同时在精炼炉中也不利于实现炉渣埋弧操作。因此，要求炉渣粘度适中，具有肯定的流淌性.炉渣熔化温度对脱硫的影响炉渣由大城的氧化物和少量的硬化物及其它化合物组
25、成，有些化合物乂相互组合成更困难的化合物。因此炉渣没有固定的熔化温度，是从起先软化到熔化完了的温度范围。脱破过程能否正常进行，往往和炉渣的熔化温度有关。在肯定的炉温卜.，炉渣的熔化温度越低，过热度越高，流淌性越好，渣一钢间脱硫反应就越快。所以炉渣的熔化温度是炉渣脱瓶的个重要影响因素。但是实际生产中不能单纯追求熔化温度低，还耍考虑炉渣的其它性质来选择最相宜的成分.因为炉渣熔点变更，意味着它的成分变更，而成分变更就会引起炉渣碱度和其它性质的变更，从而影晌到整个脱硫过程。3.2冶炼工艺条件对脱硫的影响冶炼温度、渣量、环境气冗等都对脱硫有不同程度的膨响，下面逐一分析。冶炼温度温度上升，将使炉渣粘度下降
26、，从而改善脱硫条件.从热力学角度考虑，温度上升将提面脱磁反应平衡常数：从动力学角度考虑，聘使渣一钢界面元素的扩散速度加快，因而提高温度有利于脱硫。冶炼渣量当焙渣组成肯定时，其脱硫效率取决于渣员。在考虑合成渣用量时，必需留意进入包内的翻化渣量、脱氧产物及包衬侵蚀量等影响，既要满意合理的熔渣组成要求，又要满意对渣址的要求，同时考虑到允许温降。冶炼超低磁钢时文献举荐的渣量为12-20kgJ2”,国内宝钢为保证渣量采纳双渣法生产s*o。的钢种也口。吹露搅拌的影响从动力学方面考虑，吹氢搅拌不仅提f渣一一钢间接触面积，而且使扩股传质的推动力加大，这对脱敏是特别有利的。但吹鼠量太大，会造成渣层厚度太薄，甚至
27、钢液袒露，从而造成二次氧化，严峻时将影响冶金效果。因此要依据详细的炉容大小和操作条件，选择合理的吹瓠制度。钢中总氢量的限制钢中总氧量干脆影响精炼渣脱硫效果。从炉渣脱硫反应可知，随着钢中氧含量的提高，将抑制脱硫反应的进行，因此应实行措施来尽量降低钠中氧含量:。渣中氧含狂也影响钢中班含量，因为渣一钢间存在着氧的平衡安排，当炉渣氧化性较而时，炉渣会向钢中供氧，影响钢水氧化性。另外钢包耐火材料也会向钢水供氧，尤其在真空精炼条件1.炉内气氛对脱硫的影响脱质反应要求还原性气斑，否则，炉渣氧化性增加，将导致航安排比下降，不利于脱硫反应。因此，必需严格限制强还原性气氛0结论本文针对我厂1.F的生产实际，在领导
28、的带领下，通过对1.F脱硫工艺制度的探讨，从热力学和动力学上分析了影响脱硫的内在因素，提出了提高脱硫速率，改善钢材质量的措施，得出最优工艺制度为：1.严格限制转炉下渣，降低炉渣的氧化性和精炼渣中SiO,含量.使SiO,含量在6%战之间.转炉出钢完毕向钢包内喂铝线调整钢水中铅含垃（也可采纳钢芯铝作为脱氧剂），并进行钢包吹宓，降低炉渣的氧化性。2 .造渣过程中依据脱破率的须要限制CaO、CaE加入量,使炉渣的被度保持在4T左右，并保持炉渣良好的流淌性。3 .在转炉工序向钢包中加入精炼渣、改质剂，进行终渣预脱轨和改质.4,依据炼钢供应的钢包内成分，对于钢水铝含量偏低的炉次在脱硫之前加入铝粒造还原渣，可提高脱破效率、缩短精炼时间。5 .通过我厂的精炼优化采纳的Cao-AI4系脱硫效果明显：脱破过程采纳500-700儿min的强搅拌，使钢渣进行充分接触，增大反应面枳，提高脱硫速率。6 .要求钢包进站温度不小于于1560C,脱硫搅拌时温度为1570C,绐脱硫创建良好的热力学和动力学条件。7 .对r硅镇部钢种在精炼结束后喂入硅钙线，然后进行小流量吹量镇岸对于提高钢液纯净度、变更夹杂物形态、提高钢水的可浇注性有很大好处。
