轉(zhuǎn)爐鋼水爐外脫硫劑成分優(yōu)化及應(yīng)用實踐

張 偉 王忠剛 劉忠建 李樹云

（1、型鋼煉鋼廠，山東 萊蕪 271126；2、萊鋼棒材廠，山東 萊蕪 271126）

1 前言

在鐵水和鋼水脫硫反應(yīng)的熱力學(xué)、動力學(xué)分析的基礎(chǔ)上提出了適用于脫氧出鋼——LF精煉——RH冶煉超低硫鋼（[S]<50ppm）工藝。硫是鋼中的有害元素之一，是表面活性元素，常以MnS的形式在鋼材晶界上或異相界面上偏析聚集。硫?qū)︿摬淖畲蟮奈：κ且痄摰臒岽?。碳鋼的S≤60ppm時，熱加工時可避免產(chǎn)生熱裂紋現(xiàn)象；鐵索體不銹鋼，控制S<20ppm，可保證鋼材良好的熱加工性能。此外，硫降低鋼材的韌性，惡化鋼的z向性能，并對氫致裂紋有較大影響。因此，要求管線鋼具有較高的抗氫致裂紋(HIC)和抗硫應(yīng)力裂紋 (SSCC)的能力，要求控制鋼中S《10 ppm。萊鋼煉鋼廠在反復(fù)的深脫硫?qū)嶒炛锌偨Y(jié)出高效的脫硫劑應(yīng)用于生產(chǎn)中，極大的提高了脫硫率。

2 轉(zhuǎn)爐脫硫機理

在氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐冶煉過程中，主要脫硫反應(yīng)過程如下[1]：

[S]+2[O]＝SO2（1）

（S2-）+2/3 O2＝SO2+（O2-）（2）

（S2-）+6（Fe3+）+2（O2-）＝SO2+6（Fe2+）（3）

[FeS]+（CaO）=（CaS）+（FeO）（4）

以上 4 個反應(yīng)式，（1）、（2）、（3）式均為氣化脫硫，（1）式中反應(yīng)平衡的SO2分壓為0.02 Pa，反應(yīng)很容易達到平衡，可以認為鋼液中硫的氧化去除作用不大。由（2）、（3）式可見，對于渣中硫向氣相轉(zhuǎn)移與爐渣中硫的活度與氧勢有關(guān)，硫在渣中的活度與爐渣堿度有關(guān)，堿度越高，硫的活度越低。因此，高堿度對氣化脫硫不利，但對爐渣脫硫有利。一般認為氧氣轉(zhuǎn)爐鐵水硫含量的10%左右是通過氣化脫硫去除的。而（4）式為爐渣脫硫，要實現(xiàn)脫硫必須化好渣，要有充分的熱力學(xué)條件。

綜合考慮，脫硫的基本條件為：高溫、高堿度、低氧化性（渣中FeO含量低）、大渣量、強動力學(xué)條件（強攪拌）。

3 生產(chǎn)條件

萊鋼煉鋼廠采用鐵水預(yù)處理，要求入爐鐵水硫《0.005%。其平均成分見表1。轉(zhuǎn)爐不采取二次造渣時，終點[S]成分：0.008%～0.015%，而特殊鋼種要求成品成分 [S]≤0.0010%。

4 工藝試驗

4.1 方案設(shè)計

萊鋼煉鋼廠根據(jù)生產(chǎn)條件現(xiàn)狀，為提高轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)效率，減少后吹造成的鐵損，縮短冶煉周期，提高爐齡，摸索適用于脫氧出鋼——LF精煉——RH冶煉超低硫鋼（[S]<50ppm）工藝。為此，設(shè)計合適的脫硫劑，充分利用轉(zhuǎn)爐出鋼過程中高溫鋼水對脫氧、造渣材料強大的沖擊攪拌動能形成高堿度、低熔點脫硫熔渣，進而對鋼水產(chǎn)生“渣洗”效果，并提高精煉脫硫率，將終點硫含量控制在較低的水平。

4.1.1 轉(zhuǎn)爐出鋼條件的確定

轉(zhuǎn)爐出鋼要求達到雙命中，即溫度、成分（不含硫）的雙命中。因此，考慮出鋼過程中增加脫硫劑用量和增強攪拌帶來的溫降，出鋼溫度較正常情況提高10～20℃。

脫硫劑的配比

轉(zhuǎn)爐出鋼過程中，要創(chuàng)造良好的鋼渣混沖效果，形成具有較強脫硫能力的頂渣。參考鋼液溫度 1550℃，渣中（MgO）8%、（SiO2）7%，鋼液中[Al]0.03%、[C]0.2%時，爐渣中硫容量隨（%Al2O3）/（%CaO）變化的規(guī)律[2]，渣中（%Al2O3）／（%CaO）比值的增加使得硫容量降低，即隨著爐渣中（CaO）含量的降低，爐渣吸收硫的能力降低?；陔娛X屑、石灰對脫硫劑進行成分設(shè)計，見表2。

4.1.3 轉(zhuǎn)爐出鋼及爐后操作控制要點

1）保證一次拉碳合格率，減少轉(zhuǎn)爐終點鋼水的后吹，降低[O]含量。

2）轉(zhuǎn)爐出鋼時間一般為300 s左右，在轉(zhuǎn)爐出鋼時開啟鋼包底吹氬，且控制流量在100～120 L/min，吹氬時間不小于 5 min，在出鋼過程中加入脫硫劑、合金和增碳劑。

3）減小下渣量。

4.2 試驗情況

4.2.1 第1次試驗

2010年4月使用表2所示設(shè)計的脫硫劑進行了生產(chǎn)試驗，共試用5爐，應(yīng)用情況見表3。

由表3可以看出，轉(zhuǎn)爐出鋼過程中加入脫硫劑基本能夠滿足脫硫任務(wù)的要求，但是存在以下問題：

1）鋼水及爐渣的氧化性較強時，特別是出鋼下渣比較嚴重、脫氧效果不好時，脫硫劑的使用效果并不理想。2）為得到較好的脫硫效果，使渣料快速熔化，完全彌散于鋼液中，宜選擇細小的渣料來增加反應(yīng)面積。

4.2.2 脫硫劑成分優(yōu)化

基于第1次試驗的情況，要提高脫硫劑的使用效果必須保證良好的脫氧，減小粒度，并且充分考慮鋼渣混沖后的鋼包頂渣對脫氧產(chǎn)物及脫硫產(chǎn)物的吸附能力，12CaO.7Al2O3具有較強的脫硫能力和吸附鋁脫氧產(chǎn)物的能力（參見 CaO－Al2O3－SiO2渣系相圖），對脫硫劑配比進行優(yōu)化改進，見表4。

4.2.3 第2次試驗

2010年5月使用優(yōu)化后的脫硫劑進行了生產(chǎn)試驗，共試用12爐，應(yīng)用情況見表5。

由表5可知，在本次實驗中，成品硫控制到了0.002%，氣體含量在連鑄過程中有所增加。此次試驗我們在精煉時間不足、散裝料不好的情況下實驗結(jié)果基本達到要求。但對于高級別管線鋼來說還遠遠不夠，為此對脫硫劑進行了改進，如表6。

第3次試驗

2010年9月使用表6所示設(shè)計的脫硫劑進行了生產(chǎn)試驗，共試用7爐，應(yīng)用情況見表7。

通過本次試驗數(shù)據(jù)來看，目前工藝條件下，可將鋼水硫含量控制在10 ppm以內(nèi)，為下一冶煉低硫品種打下了良好的基礎(chǔ)。本次實驗使用脫硫劑，從轉(zhuǎn)爐放鋼過程看鋼包頂渣化的快、透，從精煉精煉初煉樣看，其脫硫速度和效率明顯較好。

4.3 脫硫劑試驗應(yīng)用分析

脫硫劑使用前后冶煉指標對比見表8。

使用高效脫硫劑，為冶煉高級別管線鋼超低硫控制提供了有力保證。

結(jié)論

5.1 轉(zhuǎn)爐出鋼過程中加入脫硫劑脫硫工藝可行，并且為精煉深脫硫提供了條件，提高了精煉脫硫率，具有顯著的經(jīng)濟效益。

5.2 要提高脫硫劑的使用效果必須保證良好的脫氧，保證一次拉碳合格率，減少轉(zhuǎn)爐終點鋼水的后吹，降低[O]含量，同時嚴防轉(zhuǎn)爐爐后下渣。

[1]肖來潮.煉鋼用石灰的質(zhì)量要求及生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)石灰的技術(shù)條件[J].鋼鐵，1989(10)：67～74.

[2]陳家祥.鋼鐵冶金學(xué)(煉鋼部分)[M].北京：冶金丁業(yè)出版社，1993：140—142.

[3]張榮生.鋼鐵生產(chǎn)中的脫硫[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1986：68—69.

[4]張鑒.爐外精煉的理論與實踐[M].北京：冶金 r丁業(yè)出版社，1993：54.

[5]魯東.鋼鐵材料標準數(shù)據(jù)手冊[M].北京：科學(xué)技術(shù)文獻出版社，1994：1-59.

[6]殷瑞鈺.鋼的質(zhì)量現(xiàn)代進展(上篇)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1995，2～3.

[7]楊世山，尹衛(wèi)平，許偉迅等.鐵水預(yù)處理與純凈鋼冶煉[J].北京：中國冶金，2003(8)：13-17.