LF爐渣循環(huán)利用脫硫效果試驗(yàn)研究

陳登國(guó)

(新余鋼鐵集團(tuán)有限公司，江西 新余 338001)

0 前言

生產(chǎn)過程中，LF爐精煉后的鋼渣具有自由CaO含量大、堿度高和還原性高的特點(diǎn)，回收LF爐熱態(tài)余渣用于脫硫，渣中硫含量會(huì)有所升高，說明LF爐精煉后的熱態(tài)鋼渣硫含量仍可提高，仍具有一定硫容量。本文以新鋼公司煉鋼廠的LF爐精煉渣為研究對(duì)象，對(duì)LF熱態(tài)精煉渣的循環(huán)再利用進(jìn)行研究分析。

1 LF精煉脫硫熱力學(xué)分析

CaO基爐渣對(duì)鋼水進(jìn)行脫硫，其脫硫反應(yīng)可以用下述表示：

式中 α[O]與 α[S]分別表示鋼水中[O]和[S]的活度；αCaS與 αCaO分別表示熔渣中CaO和CaS的活度。

反映熔渣脫硫能力可用熔渣硫容量和硫分配比表示：熔渣硫容量定義式可以由氣-渣反應(yīng)平衡導(dǎo)出。在精煉過程中，渣與氣相間的反應(yīng)平衡可以用式(3)表示。

硫容量值可由Fincham和Richardson給出定義，如式(4)所示

根據(jù)Duffy和Ingram定義的熔渣光學(xué)堿度與硫容量之間的函數(shù)關(guān)系及Young等人[1]的模型，當(dāng)熔渣光學(xué)堿度∧＜0.8時(shí)：

當(dāng)熔渣光學(xué)堿度∧≥0.8時(shí)：

其中熔渣的光學(xué)堿度可以定義為：

在式(8)中，X為等價(jià)分?jǐn)?shù)，可用四元渣系中各組元的摩爾分?jǐn)?shù)N計(jì)算。

硫分配比由渣與氣相間的反應(yīng)平衡和渣與鋼水之間的平衡反應(yīng)合并而得：

2 試驗(yàn)過程及結(jié)果分析

試驗(yàn)分兩部分6組共18爐次的熱態(tài)渣循環(huán)利用，每組第1爐未加入返回渣，第2爐次作熱態(tài)渣料返回1次，第3爐作渣料作第2次返回利用，每爐次記錄鋼水中LF精煉進(jìn)站與出站的[S]值，并取LF精煉終渣樣作成分分析。對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行脫硫率隨循環(huán)次數(shù)分析以及通過熔渣硫容量CS和硫分配比LS計(jì)算，得出熱態(tài)循環(huán)渣對(duì)鋼水中脫硫效果的綜合判斷。

2.1 熱態(tài)循環(huán)渣脫硫率

第一部分組A和組B在試驗(yàn)過程中熱態(tài)返回渣未添加石灰，但A2、A3、B2、B3爐次出站鋼水溫度達(dá)到1600℃；第二部分組C至組E試驗(yàn)過程中添加石灰，計(jì)算得出如表1所示其熱態(tài)渣返回循環(huán)利用后的脫硫率ηS。

表1 熱態(tài)精煉渣循環(huán)利用過程中的石灰添加量以及返回渣脫硫率ηS關(guān)系

從表1可知，組A和組B的熱態(tài)精煉渣在循環(huán)過程中沒有添加石灰的出站鋼水的[S]含量最低可達(dá)到0.003%。為返回渣中未加入石灰時(shí)脫硫率ηS在79%～88%之間，組E中E3爐次返回渣中添加石灰量最大達(dá)到4.3kg/t，脫硫率ηS也有最大值93%，返回渣添加石灰后平均脫硫率ηS為81%，其中出站鋼水[S]含量最低可降到0.002%。通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)進(jìn)站鋼水[S]含量都為0.027%的條件下，加入石灰的量分別為 2kg/t、3.4kg/t、4.3kg/t，脫硫率分別為 74%、85%、93%，由此可見，在進(jìn)站鋼水S含量相同的情況下，脫硫率隨加入石灰量的增加而增加。

通過對(duì)精煉終渣樣成分分析得出，返回渣中(S)含量的變化，各爐次的終渣成分見表2所示。

表2 終點(diǎn)爐渣化學(xué)成分變化

表2中可發(fā)現(xiàn)，對(duì)于組A至組D中隨著爐渣返回次數(shù)增加，爐渣中 (s),%含量也在逐漸提高。組E和組F中爐渣也保持著較高的S含量。

2.2 硫容量對(duì)熱態(tài)渣脫硫能力的判斷

硫容量是鋼鐵冶金理論分析常用的一個(gè)概念，采用光學(xué)堿度和硫容量結(jié)合可以較好的反映爐渣組成和爐渣脫硫能力之間的關(guān)系。下圖1表示的是各組熱態(tài)渣循環(huán)過程中渣中硫容量CS的變化情況。

圖1 循環(huán)過程中CS的變化

由表1和圖1中發(fā)現(xiàn)，在循環(huán)過程中,不添加石灰但需鋼水出站溫度達(dá)到1600℃時(shí)，其硫容量CS最低為0.038,出站鋼水[S]含量平均為0.0035%，平均脫硫率可達(dá)到84%以上?？梢姡瑢?duì)于不添加石灰的熱態(tài)渣，在循環(huán)過程中硫容量CS≥0.038時(shí)，仍可繼續(xù)循環(huán)使用。

熱態(tài)渣循環(huán)過程中添加 2～4.3kg/t的石灰， 硫容量 CS≥0.017時(shí)，脫硫率最低為 61%；CS在0.02～0.037范圍內(nèi)脫硫率平均達(dá)到 80%以上?？梢姡蛉萘緾S在0.02～0.037之間的熔渣，通過補(bǔ)加一定量的石灰仍可具有較高的脫硫能力。

2.3 硫分配比對(duì)熱態(tài)渣脫硫能力的判斷

由鋼水脫硫反應(yīng)式[FeS+(CaO)=(CaS)+[FeO],鋼渣脫硫能力用分配系 LS表示：LS=(S)/[S]

利用爐渣中(S)含量、LF爐出鋼鋼水中[S]含量，計(jì)算得到的各爐鋼渣硫分配系數(shù)，其各組熱態(tài)渣循環(huán)過程中渣鋼間硫分配比變化如圖2所示。

圖2 循環(huán)過程中LS的變化

在添加石灰條件下，熱態(tài)渣循環(huán)過程中，組C、D中的LS逐漸升高；組E中的LS先升高后降低；組6中的LS先降低后升高。通過循環(huán)過程中LS和脫硫率ηS隨循環(huán)次數(shù)變化的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，加入石灰量在2kg/t～4kg/t時(shí)，硫分配比LS在170～420范圍內(nèi)，可獲得脫硫率在70%～93%之間，平均脫硫率為84%。

在不添加石灰條件下，組A中的LS逐漸降低；組B中的LS先升高后降低。通過循環(huán)過程中LS和脫硫率ηS隨循環(huán)次數(shù)變化的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，LS在230～403范圍內(nèi)，脫硫率為79%～88%，平均脫硫率為84%。與添加石灰條件下相比，組A和組B出鋼溫度1600℃時(shí)熱態(tài)渣循環(huán)可獲得更高的LS。

3 結(jié)論

通過對(duì)熱態(tài)渣返回利用脫硫效果試驗(yàn)，可以得到如下結(jié)論：

(1)熱態(tài)循環(huán)渣返回利用可以保持較高的脫硫率；

(2)未添加石灰條件下，提高了出鋼溫度，熱態(tài)精煉渣硫容量CS≥0.038，LS在 230～403 范圍內(nèi)，脫硫率為 79%以上；

(3)加入石灰量在 2kg/t～4kg/t時(shí)，熔渣硫容量 CS在 0.02～0.037之間、硫分配比LS在170～420范圍內(nèi)，脫硫率在70%以上。

[1]陳松林，呂延春.硫分配比在 LF 精煉渣成分優(yōu)化中的應(yīng)用[J].煉鋼，2009，25(3):37-41.

[2]Chatterji S.Mechanism of concrete due to the presence of dead-burnt CaO and MgO[J].Cement and Concrete Research,1995,25(1):51-56.