低硫硅鋼硫控制工藝優(yōu)化

供稿|石鳳麗，叢鐵地，于文武，劉書超，程春靈 / SHI Feng-li, CONG Tie-di, YU Wen-wu,LIU Shu-chao, CHENG Chun-ling

內容導讀

本鋼生產低硫硅鋼時對硫含量的要求極低，因而常出現(xiàn)硫含量較高使得硅鋼產品不合格的現(xiàn)象，導致低硫硅鋼的煉成率較低。本文跟蹤生產數(shù)據(jù)進行分析得出，當S 入站質量分數(shù)＜0.032%時，通過增加鎂粉噴吹量，控制盡可能低的轉爐上一爐倒爐硫、鋼包上一爐鋼包硫，同時控制好廢鋼、原輔料盡可能為低硫含量等，能夠有效提高低硫硅鋼煉成率。

低硫硅鋼生產的控制難點在于低硫硅鋼為超低碳鋼，必須經(jīng)過RH 處理，且它對硫含量(質量分數(shù))的要求極低，要求w(S)≤0.004%，按照爐產180 t計算，進入鋼水的硫含量大于7.2 kg 時就會造成成分不合格，故低硫硅鋼對硫的控制關鍵集中在原料預處理和轉爐階段，如何控制好預處理和轉爐階段的脫硫是本文研究的重點。

預處理脫硫工藝概況

本鋼的鐵水脫硫工藝流程如圖1。CaO+Mg 復合噴吹主要設備參見文獻[1]。

圖1 鐵水脫硫工藝流程

鐵水硫控制分析

硫來源控制

爐產180 t 的低硫硅鋼中如進入鋼水的硫含量大于7.2 kg 時就會造成成分不合，而硫的來源主要在鐵水、廢鋼、煉鋼用的原輔料及盛裝鋼水的轉爐、鋼包所含帶的渣中。具體原輔料含硫量及進硫量見表1，鎂粉復合噴吹的脫硫極限質量分數(shù)為0.0015%，如原輔料進硫量(質量分數(shù))＞0.0025%，便會導致成品不合格(由于鐵水硫含量非常低，故此處忽略了煉鋼的脫硫作用)，因此除了控制工藝過程外，還應確保廢鋼、煉鋼用的原輔料均為低硫含量或盡可能控制硫含量高的物料加入量，如用低硫含量的石灰石代替部分活性石灰冶煉等。

表1 原輔料含硫量及進硫量(質量分數(shù)，%)

脫硫熱力學分析

預處理過程中，以溶于鐵水的[Mg]參與脫硫反應為主，生成MgS，該方式是復合噴吹脫硫的主要反應形式[2]。當鎂單獨存在時，脫硫反應主要按式(1)進行[3]:

式中，ΔGθ為吉布斯自由能，J/mol。

當有CaO 存在時，MgS 不穩(wěn)定，會與CaO 進一步反應，見式(2)：

文獻[1]中相關實驗表明：流態(tài)化石灰基本上沒有起到脫硫作用，復合噴吹法的脫硫產物主要是不穩(wěn)定的MgS，未生成更穩(wěn)定的CaS。

鐵水脫硫工藝分析

脫硫步驟

鎂粉主脫硫反應步驟：

(1)鎂粉溶解到鐵水中形成[Mg]，此期間鎂粉的溶解擴散需要一定的時間。

(2)[Mg]與鐵水中的[S]接觸生成MgS。

(3)反應到一定程度，如想進一步降低鐵水中[S]，需要鐵水中含有更高的[Mg]，即在一定溫度下[S]與[Mg] 之積為常數(shù)，[S] 降低則[Mg] 升高反應才能進行，此期間一是需要噴吹更多的鎂，二是需要一定的反應時間。

(4)當初始硫過高時，存在著渣硫間的分配平衡，達到動態(tài)平衡時，必須通過增大渣量及增加反應擴散時間才能進一步脫硫。

(5)鎂粉脫硫的一大弊端是產生回硫，主要是因為：處理鐵量大，鐵水罐中動力學條件不足，罐中存在部分死區(qū)，這部分死區(qū)的硫含量仍為鐵水初始硫含量；脫硫產物MgS 需要形核長大之后上浮到渣中，如果反應時間不夠，MgS 來不及上浮到渣中，就會殘留在鐵水中，進入轉爐造成回硫。因此，須有足夠時間保證MgS 盡可能都上浮到渣中，同時確保扒渣扒凈，才能盡量降低回硫。

影響因素分析

(1)鐵水到站溫度。溫度對脫硫反應有不同的影響，一方面隨著溫度的升高Mg 的溶解度降低，由于Mg 脫硫反應是放熱反應，因此溫度的提高不利于脫硫。另一方面，溫度的提高有利于脫硫反應的[Mg]在鐵水中的擴散及脫硫產物的上浮排出，從生產數(shù)據(jù)分析可知：如想達到成品硫質量分數(shù)≤0.004%，鐵水到站溫度在1345~1365 ℃利于低硫控制。

(2)噴吹石灰量。經(jīng)過實驗研究發(fā)現(xiàn)噴吹石灰中的CaO 不能起到脫硫的作用，但它可以稀釋渣中(MgS)的含量，使脫硫反應利于向正向進行。從生產數(shù)據(jù)分析可知：噴吹石灰量越多，越利于成品S 的控制，其中石灰量大于390 kg 時，煉成率相對較高。

(3)噴吹鎂粉量。脫硫反應反應到一定程度，如想進一步降低鐵水中[S]，需要鐵水中含有更高的[Mg]， [S]降低則[Mg]升高反應才能進行。從生產數(shù)據(jù)分析可知：鎂粉噴吹量大于180 kg 時，利于成品S 的控制。

(4)轉爐上一爐倒爐硫。轉爐上一爐倒爐硫與殘留在轉爐中的渣中硫息息相關，呈正相關關系，是帶入硫的一項關鍵因素。從生產數(shù)據(jù)分析可知：轉爐上一爐倒爐硫質量分數(shù)小于0.007%，利于成品硫的控制。

(5)鋼包上一爐鋼包硫。轉爐上一爐鋼包硫與殘留在鋼包中的渣中硫呈正相關關系，是帶入硫的另一項因素。從生產數(shù)據(jù)分析可知：轉爐上一爐鋼包硫質量分數(shù)小于0.006%，利于成品硫的控制。

(6)入站S。理論上分析：入站S 越低，在噴吹量和鎮(zhèn)靜時間足夠的前提下，相對來說，成品S 易于控制。但從生產數(shù)據(jù)分析可看出：入站S 質量分數(shù)在0.032%~0.045%時利于成品S 的控制。

為了進一步尋找理論和實際的不同原因，選取入站S 質量分數(shù)小于0.032%的爐次，根據(jù)噴吹量不同可以看出鎂粉噴吹量≥180 kg 的爐次成品S 控制明顯好于鎂粉噴吹量＜180 kg 的爐次，說明產生上述情況的原因為噴吹鎂粉量不夠或鎮(zhèn)靜時間不夠，MgS 來不及上浮到渣中。但實際生產中對生產節(jié)奏有要求，只能通過多噴吹粉劑的方式利于MgS 顆粒和其他固態(tài)粉劑簇集上浮，以利于成品硫的控制。

鐵水脫硫工藝優(yōu)化

選取對低硫硅鋼成品煉成率影響較大的可控數(shù)據(jù)S 入站、鎂粉噴吹量、轉爐上一爐倒爐硫、鋼包上一爐鋼包硫進行改進，通過對比10 爐冶煉合格及不合格數(shù)據(jù)可知：當S 入站質量分數(shù)＜0.032% 時，對生產過程中的可控數(shù)據(jù)進行控制，通過增加鎂粉噴吹量大于180 kg，控制盡可能低的轉爐上一爐倒爐硫、鋼包上一爐鋼包硫，同時控制好廢鋼、原輔料等后續(xù)工序帶入硫量，能夠有效提高低硫硅鋼煉成率。

結束語

冶煉低硫硅鋼除控制工藝過程外，還應確保廢鋼、煉鋼用的原輔料均為低硫含量或盡可能控制硫含量高的物料加入量。鎂粉脫硫的一大弊端是產生回硫，應有足夠時間確保脫硫產物MgS 形核長大之后上浮到渣中，同時扒渣扒凈，才能盡量降低回硫。S 入站質量分數(shù)＜0.032%時，增加鎂粉噴吹量大于180 kg，控制盡可能低的轉爐上一爐倒爐硫、鋼包上一爐鋼包硫，同時控制好廢鋼、原輔料等后續(xù)工序帶入硫量，能夠有效提高低硫硅鋼煉成率。