LF 精煉爐快速脫硫工藝研究

王飛宇

（天津市新天鋼聯(lián)合特鋼有限公司，天津 301500）

0 引言

如今,鋼鐵企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，在同質(zhì)化日益嚴(yán)重的情況下，最大限度挖掘自身潛力、不斷降低噸鋼成本，才能提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。對(duì)于鋼鐵企業(yè)來(lái)講，在自身生產(chǎn)工藝、設(shè)備等條件沒(méi)有大的變化的基礎(chǔ)上，加快生產(chǎn)節(jié)奏，提高單位時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)鋼量，可明顯降低工序成本，提高企業(yè)盈利能力。天津市新天鋼聯(lián)合特鋼有限公司煉鋼廠（以下簡(jiǎn)稱“聯(lián)合特鋼煉鋼廠”）為實(shí)現(xiàn)公司提產(chǎn)降本要求，通過(guò)各種方式縮短冶煉周期，加快生產(chǎn)節(jié)奏，提高冶煉效率，增強(qiáng)企業(yè)盈利能力。但隨著生產(chǎn)節(jié)奏的加快，LF 精煉爐脫硫率明顯降低。

鋼中的硫含量升高，會(huì)使鋼的熱加工性能變壞，造成鋼的“熱脆”。Mn 在鋼液凝固過(guò)程中,促進(jìn)低熔點(diǎn)的枝狀FeS 形成。這種低熔點(diǎn)化合物加劇了連鑄小方坯的內(nèi)裂及小方坯熱軋時(shí)的晶間裂紋，影響鑄坯質(zhì)量，制約著連鑄拉速的提高。目前，連鑄高拉速已成為各大鋼廠追求的目標(biāo)，提高連鑄拉速不僅可以在相同的人力、工藝和設(shè)備基礎(chǔ)上提高鋼產(chǎn)量，而且可以在相同年產(chǎn)能和爐機(jī)匹配要求下，減少鑄機(jī)流數(shù)，從而降低投資成本、生產(chǎn)成本和維護(hù)成本，給企業(yè)帶來(lái)顯著的效益[1]。因此，聯(lián)合特鋼煉鋼廠開(kāi)始對(duì)快節(jié)奏生產(chǎn)條件下LF 精煉爐脫硫工藝進(jìn)行針對(duì)性的研究，并取得了良好的效果。

1 LF 精煉爐基本設(shè)備技術(shù)參數(shù)

聯(lián)合特鋼煉鋼廠120 t LF 精煉爐主要技術(shù)參數(shù)如表1 所示。

表1 120 t LF 精煉爐主要技術(shù)參數(shù)

2 基本工藝操作流程

120 t LF 精煉爐基本工藝操作流程為：進(jìn)站坐包→接底吹氬管破渣殼→測(cè)溫→進(jìn)加熱位→加熱、造渣→調(diào)整成份→測(cè)溫取樣→調(diào)整溫度（精調(diào)成份）→吊包位→測(cè)溫取樣→軟吹→吊包。

3 實(shí)際生產(chǎn)情況

聯(lián)合特鋼煉鋼廠為響應(yīng)公司提產(chǎn)降本要求，同時(shí)開(kāi)展了轉(zhuǎn)爐高效冶煉攻關(guān)和連鑄高拉速攻關(guān)工作。通過(guò)開(kāi)展工藝優(yōu)化改進(jìn)，在現(xiàn)有裝備條件下，轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)節(jié)奏明顯提高，自然月產(chǎn)量穩(wěn)步提高。但是，隨著LF精煉爐冶煉節(jié)奏加快，脫硫率明顯降低，成品w（S）≥0.025%爐數(shù)占總爐數(shù)的比例接近50%。

從圖1、圖2 可以看出，除2 月份為冬季錯(cuò)峰限產(chǎn)外，其他月份產(chǎn)量逐步提高。隨著煉鋼廠產(chǎn)量逐月增加，LF 精煉爐冶煉時(shí)間隨之明顯下降，生產(chǎn)節(jié)奏加快，相應(yīng)處理時(shí)間縮短。

圖1 1—5 月份煉鋼產(chǎn)量情況

圖2 1—5 月份精煉冶煉時(shí)間

由于鋼種限制，工藝未要求進(jìn)行深脫硫處理。因此，要求成品w（S）控制在0.025%以下，即可滿足連鑄高拉速生產(chǎn)需求。對(duì)1—5 月份成品w（S）≤0.025%以下的爐數(shù)占比進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如圖3 所示。

圖3 1—5 月份成品w（S）≤0.025%以下?tīng)t數(shù)占比

由圖3 可以看出，隨著LF 精煉爐處理時(shí)間縮短，成品w（S）低于0.025%的占比明顯降低，隨之連鑄生產(chǎn)事故增加，鑄坯質(zhì)量明顯下降。

4 問(wèn)題分析

為適應(yīng)高拉速生產(chǎn)需求，提高鑄坯質(zhì)量，降低連鑄生產(chǎn)事故，解決因產(chǎn)量提高、冶煉時(shí)間縮短而引起的脫硫率降低的問(wèn)題，聯(lián)合特鋼結(jié)合脫硫動(dòng)力學(xué)及熱力學(xué)條件，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)行深入分析。

4.1 進(jìn)站溫度較低

脫硫反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，鋼水溫度提高有利于脫硫反應(yīng)進(jìn)行。同時(shí)，鋼水溫度升高，可以顯著提高渣料熔化速度，增加渣鋼界面反應(yīng)，改善脫硫動(dòng)力學(xué)條件。原工藝要求轉(zhuǎn)爐控制LF 精煉爐進(jìn)站溫度≥1 550 ℃，不能滿足快節(jié)奏生產(chǎn)條件下的脫硫要求。因此，要求轉(zhuǎn)爐提高供LF 精煉爐鋼水溫度，為脫硫創(chuàng)造良好條件。

4.2 爐渣組分不理想

1—5 月份LF 精煉爐渣樣統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2 所示。

表2 1—5 月份LF 精煉爐爐渣結(jié)果統(tǒng)計(jì)

對(duì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，爐渣組分不理想主要是以下原因?qū)е拢?/p>

1）爐渣FeO 含量偏高。統(tǒng)計(jì)平均值渣中FeO 含量接近1%，不利于脫硫反應(yīng)進(jìn)行，應(yīng)加強(qiáng)脫氧工作。

2）爐渣組分不理想，堿度R、曼內(nèi)斯曼指數(shù)（MI）偏低。一般認(rèn)為，爐渣堿度≥2.5、曼內(nèi)斯曼指數(shù)控制在0.25 以上時(shí)，爐渣脫硫效果比較理想。

4.3 造渣制度不完善

目前，生產(chǎn)工藝LF 精煉爐造渣料全部在精煉冶煉過(guò)程加入，由于生產(chǎn)節(jié)奏加快，冶煉時(shí)間縮短，脫硫爐次造渣料加入量較大，明顯出現(xiàn)熔化不均勻、成渣速度慢的情況，從而影響脫硫效率。

4.4 底吹攪拌偏弱

脫硫反應(yīng)是緩慢的擴(kuò)散過(guò)程，加強(qiáng)攪拌、增強(qiáng)鋼液與爐渣的接觸面積是提高脫硫效率的最有效措施。LF 精煉過(guò)程中氬氣攪拌為鋼水脫硫提供良好的動(dòng)力學(xué)條件，可以促進(jìn)鋼渣界面反應(yīng)，使生成的CaS 進(jìn)入渣中，從而達(dá)到脫硫的目的。脫硫時(shí)鋼水?dāng)嚢枘芤话愦笥? 000 W/t，鋼水?dāng)嚢枘堞?的計(jì)算公式為[1]：

式中：QAr為吹氬量，m3/min；T1為鋼水溫度，K；Tn為氬氣溫度，K；H0為吹氬深度，m；p 為氬氣壓力，Pa；Wg為鋼水質(zhì)量，t。

計(jì)算可得，聯(lián)合特鋼煉鋼廠鋼水?dāng)嚢枘転?400 W/t。雖然達(dá)到了脫硫?qū)τ跀嚢枘艿淖畹鸵?，但由于冶煉時(shí)間縮短，為了加快脫硫速度，應(yīng)提高脫硫攪拌能，進(jìn)而提高脫硫效率。

5 生產(chǎn)工藝改進(jìn)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及相關(guān)理論分析，聯(lián)合特鋼煉鋼廠決定從精煉爐快速成渣、渣系改造、強(qiáng)化脫氧工藝和增強(qiáng)氬氣攪拌等方面進(jìn)行LF 精煉爐快速脫硫工藝改進(jìn)。

5.1 快速成渣工藝改進(jìn)

1）提高進(jìn)站溫度。較高的鋼水溫度是渣料熔化、渣鋼反應(yīng)和脫硫反應(yīng)等各類物理化學(xué)反應(yīng)的前提條件，因此，要求轉(zhuǎn)爐控制LF 精煉爐進(jìn)站溫度≥1 560 ℃，為精煉快速脫硫工藝創(chuàng)造良好的條件。

2）更改頂渣加入方式。原工藝造渣料全部在LF精煉爐冶煉過(guò)程加入，為加快LF 精煉爐成渣速度，現(xiàn)將部分渣料改為在轉(zhuǎn)爐出鋼過(guò)程加入。此方式不僅可以緩解LF 精煉爐造渣負(fù)擔(dān)，而且可以利用轉(zhuǎn)爐出鋼鋼流的攪拌促進(jìn)渣料熔化?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況看，進(jìn)站后頂渣熔化良好，不存在渣層嚴(yán)重結(jié)殼的情況。

5.2 渣系組分改造

針對(duì)精煉爐渣堿度及曼內(nèi)斯曼指數(shù)偏低的問(wèn)題，開(kāi)展渣系組分改造工作。轉(zhuǎn)爐加入部分頂渣料可以在較短的冶煉時(shí)間內(nèi)通過(guò)提高精煉爐的石灰加入量來(lái)提高爐渣堿度，工藝要求脫硫爐次在原渣料加入基礎(chǔ)上每噸鋼增加1.2 kg 渣料。同時(shí)，脫硫爐次配加精煉渣（成分如表3 所示），提高爐渣Al2O3含量，使曼內(nèi)斯曼指數(shù)達(dá)到0.25 以上。

調(diào)整后，LF 精煉爐渣成分如表4 所示。經(jīng)過(guò)一系列調(diào)整，爐渣堿度達(dá)到3.0 以上，曼內(nèi)斯曼指數(shù)達(dá)到0.30 以上，可以滿足快速脫硫要求。

5.3 強(qiáng)化脫氧工藝

原LF 精煉冶煉過(guò)程脫氧方式為渣面加入碳化硅、電石等脫氧劑，由于冶煉時(shí)間短，個(gè)別爐次脫氧不完全，渣中w（FeO）達(dá)到了1.0%以上。為了強(qiáng)化鋼水脫氧，根據(jù)目前快節(jié)奏的生產(chǎn)實(shí)際情況，在原有擴(kuò)散脫氧的基礎(chǔ)上，輔助采用喂絲機(jī)喂鋁線的方式增強(qiáng)鋼水沉淀脫氧，迅速降低鋼水氧位，達(dá)到脫硫工藝要求。

5.4 增強(qiáng)底吹攪拌效果

為達(dá)到迅速脫硫的目的，對(duì)LF 精煉爐各個(gè)冶煉階段的氬氣流量進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整情況如表5 所示。

表5 氬氣流量調(diào)整前后對(duì)比表

通過(guò)調(diào)高各個(gè)階段的氬氣流量，促進(jìn)鋼渣界面反應(yīng)，強(qiáng)化脫硫動(dòng)力學(xué)條件，實(shí)現(xiàn)快速脫硫。同時(shí)，減少送電次數(shù)，延長(zhǎng)停電后的氬氣強(qiáng)攪拌時(shí)間，進(jìn)一步強(qiáng)化底吹攪拌效果。

6 工藝效果

采用一系列工藝調(diào)整后，聯(lián)合特鋼煉鋼廠LF 精煉爐脫硫效率明顯提高，在LF 精煉爐平均冶煉周期28.6 min 的情況下，w（S）≤0.025%爐次達(dá)到90%以上，對(duì)連鑄生產(chǎn)穩(wěn)定順行提供了可靠保障。