300噸LF爐深脫硫與控硅理論研究

劉守杰，閆海龍（日照鋼鐵控股集團有限公司，山東 日照 276806）

300噸LF爐深脫硫與控硅理論研究

劉守杰，閆海龍
（日照鋼鐵控股集團有限公司，山東 日照 276806）

本文以精煉渣組成對鋼渣硫分配比的影響為基礎(chǔ)，從LF爐渣系優(yōu)化、LF爐過程脫氧造渣和氬氣操作幾個方面入手，在LF到站S≤0.015%的基礎(chǔ)上，保證LF爐出站S≤0.002%，同時保證LF爐出站Si≤0.03%，為ESP連鑄提供超低硫、低碳、低硅的鋼水，滿足ESP產(chǎn)線需求。

脫硫；控硅；渣系

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.16.022

日照鋼鐵控股集團有限公司冷板制造部300噸LF爐是與ESP產(chǎn)線配套的精煉設(shè)備，目的是為ESP連鑄提供超低硫、低碳、低硅的鋼水，滿足ESP產(chǎn)線需求。本研究以精煉渣組成對鋼渣硫分配比的影響為基礎(chǔ)，從LF爐渣系優(yōu)化、LF爐過程脫氧造渣和氬氣操作幾個方面入手，在LF到站S≤0.015%的基礎(chǔ)上，保證LF爐出站S≤0.002%，同時保證LF爐出站Si≤0.03%。

1　LF硫容量與硫分配比計算

1.1硫容量的概念

討論煉鋼過程中的脫硫反應(yīng)時，主要考慮一下兩個反應(yīng)：

反應(yīng)（1）是描述渣-氣兩相中氧分壓小于0.1013Pa的氧硫之間的平衡，煉鋼時除特殊情況外，氧分壓都小于0.1013Pa，反應(yīng)（2）是渣-鋼兩相間的平衡。

反應(yīng)（1）的平衡常數(shù)可表示為：

Fincham和Richardson用式（3）表示了硫容量（CS）的概念：

硫容量CS僅僅是溫度和渣成分的函數(shù)，它描述了一種液態(tài)爐渣潛在的脫硫能力，可以用來比較不同爐渣的脫硫能力大小。

1.2硫分配比的計算

為了把硫容量同渣鋼間的硫分配比聯(lián)系起來，綜合反應(yīng)（1）、（2）得到反應(yīng)（10）：

反映（10）的平衡常數(shù)K10用式（11）表示：

平衡常數(shù)K10還可以表示為：

其中，a［O］和a［S］是鋼液中O和S的活度，fS是鋼液中S的活度系數(shù)，［%S］是鋼液中硫的含量。

結(jié)合式（11）和（12），鋼渣之間的硫平衡分配比LS可用下式表示：

在綜合考慮各方面因素影響下，為了控制合理的鋼渣之間的硫平衡分配比，對于超低硫鋼而言，根據(jù)初始硫含量，鋼包總渣量應(yīng)控制在8～12kg/t。

2　LF過程回硅理論計算

兩種LF過程回硅量的計算方法：

300噸轉(zhuǎn)爐出鋼過程中帶入鋼包中的渣量：

渣厚的確定：300噸轉(zhuǎn)爐出鋼帶渣量：根據(jù)技術(shù)交流數(shù)據(jù)，同時具有下渣檢測和滑板擋渣的轉(zhuǎn)爐出鋼過程中帶入鋼包內(nèi)的渣厚不超過50mm，此處按照50mm計算；

渣面直徑的確定：300噸鋼包砌筑后，渣線位置的鋼包直徑為3884mm，以3900計算；

鋼渣密度的確定：鋼渣密度按照鋼水密度的三分之一計算，即（7.85×103）/3=2.62×103kg/m3；

綜上，300噸轉(zhuǎn)爐出鋼帶渣量為：

2.1按照二煉鋼SPHC轉(zhuǎn)爐終渣SiO2的含量計算

二鋼SPHC轉(zhuǎn)爐終渣SiO2平均含量14%，那么轉(zhuǎn)爐出鋼過程中帶入的轉(zhuǎn)爐渣中SiO2的含量為1.56t×0.14=0.219t，Si含量為0.219t× （28/60）=0.102t。

假定LF冶煉過程中，這些硅全部進入鋼水中，會造成鋼水的回硅量為：（0.102/300） ×100%=0.034%

2.2按照鐵水SiO2的含量計算

按照鐵水中平均Si含量0.35%計算，300噸鐵水的含硅量為：300×0.35%=1.05t，

轉(zhuǎn)爐冶煉過程加入石灰按照35噸計算，轉(zhuǎn)爐出鋼過程帶渣量1.56t，則鋼包渣中含硅量為：1.05×（1.56/35）=0.0468t

假定這部分硅全部進入鋼水，則鋼水增硅量為：（0.0468/300）×100%=0.016%

3　脫硫與控硅

本研究中的鋼水回硅是渣中SiO2與鋼水中Al反應(yīng)的體現(xiàn)，把這一反應(yīng)列出方程，可以寫成下面的形式：

將（2）式變形可以得到：

對于精煉渣的脫硫，反應(yīng)方程式可以寫為：

由式（5）變形可知得到：

計算得出的A/ S的極小值與C/ A的極大值相對應(yīng)，同一渣系抑制回硅和脫硫不可能都得到最佳結(jié)果，但在避開A/ S的極小值后，可以在一定的成分范圍內(nèi)選擇合適的A/ S和C/ A，在脫硫的同時抑制回硅。

4　結(jié)論

（1）在綜合考慮各方面因素影響下，為了控制合理的鋼渣之間的硫平衡分配比，對于超低硫鋼而言，根據(jù)初始硫含量，鋼包總渣量應(yīng)控制在8～12kg/t，按鋼水量300噸計算，總渣量應(yīng)為2.4～3.6噸。

（2）當Al2O3為25%時，可以獲得降硅參數(shù)的最小值，同時獲得脫硫參數(shù)的極大值，當Al2O3為40%時，LF過程回硅量將失控。所以在300噸LF爐冶煉過程中，LF渣系中，應(yīng)控制在25～30%左右，如果此時精煉渣流動性不佳，可以補加螢石。

（3）MgO的存在可以抑制硅的還原，但是MgO過高會造成爐渣流動性變差，渣中MgO合理的控制范圍是6～8%。

（4）減少精煉過程脫氧喂入的鋁量，將鋼中［Al］s的質(zhì)量分數(shù)控制在0.040%以內(nèi)，這對減少LF精煉過程增硅量十分重要。

（5）LF冶煉過程中鋼水增硅的主要來源是轉(zhuǎn)爐出鋼過程中，帶的轉(zhuǎn)爐渣中的SiO2在LF冶煉過程中被還原，從理論回硅量計算來看，控制LF過程Si不超標的根本是控制轉(zhuǎn)爐出鋼帶渣量，LF爐各項操作只是輔助手段。

［1］王新志.LF快速造白渣工藝分析［J］.煉鋼，2010，6（03）.