LF爐精煉脫硫效率的提高探究

王洪柱，王飛宇

（天津天鋼聯(lián)合特鋼有限公司，天津 301500）

隨著世界經(jīng)濟的迅速發(fā)展，實現(xiàn)了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、工業(yè)和科學(xué)的飛速發(fā)展。在此背景下，對于鋼質(zhì)量的要求日益增多。精煉脫硫過程已成為現(xiàn)代鋼鐵鑄造過程的一個不可或缺的組成部分。在以前傳統(tǒng)的爐外精煉的施工流程為高爐→煉鋼爐（轉(zhuǎn)爐）→鑄錠，現(xiàn)在已經(jīng)慢慢的被高爐→鐵水預(yù)處理→煉鋼爐→爐外精煉→連鑄新的工藝流程所取代，成為了大中型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的生產(chǎn)工藝流程，該方法是國內(nèi)最為常見的一種。精煉脫硫技術(shù)在LF爐中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，運用該技術(shù)可確保一方面以平衡和順利的方式進行冶煉生產(chǎn)，另一方面又可減少鋼質(zhì)量的缺陷。精煉脫硫是一個長期工作，目前，脫硫法主要包括轉(zhuǎn)爐出鋼過程“渣洗”脫硫和LF精煉過程的脫硫。

1 “渣洗”脫硫

渣洗過程是利用轉(zhuǎn)爐出鋼的時候，增加鋼流攪拌力，從而實現(xiàn)了脫氧劑、精煉渣、鐵合金等對鋼水的充分脫硫[1]。

表1 LF精煉方法可達到的純潔度

要提高鋼生產(chǎn)過程脫硫率，就必須改善鋼生產(chǎn)過程中鋼與爐渣界面的動力學(xué)條件，并調(diào)整爐渣的構(gòu)成。實現(xiàn)短時間內(nèi)脫硫率的提高，需要在鋼材脫硫過程中實現(xiàn)短期內(nèi)對鋼流進行強有力的液化來實現(xiàn)，同時在出鋼3min～9min內(nèi)迅速將合金、精煉熔渣等加入鋼爐中，增加脫硫速度，加速脫硫效率。鋼脫硫工藝受到其他因素的影響，如爐渣氧化。脫硫率高的關(guān)鍵之一是低氧化率，因此，在鋼脫硫工藝開始時若沒有進行脫氧處理，那么就會導(dǎo)致脫硫率逐漸變低，即使產(chǎn)生了足夠多的爐渣，但缺少脫氧處理也無法真正實現(xiàn)提高脫硫率[2]。

表2 LF爐渣精煉主要組成成分

2 LF精煉過程脫硫

2.1 LF精煉爐工藝流程

鋼包入LF工位→取樣測溫→送電→造還原渣→調(diào)整成分→調(diào)整溫度→軟攪拌→吊包澆注。

2.2 LF脫硫原理

硫主要出現(xiàn)在以硫化鐵和硫化錳的形式存在在鋼液體中，而以硫化鈣形式存在的爐渣較為為穩(wěn)定。精煉脫硫是控制LF爐中精煉脫硫的首選辦法，反應(yīng)公式為FeS+CaO=CaS+FeO。如果在爐渣中的Si能夠?qū)崿F(xiàn)將鋼中的鐵變?yōu)檠趸F，那么就可以快速促進脫硫反應(yīng)，反映公式如下FeS+2CaO+Si=2Fe+2CaS+SiO2。

從熱力學(xué)和動力學(xué)的角度來看，該化學(xué)反應(yīng)達到了“三高一低”：高堿性、高溫、大熔渣、低氧化，適當?shù)拇禋寤旌衔锸卿撘荷顚用摿虻挠欣麠l件[3]。

2.3 影響脫硫效果的因素

渣量：熔渣的適當增加可增加氧化鈣的含量，稀釋硫化鈣的濃度，并對脫硫產(chǎn)生明顯的影響。通過增加爐渣，能夠?qū)崿F(xiàn)大量提升氧化鈣的含量，同時對爐渣中的硫化鈣濃度進行稀釋。但是如果爐渣含量過高，可能會在氧化還原的過程中降低脫硫的效率，因此通過在實際生產(chǎn)過程中應(yīng)用精煉脫硫，提升脫硫效率，同時控制爐渣料，以免產(chǎn)生的爐渣量過大，反而會影響脫硫的整體效率。

然而，熔渣的數(shù)量影響到界面反映，降低了脫硫反應(yīng)的效率。因此，在生產(chǎn)實踐中，礦渣的數(shù)量適度即可，通常，鋼渣的噸數(shù)約為12公斤。

攪拌能力：一旦脫硫的熱力學(xué)條件得到滿足，限制鏈即轉(zhuǎn)化和擴散為鋼中的硫，同時使爐渣中的硫遷移。為了促進熔渣界面的化學(xué)反應(yīng)，并引導(dǎo)反應(yīng)走向脫硫，通過使用吹氬攪拌機，形成氣體真空效應(yīng)，為去除鋼的硫化雜質(zhì)創(chuàng)造了條件，提高脫硫的效率。

堿度：爐渣中存在氧化鈣是脫硫的一個必要條件，爐渣的堿性直接影響到爐渣的粘度和脫硫，爐渣中的氧化鈣濃度的增加有利于對脫硫的反應(yīng)。然而，擴散越來越集中在單質(zhì)爐渣中，可能會增加鋼的粘度，妨礙界面的反應(yīng)，從而影響脫硫反應(yīng)。因此，堿性對脫硫產(chǎn)生重大影響。實踐表明，當擴散堿性=2.5～3.5時，脫硫最為有效。

鋼液溫度：鋼液的溫度直接影響到鋼液和爐渣的流動性和脫硫反應(yīng)，鋼液在1560℃以下的溫度下脫硫是困難的。因此，應(yīng)當保證鋼液的排出溫度超過1560℃，但鋼液溫度升高時，爐渣迅速熔化，流動性良好，脫硫效率高。

爐渣氧化性：LF精煉指的是在白渣下進行脫硫及合金微調(diào)。熔渣的脫水對熔渣的運行至關(guān)重要，熔渣中的高含氧量可嚴重影響脫硫，氧含量越低脫硫效果越好。

3 LF精煉脫硫操作實踐

煉鋼則為煉渣。只有滿足高機動性的熔渣，才能保證對脫硫的反應(yīng)，適當?shù)膲A性及渣量再配以合適的吹氬操作才能保證脫硫反應(yīng)的順利進行，將企業(yè)生產(chǎn)與更合理的工藝系統(tǒng)結(jié)合起來，確保生產(chǎn)的成功。

3.1 渣量控制

冶煉LF爐所需的爐渣要求有兩個方面。首先，應(yīng)考慮到埋弧的爐渣體積不小于100mm厚的作業(yè)要求。其次，對所涉廢渣進行脫硫處理的條件為：有足夠數(shù)量的爐渣；避免使用其余少量的爐渣，由于其堿度低于要求，不利于脫硫；數(shù)量過量可能會增加脫硫率，原料和電力的消耗也會增加；爐渣太厚，對脫硫的反應(yīng)太長，無法適應(yīng)目前過快的生產(chǎn)速度。因此，在渣量控制的過程中，應(yīng)當遵循以上要求[4]。

3.2 渣況判斷及渣性控制

白渣是一種堿性的爐渣，其脫氧和脫硫能力很強，爐渣的質(zhì)量與鋼液脫硫直接相關(guān)，其質(zhì)量由其顏色來衡量。評定白渣，不僅從其白色的程度來看，而且還需要從其時間和形狀來看，白渣的顏色通常較為穩(wěn)定，并且能夠在很長一段時間保持白色，表明鋼液脫氧良好。堿性爐渣的顏色因爐渣氧化而不同，爐渣的顏色不同，表明了鋼渣和液體的不吸附程度。

隨著熔渣氧化的減弱，熔爐渣顏色也逐漸變淺，由黑色→灰色→黃色→淡黃色→白色變化。如果沒有跡象表明爐渣中較高的三氧化二鋁濃度會影響脫硫，此時應(yīng)增加一定數(shù)量粗糙的石灰渣。若石灰含量太高，尚未完全熔化，需要再加一些鋁礬土，熔化后再取樣觀察。

3.3 吹氬操作

為了確保脫硫反應(yīng)和鋼液中雜質(zhì)的完全漂浮，同時也為精煉脫硫和大量液化，需要的氬氣混合強度為200NL/min，以便于提高脫硫反應(yīng)。均勻鋼液成分、溫度時氬氣攪拌強度為100NL/min～150NL/min；軟吹時攪拌強度為50NL/min～80NL/min，避免液面裸露，引起鋼液二次氧化。

4 結(jié)論

目前，許多成熟的脫硫技術(shù)在國內(nèi)外都得到了開發(fā)和推廣，并在實踐中得到廣泛應(yīng)用。我國在實際應(yīng)用脫硫技術(shù)方面取得了很大進展，但仍然存一定問題。隨著越來越高的環(huán)保要求，我國LF爐精煉脫硫工作將面臨更大的挑戰(zhàn)。在冶煉鋼的過程中，確保控制鋼材質(zhì)量，最大限度提高鋼材的利用效率。因此，在生產(chǎn)過程中，必須考慮提高其效率和經(jīng)濟效益，確保技術(shù)能夠更好滿足生產(chǎn)要求。