LF無氟化快速脫硫工藝研究與實踐

梅雪輝，許海亮，劉磊，金龍，張志文，張立宏，鄒寧

（1.鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，遼寧 鞍山 114021；2.鞍鋼集團眾元產業發展有限公司，遼寧 鞍山 114010）

在LF精煉過程中，螢石常作為助熔劑用于快速熔化精煉白灰，降低LF頂渣的粘度，提高其流動性，以改善LF的脫硫動力學條件。螢石的主要成分CaF與原料或頂渣中的水和SiO等物質反應，生成HF和SiF等有毒的氟化物氣體，既污染環境，又危害人體健康。而且，螢石對鋼水罐渣線侵蝕嚴重，影響爐襯壽命，增加煉鋼耐材消耗。鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠（以下簡稱“煉鋼總廠”）3生產線總產量的50%左右為低硅鋁鎮靜鋼，全部經LF處理上機。為了解決環保問題，LF采用無氟化造渣工藝，以鋁礬土作為助熔劑代替螢石。由于鋁礬土化渣效果不如螢石，造渣時需要提高其與石灰的配比，結果導致精煉渣堿度降低，不利于脫硫反應，LF平均處理周期長達38.92 min。隨著鑄機拉速的提高，LF處理周期長與鑄機拉鋼周期縮短的矛盾日益突出。因此，本文對影響鋼水脫硫速度的因素進行了分析，研究并開發了低硅鋁鎮靜鋼的LF無氟化快速脫硫工藝，縮短了此類鋼種的LF處理時間，取得較好的效果。本文對此做一介紹。

1 LF主要設備及工藝參數

煉鋼總廠3生產線現有2座135 mm厚的單流中薄板坯鑄機，2座90 t LF，2座90 t RH。LF承擔著該生產線精煉工序90%以上的生產任務。LF主要設備及工藝參數見表1。

表1 LF主要設備及工藝參數Table 1 Key Equipment to LF and Parameters for LF

2 影響鋼水脫硫速度的因素

2.1 頂渣流動性

提高頂渣流動性，將使乳化渣滴的平均直徑隨之減小，從而使鋼-渣的反應界面變大，有利于提高鋼水脫硫速度。

煉鋼總廠3生產線LF使用鋁礬土代替螢石化渣，相同數量的白灰需要配加更多的鋁礬土，從而造成渣堿度降低，脫硫困難。為了減輕對脫硫的不利影響，減少鋁礬土加入量后，又導致部分頂渣偏干，流動性下降，反而不利于鋼水脫硫。

2.2 堿度

頂渣堿度高有利于脫硫。隨著堿度的增加，硫的分配系數也隨之提高。LF爐脫硫渣的堿度應大于4.0。硫的分配系數在爐渣堿度為14時達到極大值。堿度進一步增大，硫的分配系數反而有所減小。

煉鋼總廠3生產線LF采用鋁礬土造渣后，LF終渣堿度情況見圖1。由圖1可知，終渣堿度達到5.0以上，均值約為6.392，能夠滿足脫硫條件。

圖1 LF終渣堿度Fig.1 Alkalinity of Final Slag in LF

2.3 鋼水溫度

鋼水的脫硫反應是吸熱反應，高溫有利于脫硫反應的進行。另外，高溫也利于LF化渣，提高脫硫的速度。統計生產數據得到鋼水溫度與脫硫率的關系見圖2。由圖2看出，脫硫率隨著鋼水溫度的升高而提高。低硅鋁鎮靜鋼的生產實踐表明，1 590℃以上進行脫硫較為有利。

圖2 鋼水溫度與脫硫率的關系Fig.2 Relationship between Molten Steel Temperature and Desulfurization Rate

2.4 鋼水中Als含量

LF 的脫硫反應為：

由式（1）可以看出，鋼水中Als含量高有利于脫硫反應向右進行。統計生產數據得到鋼水中Als含量與脫硫率的關系見圖3。

圖3 鋼中Als含量與脫硫率的關系Fig.3 Relationship between Content of Als in Molten Steel and Desulfurization Rate

由圖3可以看出，鋼水中Als含量大于0.02%時，脫硫率明顯提高。低硅鋁鎮靜鋼生產實踐中，鋼水中Als含量控制約為0.05%時能夠實現快速脫硫。如果鋼水中Als含量高于0.08%，則鋼水回硅嚴重，易造成硅成分超標；如果鋼水中Als含量低于0.04%，則脫硫速率緩慢，會延長LF處理時間。

2.5 攪拌強度

鋼水脫硫反應是在渣-鋼界面上進行的，鋼中硫向渣中傳質是該反應的限制性環節。鋼水攪拌越劇烈，鋼渣混合的效果就越好。脫硫反應界面大，有利于鋼水快速脫硫。

3 LF無氟化快速脫硫工藝實踐

3.1 轉爐出鋼工藝控制

（1）轉爐擋渣出鋼，能夠減少高含量SiO的氧化性轉爐渣進入鋼水罐。

（2）為了減輕LF造渣負荷，將部分造渣材料的熔化任務轉移到轉爐工序。轉爐出鋼過程采用快速預成渣技術，可以利用轉爐出鋼預成渣，為LF化渣創造條件。

具體作法是：在出鋼過程中向鋼水內加入3.5～4.0 kg/t鋼的小粒白灰 （一種價格低廉的轉爐石灰篩下料）或白灰球（一種價格低廉的轉爐石灰篩下料制成的小球），利用出鋼時鋼水的沖擊攪拌和鋼水的高溫化渣，實現出鋼過程的快速成渣。以此減少LF加入渣料的數量，實現節省LF處理時間的目的。

3.2 LF精煉工藝控制

當鋼水溫度、頂渣堿度、鋼水中Als含量、鋼水吹氬攪拌強度符合脫硫熱力學和動力學的要求后，頂渣的流動性就成為提高脫硫速度的決定性因素。頂渣過稀，夾雜物的吸附能力差；頂渣過粘，鋼-渣反應界面小，同樣不利于快速脫硫。生產上通過保持白灰和化渣劑的一定比例來獲得流動性較好的頂渣。

白渣的硫分配比最高，但白渣的流動性較差，脫硫速度慢。玻璃渣的流動性較好，采用玻璃渣可以達到良好的脫硫效果。生產實踐中，一般使用氧氣管粘取渣樣來判斷渣的流動性，以此來判斷玻璃渣快速脫硫的能力。氧氣管表面粘渣的厚度決定渣流動性的好壞，一般白灰和化渣劑的重量配比為3∶1～4∶1，可得到合適厚度即 0.5～1.0 mm 的玻璃渣。為了提高LF脫硫率及終渣吸附夾渣的能力，采取頂渣先稀后干的操作。在第一次脫硫結束并取過程樣后，根據頂渣的流動性，加入0.5～1.0 kg/t鋼的白灰，使終渣渣樣的厚度達到約1.0 mm。

針對SPHC鋼種，取LF無氟化快速脫硫工藝采用前后各20爐爐渣化驗，頂渣組成平均值對比見表2。由表2可見，采用LF無氟化快速脫硫工藝后，頂渣組成中AlO和CaO的比值升高，提高了頂渣的流動性，有利于鋼水快速脫硫。

表2 頂渣組成平均值對比Table 2 Contrast of Average Values of Compositions in Top Slag %

4 取得的效果

4.1 縮短LF處理周期

采用無氟化快速脫硫工藝前后的LF處理時間對比見圖4。

圖4 采用無氟化快速脫硫工藝前后的LF處理時間對比Fig.4 Contrast of Treatment Time in LF before and after Using Rapid Desulfurization Process with No Fluoride

由圖4看出，采用無氟化快速脫硫工藝生產低硅鋁鎮靜鋼后，LF精煉時間明顯縮短，平均處理周期由38.92 min縮短到30.87 min。

統計采用該工藝前、后1個月的初始S含量和搬出S含量數據，脫硫率對比見表3。

表3 采用無氟化快速脫硫工藝前后LF脫硫率對比Table 3 Contrast of Desulfurization Rates by LF before and after Using Rapid Desulfurization Process with No Fluoride%

由表3看出，脫硫率及搬出S含量均值達到采用該工藝前的水平，能夠滿足連鑄生產的需要。如適當延長處理時間，脫硫率還有提高空間。該工藝可應用于多數LF鋼種。

4.2 降低LF電耗

3生產線 LF升溫速度約為 5℃/min。鋼水溫降按1℃/min計算，LF爐每分鐘耗電245 （kW·h），電價為 0.55 元/（kW·h），鋼水重量為92 t/罐。LF平均處理時間約由38.92 min縮短到約30.87 min。則LF電耗降低：

（38.92-30.87）×1/5×245×0.55/92=2.36 元/t鋼

5 結論

（1）鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠針對LF精煉低硅鋁鎮靜鋼時采用鋁礬土代替螢石作為助熔劑，導致LF處理周期長的問題，研究并應用了LF無氟化快速脫硫工藝。

（2）玻璃渣有利于LF無氟化快速脫硫，白灰和化渣劑的重量配比為3∶1～4∶1即可得到合適的玻璃渣。

（3）采用LF無氟化快速脫硫工藝后，低硅鋁鎮靜鋼LF平均處理周期由38.92 min縮短到30.87 min，LF電耗降低2.36元/t鋼。

（4）該工藝可應用于多數LF鋼種，具有廣闊的應用前景。