低碳低硅鋁鎮靜鋼快速脫硫工藝實踐

武 劍，周 偉，趙梓云，任 濤，陳 旭

（日照鋼鐵控股集團有限公司，山東 日照 276806）

硫在鋼中通常是有害元素[1]，常規低碳鋁鎮靜鋼要求w（S）＜0.008%，日鋼連鑄產線鑄坯冷卻速度快、冷卻強度大，對硫要求更為嚴格，w（S）＞0.005%極易產生邊裂，因此要求低碳低硅鋁鎮靜鋼w（S）≤0.003%。當前日鋼連鑄低碳低硅鋁鎮靜鋼主要采用BOF-LF-CC或BOF-RH-LF-CC工藝路線，由于此工藝路線不進行鐵水預脫，脫硫任務主要在于LF工序，LF爐低碳低硅鋁鎮靜鋼到站溫度1 530～1 550℃，到站初始硫含量（質量分數）0.020%～0.040%，連鑄產線平均每爐鋼拉鋼時長53 min，刨除軟吹工藝需求的時間，LF升溫、造渣、脫硫時間約35 min，溫度低節奏緊任務重。本文以連鑄產線下高拉速、短周期、低溫度、低成本為背景，進行快速造渣脫硫研究。

1 脫硫原理

鋼水脫硫是指在還原性氣氛下,鋼液中的硫元素被還原成S2-，并與鋼液中的Ca2+、Mg2+結合形成穩定的化合物，通過氬氣攪拌進而被爐渣捕捉、吸附的過程。其中Ca2+、Mg2+主要來源于石灰及精煉渣，日鋼LF精煉主要以石灰（主要成分CaO）脫硫為主，脫硫反應的最基本離子方程式可以表示為[2-3]：

上述脫硫反應為吸熱反應，其熱力學影響因素主要為溫度、爐渣黏度、爐渣的硫容（Cs）及硫在爐渣間的分配系數（Ls），這些熱力學影響因素主要與爐渣的溫度及化學組成有關。日鋼連鑄產線LF到站溫度1 530～1 550℃相比其他鋼廠熱力學方面不具備優勢。

脫硫反應動力學影響因素主要為鋼液攪拌能及攪拌時間，對于日鋼以底吹氬氣攪拌為主的LF工序來說，這些動力學影響因素主要與吹氬流量及吹氬時間有關，但產線拉速快、周期短，同樣不具備脫硫優勢。必須從爐渣組成、造渣制度、吹氬制度等方面進行優化，快速造渣脫硫，提高脫硫效率。

2 脫硫工藝實踐

2.1 鋼的化學成分要求

為保證低碳低硅鋁鎮靜鋼具有良好的沖壓性能和表觀質量，鋼的化學成分要求如表1所示。

表1 日鋼低碳低硅鋁鎮靜鋼成分 %

2.2 爐渣組成

低碳低硅鋁鎮靜鋼以鋁制品脫氧為主，且過程控硅，渣中SiO2、MgO含量較低，因此常用的二元堿度（m（CaO）/m（SiO2））、三元堿度（m（CaO）/m（SiO2）+m（Al2O3））、四元堿度（m（CaO）+m（MgO）/m（SiO2）+m（Al2O3））均不能很好的反應爐渣堿度情況，對低碳低硅鋼種爐渣堿度起決定性作用的為渣中CaO、Al2O3含量，故定義m（CaO）/m（Al2O3）為低碳低硅鋁鎮靜鋼爐渣堿度，簡稱為C/A，取幾組不同精煉終渣統計其脫硫率如下頁表2，現場實踐發現對于低碳低硅鋁鎮靜鋼當爐渣C/A比值＞2，爐渣流動性變差，脫硫效率降低；當C/A比值＜1.5，爐渣堿度不足脫硫效率降低；渣中C/A比值在1.5～2.0的范圍內爐渣脫硫率較高，結合現場控硅經驗C/A比值越高越利于過程控硅，因此較為合適的C/A比值應為1.8～2.0。

表2 不同精煉渣脫硫率 %

2.3 造渣制度

為減輕LF造渣壓力，同時提高鋼水吊運過程保溫效果，進行轉爐出鋼加石灰、鋁粒提前脫氧造渣，摸索500 kg、1 000 kg、1 500 kg、2 000 kg石灰造渣，根據現場實際運行發現四種不同頂渣保溫效果差別不大，如圖1，但500 kg頂渣LF爐到站爐渣較稀，堿度低不利于前期埋弧造渣，1 500 kg、2 000 kg頂渣均出現不同程度頂渣結駝現象，1 000 kg頂渣融化良好，LF到站爐渣堿度較適宜。

圖1 四種頂渣吊運過程溫降

通常轉爐出鋼采用鋁錠對鋼水進行脫氧合金化，鋁錠密度小易浮于鋼液表面被空氣氧化，造成鋼液脫氧不完全、鋁回收率低等問題，通過采用出鋼鋁錠脫氧、氬站喂鋁線（200 kg鋁錠+1 000 m鋁線）的方式代替純鋁錠脫氧（400 kg鋁錠），提高鋁制品收得率，保證鋼液、鋼渣同時脫氧，減輕LF到站造渣壓力，鋁錠+鋁線脫氧與純鋁錠脫氧鋁回收率對比如表3，鋁錠+鋁線脫氧與純鋁錠脫氧LF進站渣樣對比如表4。鋁錠+鋁線脫氧相比純鋁錠脫氧鋁制品回收率提高6%，LF進站爐渣氧化性降低1.22%，為LF快速造渣脫硫提供良好基礎條件。

表3 鋁錠+鋁線脫氧與純鋁錠脫氧鋁收得率對比

表4 鋁錠+鋁線與純鋁錠脫氧LF進站渣樣

為保證爐渣具有足夠的脫硫能力，脫硫總渣量應控制在8～12 kg/t[4]，考慮短周期、快節奏的冶煉模式，為快速將硫磺降低至0.003%以下，總渣量按照上限控制。轉爐過程石灰用量約3 kg/t，LF需補加7～9 kg/t，即2 100～2 700 kg。將LF脫硫過程大致分為三個階段：初期（開始冶煉-第一次送電結束，爐渣造渣期，約8～10 min）、中期（第一次送電結束-變渣，爐渣成渣期，約10～20 min）、末期（成渣-冶煉結束，純脫硫及爐渣調整期，約10～15 min）。

由于LF到站溫度較低，前期爐渣融化效果差，為兼顧脫硫基礎渣量與爐渣流動性，通過實踐摸索首批石灰按照1 300～1 500 kg控制，若爐渣過稠前期可補加螢石降低爐渣熔點提高爐渣流動性；中期溫度升高化渣較好，為保證爐渣硫容，提高過程脫硫能力，同時減少末期補灰調渣壓力，中期石灰用量按照500～1 000 kg控制；末期溫度達到高點，攪拌脫硫，為防止爐渣過稀、堿度不足，末期石灰用量按照100～300 kg控制，調節終渣堿度。

2.4 吹氬制度

鋼包底吹氬氣做為脫硫反應動力源，對化渣、脫硫影響較大。轉爐出鋼溫度低，為防止氬氣單透或不透，透氣芯吹掃保證耐材裸露無鋼，轉爐放鋼全程吹氬，氬站鋁線合金化過程氬氣10～20 m3/h軟吹，離站前旁通吹氬，LF工序進站旁通吹氬，全流程保證鋼包吹氬正常。

原鋼包2個吹氬點處于鋼包南側方位偏心吹氬如圖2，LF冶煉過程爐渣化渣較差，大量補加渣料易結坨，將鋼包吹氬點位北移至下料口下方，形成對角吹氬如圖3，前期化渣時間縮短約2min，脫硫時采用兩吹氬點強弱交互吹氬，解決對角吹氬中部流場抵消攪拌能力差的問題。

圖2 原鋼包底吹氬分布

圖3 現鋼包底吹氬分布

3 結論

1）通過對爐渣組成、脫氧造渣制度、吹氬制度等方面進行優化控制，日鋼精煉脫硫率達到90%以上，成品硫磺質量分數＜0.003%比例達到95.6%。

2）對于300t鋼水快速脫硫爐渣組成是基礎，渣中w（Al2O3）應控制在30%左右，C/A控制在1.8～2.0，為控制渣中w（Al2O3）可根據鋼水過吹程度采用鋁線+鋁錠出鋼脫氧合金化或出鋼過程少量硅鐵脫氧合金化兩種方式調節渣中Al2O3比例。

3）為降低LF爐造渣壓力轉爐出鋼石灰用量按照1 000 kg控制；LF工序應分階段控制石灰用量：首批石灰量控制在1 300～1 500 kg保證基礎渣量，此時爐渣過稠可使用螢石化渣；脫硫中期石灰用量控制在500～1 000 kg保證爐渣具有充足的硫容；脫硫末期石灰用量控制在100～300 kg調節爐渣堿度。

4）鋼包透氣芯對快速脫硫起到決定性作用，為保證低溫狀態下具有良好透氣性，從透氣芯吹掃到各工序吹氬都要嚴格把控。對角透氣芯對提高化渣速度有很好的效果，但透氣芯對稱會出現流場抵消降低脫硫動力學強度，可采用兩透氣芯強弱交互吹氬來解決此問題。