钢包渣改质剂和LF炉渣组分对脱硫性能的影响

发布时间：2020-03-30所属分类：科技论文浏览：1次

摘 要： 摘要介绍了钢包渣改质剂的主要类型和作用，分析了LF精炼渣各组分对脱硫性能的影响，为改质剂和精炼渣的研究使用提供参考依据。 关键词改质剂LF精炼渣脱硫性能 0前言 钢包渣改质剂的使用可以降低钢包顶渣的氧化性、提高渣的碱度、改善顶渣的脱硫条件，为LF炉

　　摘要介绍了钢包渣改质剂的主要类型和作用，分析了LF精炼渣各组分对脱硫性能的影响，为改质剂和精炼渣的研究使用提供参考依据。

　　关键词改质剂LF精炼渣脱硫性能

　　0前言

　　钢包渣改质剂的使用可以降低钢包顶渣的氧化性、提高渣的碱度、改善顶渣的脱硫条件，为LF炉冶炼(超)低硫钢减轻负担，实现了精炼前移功能。合适的LF精炼渣可以更好的完成精炼过程脱氧、脱硫、去气以及去夹杂的任务。因此，研究钢包顶渣改质剂和LF渣组分对精炼的影响十分必要。

　　1钢包渣改质剂的作用

　　由于在初炼炉(转炉或电炉)出钢过程中不可避免的会带人一些高氧化性渣，引起合金化过程的合金损失，同时也增加了耐火材料的溶解机率，给钢水造成严重的二次污染。图1是通过热力学分析和实测所得到的渣一钢氧化性对硫分配比厶的影响。

　　由图1可以看出，想要获得高的硫分配比，FeO含量应<1%，但目前钢厂初炼炉下渣中(FeO+MnO)含量普遍在7%～13%之间，有的甚至高达20%以上，这给后续LF炉精炼增加了极大的负担。通过钢包渣改质技术的使用，可以有效的降低炉渣和钢水的氧化性，提高炉渣的光学碱度。由文献[1、2]可知，在渣流动性良好的情况下，在喂铝线和LF精炼过程中，铝线及钢液中酸溶铝主要被渣中SiOMnO、FeO、Cr20以及大气氧化烧损。因此钢包渣改质剂的加入降低了渣钢的氧化性，进而为降低铝的损失创造了有利的条件。

　　在出钢及运输过程中添加改质剂，降低入LF炉前的S含量，因为在LF炉内只能对加人渣料和合金料中S含量进行控制，对钢水的原始S含量必须在人LF炉前进行有效的控制。

　　在出钢过程中加人改质剂，随着钢流的冲刷，改质剂能更好的与钢液进行接触，起到净化钢液的作用。钢包渣改质去除夹杂主要有以下两方面的作用J：(1)钢中原有的夹杂与乳化渣滴碰撞，被渣滴吸附、同化并随着渣滴上浮而去除;(2)促进二次反应产物的排出，从而使成品钢中夹杂物数量减少。

　　2钢包渣改质剂的类型

　　目前国内大部分钢厂使用的改质剂主要有4种：CaO+CaF：基稀释剂;A1基改质剂;CaC基改质剂和以铝厂的生产尾料为主原料进行成分调制所得改质剂(A改质剂)。

　　2.1CaO+CaF2基稀释剂

　　由于CaO+CaF基稀释剂使用操作方法简单，成本较低，因此为各钢厂普遍采用。但由于其渣量大，成渣速度慢，只是起到稀释作用，不能从根本上解决FeO含量高的问题。因此在冶炼(超)低硫钢时很少使用。

　　2.2A1基钢包渣改质剂

　　Al是一种活泼金属，与氧的结合能力很强。因此使用Al基钢包渣改质剂能起到很好的脱氧作用，保证人LF炉前得到低氧化性渣。但是Al的成本较高，且其脱氧产物是A1O，A1：O在碱性渣中呈酸性，会降低顶渣的碱度(通过添加CaO可以消除此影响)，影响脱硫效果。再者，部分A1O，会残留于钢液中，造成钢液的污染，甚至会造成吸氮以及浇注过程中水口结瘤等问题，因此钢厂很少使用。

　　2.3CaC，基改质剂

　　电石渣剂是一种较好的扩散脱氧剂，其脱氧产物一是气体，不会对钢液造成污染，有利于夹杂物的上浮;二是CaO，有利于提高炉渣的碱度，进而改善炉渣的脱硫条件。但使用该渣剂过程中会造成一定量的增碳。因此在该改质剂实际使用之前须考虑冶炼过程中增碳的问题。

　　2.4A改质剂

　　此改质剂的最大优势就是成本较低，来源稳定，其生产原料主要来源于铝厂的生产尾料(包括生产铝锭的铝渣和电解A1：O。的下脚料)。其成本与单纯添加铝球进行脱氧具有明显的成本优势。由文献[4]可知，由铝厂生产尾料所调制的改质剂，成分如表1所示，其成品平均S含量比不使用改质剂时降低了33%。

　　3LF精炼渣的作用

　　LF精炼渣主要由基础渣系、脱硫剂、还原剂、发泡剂和助熔剂等组成。其基本功能为：深脱硫，深脱氧，改变夹杂物的形态，防止钢液二次氧化和保温作用，去除钢中非金属夹杂物，起到净化钢液的作用;起泡埋弧，稳定电弧和传热，防止热量散失，保证冶炼温度，提高热效率。

　　精炼渣最主要的功能是对钢水进行深脱硫。关于精炼渣系脱硫脱氧方面已有大量的研究报道，钢包精炼的基础渣系为CaO—SiO一A1O，可配入适当的CaF以提高渣的流动性;配入一定量的强碱性氧化物以提高渣的脱硫能力;加入一部分MgO提高包衬的寿命。此外还可以配加一些发泡剂等。LF精炼渣系脱硫过程是一个还原过程，脱硫反应方程式如下：

　　4精炼渣系组成成分对脱硫的影响

　　4.1CaO含量对脱硫的影响

　　CaO是精炼渣系的主组元，其含量的高低直接影响脱硫效果，因此为保证精炼渣的脱硫效果，要求精炼渣系中含有较高的自由CaO。但是过高的CaO含量会导致渣中出现固相质点，使渣出现非均相，导致炉渣的粘度提高，从而使精炼脱硫的动力学条件恶化。

　　在80～90tLF炉上进行了试验，精炼渣中CaO的含量为45%～55%，MgO的含量为5%～9%，SiO2的含量为10%～20%，CaF2的含量为7%～12%，精炼周期为40min左右[5]。研究发现，随着熔渣碱度的升高，渣硫容量增大，脱硫能力提高。当渣碱度达到一定值时，随着渣碱度继续增大，渣中CaO的含量升高，熔渣粘度变大，炉渣脱硫的动力学条件恶化，渣界面S的扩散成为限制环节，脱硫率反而降低。

　　在250tLF炉对CaO—SiO2一A12O3一MgO渣系进行了工业的脱硫实验，研究发现硫分配比受渣碱度的影响较大。当渣碱度<3.0时，硫分配比随碱度的增加而增加，而当碱度>3.0后，硫分配比随碱度的增加而下降。

　　提出增大炉渣碱度可提高脱硫速率，渣的碱度在3.5～4.5范围内时，能取得较高的硫分配I：I~E。

　　国外LF精炼渣的碱度普遍较高，渣中CaO含量有时可高达65%，而国内LF精炼渣的碱度大多处于1.6—2.2和2.2—3.0的水平。首钢LF精炼渣的碱度为2.79～4.36，当渣中(FeO+MnO)含量<1.5%时，硫分配比分布在26～148范围内。渣碱度在3.5～3.7时，硫的分配比达到最大，渣碱度过高将恶化脱硫的动力学条件，使硫的分配比下降。

　　上述研究表明：渣系的碱度对脱硫的影响很大，在一定范围内，随着渣系的碱度增大，脱硫率增大，但增大到一定值时继续增大CaO的含量，脱硫率不升反降。因此对于不同钢种的冶炼，应采用不同的精炼工艺确定合理的精炼渣碱度。

　　渣指数(CaO/SiO：A1：O3)反映了精炼渣在一定碱度下的流动性。渣指数越低，硫的分配比越高，当渣的指数为0.2—0.4时，硫的分配比超过80%。

　　4.2AI0，含量对脱硫的影响

　　A1：0主要来源于原料和脱氧产物。AI0是两性氧化物，在碱性渣中呈酸性。因此，随着A10含量的适当增加，炉渣碱度降低，脱硫能力降低。但在实际生产中，适当增加A10含量可以降低渣的熔点，促进化渣。因此，要获得良好的冶金性能，兼顾脱硫能力和物理性能，A10一般用量可控制在10%～18%范围之内。

　　对CaO—A12O3一CaF2一SiO2一MgO预熔渣系的脱硫进行了实验研究，结果表明当渣中A12O3含量<23.72%时，脱硫率随着A1O3含量的增加而呈降低趋势J。超过此值时，脱硫率将随着A10，含量的增大而升高。

　　4.3MgO含量对脱硫的影响

　　MgO为强碱性氧化物，其脱硫能力略低于CaO。主要作用是降低渣中。，提高。，从而提高L。MgO对脱硫的不利影响是过高的MgO含量使渣的熔点提高，特别是当含量>6.0%一8.0%之后，将促使渣迅速稠化。在精炼渣中加入适量的MgO，可以起到保护炉衬的作用，减少了炉衬向熔渣的溶解过程。因此渣中MgO的添加量要适中。在精炼脱硫渣中，MgO适宜量为4%一6%。

　　4.4SiO：含量对脱硫的影响

　　SiO在渣中的主要作用是调节渣的碱度和粘度，SiO：含量过高，渣的碱度减小，熔渣组元活度受到影响。SiO属于表面活性物质，增加SiO有利于提高吸附膜的弹性和强度，使精炼渣的密度降低、粘度增加、表面张力降低，促进精炼渣发泡，有利于减少钢中点状夹杂物。

　　4.5CaF：含量对脱硫的影响

　　CaF：在精炼渣中能显著降低渣的粘度，改善炉渣流动性。增加CaF：含量能降低炉渣表面张力，有利于发泡，含量过高会影响炉衬寿命。按分子理论，随着脱硫反应的进行，渣钢界面将有CaS固相形成，而CaS固相阻止了脱硫反应的继续进行，而且使液相量减少。渣中加入caF，有利于CaS固相的破坏，使液相量增加，改善了脱硫条件。但当渣中CaF：含量达到足以阻止CaS固体形成时，继续增加CaF，会造成渣中CaO被稀释，有效CaO浓度降低，不利于脱硫。

　　4.6(FeO+MnO)含量对脱硫的影响

　　渣中(FeO+MnO)含量的多少，标志着渣氧化性的强弱。从脱硫的热力学条件分析，氧化性低有利于脱硫反应的进行，因此精炼渣要求还原性强，(FeO+MnO)含量应控制在1%以下。在实际生产中可以通过控制转炉的下渣量和钢包渣改质等措施降低渣中(FeO+MnO)的含量。

　　研究结果表明，在(FeO+MnO)含量<2.0%时，实际硫分配比随其含量降低而快速升高，几乎呈线性增加J。因此应尽量降低渣中(FeO+MnO)的含量，其最佳值<2.0%，最大值不超过2.5%。

　　文献[10]认为，渣中(FeO+MnO)含量>l%以后，脱硫效率将明显下降。为达到较高的脱硫效率，应严格控制渣中(FeO+MnO)含量，其含量<1%。

　　为了研究脱氧速度，将LF脱氧过程分为向体系外排氧和向体系内供氧两个环节。研究表明，炉渣氧势对脱氧过程影响极大，降低炉渣中(FeO+MnO)含量及提高碱度可降低氧势，加速炉渣脱硫脱氧反应的进行¨。在一定碱度范围内，(FeO+MnO)含量<0.5%时，硫的分配系数可达120～150，钢的纯净度得到显著提高。

　　5结论

　　(1)为保证LF炉精炼终点的硫含量低于某一目标值，必须选定合适的炉渣组分，使炉渣具有高碱度、低氧化性等特点。

　　(2)通过在出钢过程中进行钢包渣改质处理，将LF精炼前期的造渣过程前移到转炉出钢及运输过程，部分实现了LF前期造白渣，对LF炉实现高效化生产具有重要意义。

　　(3)A类改质剂具有较大的成本优势，且可以较大程度地提高脱硫率，可以进行批量推广应用。

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