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      LF精煉渣成分優化

      添加時間:2020/12/2 13:26:20 瀏覽次數:147

      硫是活潑的非金屬元素之一,通常以元素態溶解與鐵液中。硫和鐵能形成FeS,并易于形成低熔點共晶 。當鋼凝固結晶時低熔共晶易于沿晶界分布;若把含有硫化物共晶的鋼加熱到高溫,例如1100℃以上時,共晶體就將熔化,因此就引起軋制或鍛造時的晶界碎裂(熱脆)。對于大多數鋼種而言,硫是鋼中的有害元素,它不僅引起鋼的熱脆,而且使表面裂紋增加,韌性下降,鋼的Z向性能惡化,并對氫致裂紋(HIC)、硫化物應力腐蝕裂紋(SCC)有較大影響 。一般生產中脫硫主要在鐵水預處理和爐外精煉這兩個階段進行。

      1.LF脫硫機理

      鋼水脫硫反應需要在還原氣氛下進行,脫硫的過程就是將鋼中的硫元素還原成硫離子,并與鋼中的陽離子如Ca2+、Mg2+形成穩定的硫化物,并被爐渣所吸附而去除的過程。鋼中的Ca2+來自于加入的脫硫劑CaO或精煉合成渣。

      LF爐是通過采用CaO基精煉渣對鋼水進行深脫硫。實際生產中為了方便表示脫硫效果,一般采用硫的分配比來衡量脫硫效果的好壞,即硫在渣鋼間的分配比(LS).

      影響鋼水脫硫效果的熱力學因素主要包括:渣的容硫量(CS),硫在鋼渣間的分配系數,鋼水溫度和爐渣黏度。爐渣的硫融量則取決于爐渣的化學成分,通過改變爐渣的化學成分,而通過提高Ls,達到優化脫硫的效果。

      2. 影響脫硫因素的分析

      以公稱容量150t的LF精煉爐為例,基本工藝路線為KR-BOF-LF-RH-CC。轉爐出鋼嚴格擋渣,出鋼過程中采用Al鐵強脫氧,配合SiMn、MC-MnFe脫氧及合金化,同時加入適量活性石灰、螢石以及精煉合成渣作為精煉頂渣。LF爐要求供電10min后形成白渣并保證白渣時間15分鐘,精煉過程中向渣中加入硅鋁粉、鋼水促進劑、碳化硅以及鋁線進行脫氧。主要加入CaO基精煉渣對鋼水進行深脫硫。通過三相電極供電升溫化渣,同時控制底吹氬氣流量來調節爐內反應。通過在現場跟蹤取樣,對不同爐次的渣樣及鋼樣進行對比分析,總結出LF深脫硫的最佳條件。 

      2.1 爐渣堿度對硫分配比Ls的影響

        爐渣的堿度通常用渣中堿性氧化物和酸性氧化物濃度之比來表示,此次采用的是二元堿度R(CaO/SiO2)。通過現場采集的爐渣數據,得到了爐渣堿度與硫分配比之間的關系,如圖1(a)所示。從圖中可以發現,爐渣堿度的范圍是在2.3~5.1之間;在此之間內,隨著堿度R的增大,硫分配比也同時增大,也就是脫硫效果就越好。同時在圖1(b)中發現,當CaO含量過高時,渣中有固相質點析出,熔渣中出現非均相,導致了爐渣粘度上升,從而流動性變差,因此影響了脫硫的動力學條件,使硫分配比下降。

      將渣中CaO控制在一定的范圍內,從而控制爐渣粘度。在精煉脫硫過程中,若爐渣粘度過大,則惡化了脫硫的動力學條件,造成脫硫困難。提高爐渣的流動性,可以減小乳化渣滴的平均直徑,從而增大渣鋼接觸面積,促進脫硫。若粘度過小,爐渣向耐火材料的滲透能力強,會造成耐火材料損耗增加,同時在精煉爐中也不利于實現埋弧操作。結合采集的現場數據,將CaO含量控制在55~60%,SiO2控制在12~20%,就能使脫硫效果最佳,進而保證低硫鋼的穩定生產。

      2.2 MgO對硫分配比LS的影響

      由于精煉爐內襯MgO耐火材料的侵蝕,在精煉后有一定量的MgO進入渣中。

      MgO也是堿性氧化物,能夠提供O2-,其脫硫能力略低于CaO,且在鋁酸鈣中含有少量MgO,對提高硫分配比是有益的。但是MgO對脫硫的不利影響是提高渣的熔點,特別是在MgO含量大于8%之后,隨著MgO含量的增加,使爐渣迅速稠化,不利于脫硫反應的繼續進行[6] 。如圖2所示,隨著渣中的MgO含量的增加,硫分配比Ls也有小幅度的上升,從而驗證了這個理論。

      與此同時,所得到的數據中也可以看出,渣中MgO的含量主要分布在4%~6%之間。

      2.3不穩氧化物對硫分配比Ls的影響

      爐渣的氧化程度取決于渣中FeO及MnO的含量,MnO與FeO對脫硫作用的影響相似,渣中FeO+MnO含量對脫硫效果有較大的影響。圖3為渣中FeO+MnO含量和硫分配比Ls之間的關系圖。隨著熔渣中的FeO+MnO含量地增大,Ls的值逐漸降低;當熔渣中的FeO+MnO含量大于0.7%以后,硫分配比Ls變化趨于平緩,但數值較低,所以為了達到較高的脫硫效率,應該嚴格控制渣中FeO+MnO小于0.7%。在LF精煉過程中還原條件下脫硫,熔渣中FeO和MnO

      升高,使O2-濃度增加,引起鋼中氧位增加,不利于脫硫。

          所以在精煉初期,應先進行脫氧,不僅要造出白渣而且要保證白渣時間15min以上,最終使渣中FeO+MnO含量小于0.7%,降低氧勢,提供好的脫硫動力學條件。

      2.4 Al2O3對硫分配比Ls的影響

      Al2O3是兩性氧化物,在堿性渣中呈現酸性,研究表明[7] ,曼內斯曼指數MI= [ω(CaO)/ω(SiO2)]/ω(A12O3)一定時,降低渣中A12O3含量可提高Ls,但渣中A12O3太低,又會使渣中CaO溶解度大為降低,反而惡化脫硫效果。根據現場數據與得到熔渣中Al2O3含量與硫分配比Ls的關系圖。如圖4所示,當Al2O3含量在15~20%之間中,隨著Al2O3含量的增加,硫分配比也增加;但是當Al2O3含量超過20%以后,隨著Al2O3含量的增加,硫分配比Ls開始緩慢下降。

      析原因可知,由于Al2O3具有降低熔渣熔點的作用。當熔渣中Al2O3含量小于20%時,可以提高熔渣的流動性,促進脫硫反應的進行,但是當Al2O3含量過高時會降低渣堿度,同時也不利于Al2O3夾雜物的上浮。故根據實際情況,熔渣中的Al2O3含量的最佳范圍在18~22%。

      3. 工藝改進后的效果

      通過對精煉終渣的分析,從而對生產工藝進行改進后,對所抽查的幾爐鋼的成品S%均在50ppm以下,說明經過工藝改進后,調整精煉終渣中各組成成分的范圍,獲得較好的效果。

      4. 結論

      (1) 通過對精煉渣的分析,渣中CaO含量、MgO含量、FeO+MnO含量、Al2O3含量以及渣堿度均對脫硫反應均有影響;

      (2) 精煉渣中CaO含量控制在55~60%,SiO2含量控制在12~20%,并保證渣堿度在4.0~4.5時,脫硫效果最好。

      (3) 當渣中MgO含量控制在4%~6%之間,可以略微提高渣的脫硫效果。

      (4)  渣中FeO+MnO含量對脫硫有很大的影響,故在精煉初期,應先進行脫氧,不僅要造出白渣而且要保證白渣時間在15min以上。并保證終渣中FeO+MnO含量小于0.7%。

      (5) 熔渣中的Al2O3含量的最佳范圍在18~22%。在此區間內既能保證脫硫效果好,也能保證Al2O3夾雜物的去除,最終達到精煉爐脫硫、脫氧以及去除夾雜物等功效。

       

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