强脱硫方法简介

haiyue119

钢三炼钢厂初设计为一个脱硫站(二个250t鱼需罐脱硫工位)、二座250t转炉(扩装为292t)、二座吹氩站、一座LF炉、一座RH、二台连铸机,在2004到2005年相继又增加了一台宽板坯连铸机和一座250t转炉,产量大幅度上升,但脱硫能力却未增加,在品种钢比例大幅增加的情况下,脱硫能力相对不足。同时随着国内原材料的紧张,低硫废钢资源严重不足。这些情况制约了低硫品种钢尤其是管线钢的冶炼。因此在铁水脱硫和LF脱硫能力达到饱和的情况下,解决问题的办法只有转炉脱硫。

　 在转炉吹炼的氧化性气氛下,要达到脱硫效果必须极大地提高终点温度和加大渣量,对于炉况不利同时脱硫效率也低。而在出钢过程中创造还原性气氛则能取到较好的脱硫效果。因铝镇静钢在出钢过程中为避免增硅必须保持氧化性,所以不能采用出钢脱硫的办法,本文讨论的出钢脱硫仅对于硅镇静钢。

1 出钢脱硫的热力学和动力学条件

1.1 出钢脱硫的热力学条件

　 出钢脱硫的反应可以用式1、式2表达：

　 [S]+(Ca0)=(CaS)+[0]

　 △G=109960-31.04T, J/mol(1)

　 2/3[Al]+[0]=1/3(A1203)

　 △G=-414130+131.64T, J/mol(2)

　 两式相加,得到出钢加铝脱氧的情况下,用Ca0-A1203熔渣脱硫的反应式为:

　 [S]+(Ca0)+2/3[Al]=(CaS)+1/3A1203　　　　　　　　 　

　 △G=-304170+100.6T, J/mol(3)

　 渣、钢中硫的分配系数为：

　 LgLs=LgCs+Lgfs-1/3LgαA1203+2/3Lg[%A1]+21168/T-5.7(4)

　 在Ca0饱和(65%～73%)时，取αA1203= 0.015; LgCs=-1.2;fs≈1.1;取出钢温度为1873K,钢水中[Al]为0.04%;则Ls理论值为:102.78。

　 从式(4)中看出,在出钢温度一定的情况下,要加强脱硫效果,必须尽量使Ca0饱和,同时提高钢中Al含量。

1.2 出钢脱硫动力学条件

　 硫在钢渣之间的反应,其限制性环节为硫在钢、渣侧边界层的传质,传质速度方程为:

　 -d[%S]/dt=A/VFe([%S]L-(%S))·k

　 式中:A一为钢渣界面积;

　 VFe一为钢液体积;

　 L一为平衡分配系数;

　 K一为传质系数。

　 众多冶金工作者,基于各自的试验条件,定量描述了搅拌能与传质系数的关系,基本规律由下式表示:

　 k∝εn

　 当搅拌逐渐增强时,钢渣界面增大,使n值增大,当搅拌增强到一定值后,则会发生卷渣现象,从而加快钢渣间的传质。

2 出钢快速深脱硫方法的制订

　 在实际生产中,出钢温度是根据钢种设定,用提高出钢温度来加强脱硫效果是不可取的只有从高Ca0活度、强还原性、良好的搅拌三方面入手。

2.1 高Ca0活度

　 在采用Ca0-A1203渣系脱硫时,为使Ca0达到饱和,即Ca0含量达到70%以上,加入石灰量计算如下：

　 在加入足量铝铁脱氧时,合金中硅、锰收得率均在95%以上,故假定钢中氧全部与铝反应生成A1203,大罐中渣近似看作仅由加入的石灰、萤石和脱氧生成的A1203组成,萤石加入量根据经验定为240kg。

　 2A1+3[0]=A1203 (5)

　 则大罐中:

　 A1203量Q=[O]×W×102/48(6)

　 管线钢终点氧设定为900ppm,出钢量设定为270t,代入式6,大罐中A1203量为516.38kg。石灰有效Ca0设定为90%，则石灰加入量为:

　 QCaO=(516.38+240)×70%÷30%÷90%=1960kg

　 在实际生产中为避免钢水量波动、终点氧过高等因素对脱硫效果造成影响,石灰加入量定为2t～2.5t。

2.2 强还原性

　 如式4中所述,需使钢中Als达到0.04%.则当终点氧设定为900×10-6,出钢量设定为270t时,铝加入量为381kg。第三炼钢厂铝铁铝含量为40% ,则铝铁加入量为953kg。

2.3 良好的搅拌

　 第三炼钢厂钢水罐为底部有两块透气砖,设计流量为0～120m3/h。在出钢1～2min时投入石灰、萤石、脱氧合金,利用高温钢水强大的搅拌能,能快速地形成Ca0- A1203熔渣。钢水下冲形成漩涡不断将熔渣卷入钢水中,同时在底吹氩气气泡上浮与钢流向下流动的共同作用下使钢液形成紊流,加大反应面积,促进钢渣界面硫的传质,使反应趋向平衡。出钢时间为5～9min,在出钢过程中的强搅拌时间有4-7min,保证了反应的充分进行。在出钢过程中钢流示意图如图1所示:

　



　

2.4 转炉下渣的控制

　 转炉终渣氧化性很强，进入大罐后，使渣中A1203含量降低，导致硫的分配系数下降，影响脱硫效果，因此，控制转炉下渣是抑制回硫的关键手段。我们采用出钢双挡渣来控制转炉下渣，即出钢时戴石棉挡渣帽，出钢2/3时加高铝质挡渣塞。通过出钢双挡渣，转炉下渣基本控制50mm以内，重量在2t以内。钢水到Ar站后所取渣样成份见表1:

表1　　 渣样成份　　　 %

A1203 Fe CaO MgO MnO SiO2 S FeO

22.048 1.973 49.839 7.228 5.009 9.233 0.079 微量



　

　 从表1中可以看出,通过石灰含量的降低可以大致估算出转炉下渣量为1.13t。为了进一步降低转炉下渣对脱硫效果的影响,在钢水出完后加入200～300kg铝铁到渣面上,提高渣中A1203含量,避免回硫。同时控制底吹流量,降低搅拌强度,避免渣子卷入钢中引起污染和回硫。

2.5 深脱硫措施的制订

　 根据以上计算和分析,制订了如下措施:

　 1)出钢前戴挡渣帽;

　 2)出钢开始lmin后,先加入2t～2.5t石灰,同时加入240吨莹石协助化渣;加入时调整合金溜槽位置,使石灰加入时对准钢流,充分利用钢流的冲击,使石灰尽快弥散在钢水中,避免结块;

　 3)根据终点氧化性,随合金加入900kg～1200㎏铝铁,在钢水中造成强还原性气氛;

　 4)加挡渣塞挡渣,控制下渣量;

　 5)出完钢后,加入300㎏铝铁进行渣脱氧,提高渣中A1203含量，避免回硫;

　 6)在出钢过程中维持大气量搅拌,流量控制在80～120m3/h。

3 出钢深脱硫实施效果

　 第三炼钢厂在冶炼管线钢时,采取出钢深脱硫的方法,取得了良好的效果,以8月份冶炼L450-SL为例,共冶炼52炉,平均入炉硫含量为0.014% ,平均终点硫为0.025%,平均到Ar站硫为0.012% ,平均脱硫效率为48.85。当终点硫在0.025%以上时脱硫效率为54.62% ,在0.025%以下时脱硫效率为42.61%。具体分布如图2所示:　　　

　



　

　 从图2中可以看出,当终点硫较高时,经过深脱硫其到站硫含量能达到0.014%左右,脱去硫较多,脱硫效率较高,在终点硫较低时,到站硫为0.008%左右,脱去硫较少,脱硫效率低。效率的变化说明当到站硫达到0.008%左右时,反应己基本达到平衡。

　 经过出钢脱硫的钢水,其硫含量基本能控制在0.008%～0.015%范围内,为LF炉进行超深脱硫创造了良好的条件。

4 结语　　　

　 1)在出钢过程中采用Ca0-A1203渣系进行脱硫,硫的渣钢分配比理论上能达到102.78;

　 2)在实际生产中通过出钢脱硫,脱硫效率能达到45～55% ,钢中硫能控制在0.015%以内;

　 3)取得良好脱硫效果的关键在于高Ca0活度、强还原性气氛、强搅拌卷渣、转炉下渣的控制这四个方面

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