LF精炼炉脱硫工艺制度的研究与优化.docx

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1、1.F精炼炉脱硫工艺制度的探讨与优化随着科学技术的不断发展，对炼钢牛产率、钢的成本、钢的纯净度以及运用性能等方面，都提出了越来越高的要求。这使传统的炼钢设备和炼钢工艺琲以满足需求.炉外精炼也称二次精炼或钢包冶金,将在常规炼钢炉中完成的精炼任务,部分或全部地移到钢包或其它容器中进行，达到提高钢质量的目的。u：炉作为炉外精炼设备的一种，具有优异的综合性能，钢液经过1.F炉处理可以提高纯净度。本文在分析探讨脱硫的热力学和动力学基础上，结合1.F炉的生产实际,对其工艺参数及操作制度进行了探讨和优化。通过限制转炉下渣量、1.F炉快速造渣及加快脱硫反应速率等措施，可以实现1.F炉生产工序及整个炼钢车间生产

2、工序的高产、优质、低成本。关键词：1.F炉；脱硫：造渣1.1 炉外精炼技术的发展力随着现代科学技术的发展和工农业对钢材质量要求的提高，钢厂普遍采纳r炉外精炼工艺流程，它已成为现代炼钢工艺中不行缺少的全要环节。由于这种技术可以提高炼钢设备的生产实力，改善钢材质鬓，降低能耗，削减耐材、能源和铁合金消耗，因此，炉外精炼技术己成为当今世界钢铁冶金发展的方向，对于炉外精炼技术存在的问侬及发展方向有必要进行探讨.钢中的硫、瞬氢、氧、赳含量大大地膨响了钢的性能，如抗拉强度、成型性、可焊性、抗腐蚀性和疲惫性能等。当钢中硫、磷之和低于0.004%,且氢、氧、氮含量较低时，钢的性能会产生较大的变更，尤其是抗腐蚀性

3、、低温脆性、可焊性和成型性会有几倍甚至几十倍的提高，这比添加合金元素更有效。为此，作为冶炼高级优质钢的必耍手段一-炉外精炼，必需有效地脱除杂质元素来提高钢的质量、改善钢的性能。我国钢铁工业在品种、质量、消耗、成本及劳动生产率等方面与发达国家相比还很落后，主要表现在钢的化学成分波动范闹大，成、磷等有害元素和气体、非金属夹杂物含量相对较高，即钢的纯净度差，从而使钢材的性能不稔定。随着中国加入世界贸易组织，中国钢材己进入全球化序列。现在我们已醒悟感觉到危机感和竞争意识，因此，提高钢水在线精炼率，采纳适合我国国情的精炼设备并吸取发达国家胜利的阅历，选择那些对降低成本、提高质量有突出作用的关犍技术，用以

4、发展和提高我国炉外精炼技术己成为当务之急“1.2 实施1.F炉精炼工艺的必要条件为了获得1.F钢包精炼炉时钢液进行加热及还原精炼的最佳效果，必需考虑下列潜在不利条件：出钢带渣，钢包耐火材料选择，钢水与空气接触等。大的经济效益。埋弧精炼可以有两种方法：1 .增加渣量，提高渣厚达到埋孤精炼的目的。2 .通过加入发泡剂，使基础渣体积膨胀,厚度增加，达到埋弧精壕的目的1.41.F炉的精炼工艺及效果1.F基本精炼工艺的实现初炼炉氧化末期的钢水出钢时，要尽可能削减下渣量，以便及大限度减弱钢包顶渣的轼化性。至U；炉工位后，加还原渣料及脱氧剂，进行还原精炼，精炼末期可加合金调成分。钢液温度与成分能严格限制。精

5、炼时间结合进站钢水成分、温度以及初炼炉和连铸工序的周期要求而定。若适当增加加热下的搅拌时间、渣址及搅拌功率，初炼炉出钢时尽可能做到除尽氧化渣，则可在精炼中进一步降低钢中的氧、碳含量，增加钢液的干净度。1.F炉还可配置真空手段，精炼中加热与真空交替进行，可有效降低钢液中气体含量，在高碱度还原渣和还原性气氛下扩散脱氧及强搅拌工艺，可使钢中氧含砥有很大程度的降低，甚至可生产冶炼时不能采纳任何金属脱氧剂的钢种，如发电机转子用的铸件等。不同的钢种，可以充分运用1.F炉的还原气定限制、电弧理弧加热、吹氯搅拌、白渣精炼、造渣、成分和温度的微调等功能的不同组合，实施不同的精炼工艺，从而达到高效、优质、低耗的精

6、炼效果。很多高级钢种的1.F炉精炼须要结合真空系统（即1.FV）或者和VD.RH等真空精炼设备联合。基本工艺如图1所示：1.F炉精炼效果1.F炉具备以下冶金效果：1.脱氧:2.脱:3.去除夹杂：4.成分和温度调整限制。1.F精炼方法可达到的纯净度如表1所示。表1.1.F精炼方法可达到的纯净度可达到的纯挣度/XlOT精炼方法S0HN1.F1010-301.5-2.51.5经过1.F处理的钢可达到很嬴的质量水平：1 .脱硫率可达50%,可生产出硫含量W001与的钢。假如处理时间充分，甚至可达到硫含量W0.005%的水平。2 .可生产高纯度钢，钢中夹杂物总量可降低50%,大颗粒夹杂物几乎全部能去除；

7、钢中含辄量可达到1030PPm,3 .成分限制精度面,可以生产出诸如C0.01%,Si0.02%,Mn0.02%等元素含量范围很窄的钢。1. 1.F炉精林对钢水成分的影响除能脱氧,脱磴等有利影响外，由T操作不当或工艺中的不足，往往简单造成以下不利即响：硫等新工艺的发展。例如，硫化物夹杂对钢的塑性断裂有影响。断裂过程事实上是在硫化物夹杂四周形成空洞和空洞长大聚合的过程。硫化物夹杂和铜基体之间的结合力很弱，微小的应变就会使界面上形成空洞。沿主应变方向空洞会长大，而空洞的横长大还未发觉过.在发生断裂以前，这些空洞要聚合。而空洞的聚合和钢内蓝化物夹杂的体积分数、夹杂大小和分布均有亲密联系，假如对这一关

8、系有所了解，那么就有可能对钢的清洁度提出适当的要求，因而对炼钢工艺也能提出相应的要求。4.坑蚀现象。对钢的坑蚀机理还有争辩，但坑蚀起源下硫化物等夹杂的事实是公认的。主要的问题是如何避开由于酸化物夹杂所引起的钢材坑蚀现象，为此就应当防止在钢中生成MnS、FeS型的夹杂物。在钢的焊接过程中，钢中的旋化铸夹杂能引起热撕裂。焊接钢材时，热影响区的温度上升.焊肉边绿处可达到熔化祖度“在热影响区内，原奥氏体晶界上能出现显微裂纹。其缘由是硫化钻在热影响下进入奥氏体晶界中，而冷却时，热影响区收缩，奥氏体晶界上的酸化镉夹杂就造成了显微裂纹。目前存在的问题散对钢材的危害是巨大的。因此，随着工业和技术的发展，人们对

9、钢材质量提出更高要求的时候，降低瓶含量是一个重要的方面。无论是高寒地区丁油管道、自然气管道、海上采油平台，还是大断而钢件、航空用钢等等,都要求钢材中硫含垃小丁。（）05%对于薄板坯连铸钢水，由于其高拉速，高冷却强度，为保证正常浇注，避开出现裂纹，对硫含量有更高的要求，一般要求限制在0.008%以下。为保证能进行连续生产，要求1.F脱硫速度快，一般要求在10-20分钟之内将钢水中成降至80PPm以下。我国属T钢铁的主要生产国家之一，有些对钢的纯净度要求特殊高的钢种主要还是依靠进口，例如动车的轴承。而我们国家的一些小型或者中等的钢厂对硫的含量限制的并不是太好。这得须要大国营企业的精助。况且现在的钢

10、铁企业竞争的特殊激烈，能够生产出来超低陵的钢种是每个钢铁企业所希望的。下面是某个中等钢厂通过对国营钢厂的学习后对自厂的60t1.F精炼炉的精炼工艺进行改进后的结果。表2对比状况元素S0HN未改进前6100*10150*10i80*10100*10”改进后75*106100*10665*1080*10t1通过改进,S含量降低了32%,0含量降低了33%,H含址降低了18.7%,N含量降低了20%。改进后的工艺将精炼用的预顶渣在转炉出钢位加入，通过肯定时间的软吹将加的料溶化，这样可以削减精块的时间。在确定造好具有肯定碱度的白渣后加大缸气的压力，使钢一渣充分反映，钢液中的硫很快就被脱掉.这样既保证了

11、钢液的质量，同时也降低了成本。目前很多的钢厂已经采纳这种精炼工艺，而实际效果也比较明显。下面进步分析如何脱疏。2. 2脱硫热力学分析脱硫反应脱质是1.F炉特别重要的精林效果之.般使钢中硫在0.02%下已较简单达到，随着用户对钢材质量耍求的不断提高，深度脱硫已成为广翎冶金工作者关注的问题PTI现已公认的钢一渣间脱硫反应是依据炉渣离了理论提出的下列反应式：S+(O2-)=(S2-)+lO(1)平衡常数：安排系数:1.S=誓=IGa足且=%si%Nfs%l*flo*r2.(3)式中：Ks-平衡常数：1.s一瓶安排系数：M、%、口一依次为钢中氧、钢中硫、渣中氧离子、离子活度：N八一渣中氧离子摩尔分数：

12、Q-依次为0、S、0：、S2-的活度系数:圾一一钢中氧浓度。常用磴容(Cs)的概念来表示炉渣的脱瓶实力.CS=吧加aISI硫的安排比关系式为：Ig1.=935+1.357+Iga+lgtlga.t,.II由式(3)、(4)式可以看出,提高破容比和胸的活度系数，降低氧式度,有利T提高破的安排比.2.3脱硫的动力学分析动力学探讨反应过程的脱破速率和机理(即反应的中间历程).找出提高或限制反应速率的途径。在化学反应中，过程是远离平衡的程度，阻力的倒数称为动力学常数或速率常数。确定反应速率的最基本因素有化学反应和传质两点。因冶金反应多在高温卜进行，活化分子较多，因此，在大多数冶金反应中，反应速率的限制

13、性环节是传质。2.41.F炉合成精炼渣系的探讨现状Cao-CaF,渣系CHo-CaE渣系具有很强的脱硫、脱氧实力。该渣系在150(TC下的硫容高达0.03.CaO-CaR渣系中，CaO的主要作用是提高碱度，而CaR的主要作用是降低合成渣的熔化温度，提高炉渣流淌性，这样更有利于脱除。CaO与CaF,应有合适比例，比值过高，渣中Cao含量过而，流淌性差，炉渣熔化温度高，既奢侈/能源，又使精炼效果不志向：比值过低,渣中CaF,含量过高,碱度不够,对脱硫不利，对炉衬的侵蚀加剧。国内外常用的CaO/CaR比值介于6/4和8/2之间，个别的也有达到9/1的。该渣系的最大缺点是含有较高的CaF”方面对炉衬的

14、侵蚀较快，使炉龄缩短：另一方面又对大气造成J污染，同时冶金过程中挥发的领会危害操作工人的身体健康。冷炼超低硫钢用各种精炼渣系见表3。表3冶炼超低硫钢用精炼渣系探讨者探讨方法渣系及渣盘结果及主要结论Ilassalt6141钢包CaO-Al。和GiO-Ca艮，酒量102OkJlS=8*101.Orain厂电炉、转炉出铜发热鞭CaO-AIA合成渣,5kt出钢过程ns=3060%室兰厂倒包-1.F+真空脱气石灰-敬石H30k”,RN3S8*10Smin=2*10池口I隆里试验室CaO-AlA-CaF:,CaO-CaFj渣SU5kdt和30kgt冷静钢渣！H5kgt.S,渣我为20kgtCaryWlJ钢包68CaO-三Als015%CaF,-8lS2010-.钢包耐火材料寿命明显降低有贺昭三1213250t钢包喷扮qs=80.S三in=3*10*CaOAlA渣系Cao-AI。渣系也具有较强的脱磴实力，该渣系也被用来生产超低硫钢E.T.TUrkdogan等