前言

隨著國內(nèi)外市場的需求,對鋼材產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來越高,特別是對鋼中有害元素硫的含量限制更加嚴(yán)格。如石油管、天然氣輸送管、海上采油平臺用鋼等,要求鋼材具有更好的均勻機械性能和更高韌性,要求鋼中硫含量低于500ｐｐｍ。另外,在目前全連鑄技術(shù)的普遍應(yīng)用中,硫化物在鋼中的偏析成為連鑄坯產(chǎn)生裂紋的重要原因之一,也是影響連鑄坯合格率的關(guān)鍵因素。因此,解決鋼水的含硫問題已經(jīng)成為保證鋼材質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。梅山煉鋼廠為了滿足管線鋼等品種鋼低硫含量的要求,成功開發(fā)了LF精煉爐造白渣深脫硫技術(shù),并且已成功批量生產(chǎn)ｘ65、ｘ60等超低硫種,此項技術(shù)已運用成熟悉,脫硫率可達(dá)30%以上%。

1、設(shè)備概況

梅鋼LF精煉爐是從意大利巴袼諾利廠引進(jìn)的二手設(shè)備,其主要設(shè)備包括加熱系統(tǒng)、電磁攪拌系統(tǒng)、加料系統(tǒng)等。目前,正常使用的主要是加熱系統(tǒng)與攪拌系統(tǒng),加精煉渣料主要通過行車吊袋裝精煉渣在處理前加入鋼包內(nèi),微量合金及少量造渣料則人工手動加入。

加熱系統(tǒng)的主要技術(shù)性能參數(shù)見表1。

表1LF爐加熱系統(tǒng)的主要技術(shù)性能 項目 參數(shù) 變壓器容量/ｍｖａ 25+20% 一次側(cè)電壓/ｋｖ 30 二次側(cè)電壓/ｖ 140～400 二次側(cè)電流/ｋａ ｍａｘ43 電極直徑/ｍｍ 350 極心圓直徑/ｍｍ 600

電磁攪拌系統(tǒng)主要安裝在鋼包運行車上,鋼包車有3個工位:鋼包接受位,鋼水處理位,鋼包起吊位;電磁攪拌的主要技術(shù)性能參數(shù)見表2。

表2電磁攪拌系統(tǒng)主要技術(shù)性能 項目 參數(shù) 容量/ｋｖａ 630 電壓/ｖ 380 電流/ａ 400,800 頻率/ｈｚ 1.1 鋼包容量/ｔ ｍａｘ162 攪拌方向/ 2

2、基本理論

硫在鋼液中主要以FeS及ｍｎｓ形式存在,在爐渣中以CaS形式存在最為穩(wěn)定。脫硫基本反應(yīng)為:

FeS+CaO=CaS+FeO (1)

造白渣后,爐渣中的Si不斷將FeO還原成Fe,促進(jìn)脫硫反應(yīng)進(jìn)行,因而造成白渣脫硫反應(yīng)可寫成:

2FeS+2CaO+Si=2Fe+2CaS+SiO2 (2)

由此,影響脫硫的因素主要有以下幾點。

(1) 爐渣堿度:渣中含有CaO是脫硫的首要條件,提高渣中CaO濃度有利于脫硫反應(yīng)的進(jìn)行,生產(chǎn)實踐表明,堿度ｒ=2.5～3.0時,脫硫效果最好;

(2)渣中ｆeｏ含量:從式(1)可看出,隨著FeO含量的降低有利于脫硫反應(yīng)進(jìn)行;

(3) 渣量:適當(dāng)加大渣量可以提高CaO含量,稀釋ｃaｓ濃度,對脫硫有明顯效果;

(4) 攪拌能力:滿足脫硫的熱力學(xué)條件后,限制環(huán)節(jié)變?yōu)榱蛟阡撝械臄U散與硫在渣中的轉(zhuǎn)移,因此,增強攪拌能力,增大有效反應(yīng)面積可提高脫硫速率。

3、脫硫操作實踐

3.1造渣制度

“煉鋼及煉渣”,基于脫硫的基本理論,只有滿足爐渣較高的堿度,具有足夠的渣量,爐渣保持還原性,才能保證脫硫的基本前提。梅鋼結(jié)合自身的生產(chǎn)特點開發(fā)了造白渣脫硫技術(shù)。

(1) 渣量控制　適當(dāng)?shù)脑渴敲摿虻氖滓獥l件。渣量小,渣中堿度達(dá)不到要求,不利于脫硫;渣量過大,雖可以提高脫硫率,但原材料、電耗也增加];同時,爐渣過 厚,脫硫反應(yīng)時間過長,不利于調(diào)節(jié)生產(chǎn)節(jié)奏。目前,梅鋼在生產(chǎn)中脫硫每爐鋼所用精煉渣量有兩個級別:一種是0.5～1.0ｔ,一種是1.0～1.5ｔ,兩 者的脫硫?qū)Ρ冗x取生產(chǎn)數(shù)據(jù)見表3。

表3不同渣量時的脫硫效果

渣量/ｔ 處理前/ｐｐｍ 處理后/ｐｐｍ 脫硫率/% 0.55 70 60 14 0.7 80 70 12.5 0.65 80 70 12.5 0.9 90 70 22.2 1.3 100 70 30 1.4 90 60 33.3 1.55 90 40 55.5 1.35 80 40 50

由表3明顯看出,渣量對脫硫的效果影響很大,因此,在梅鋼的生產(chǎn)中,對于要求深脫硫的鋼種,一般渣量占鋼水量的1%左右,即渣量為1.5ｔ左右更有利 于脫硫。在生產(chǎn)中,1.5ｔ的渣料不是一次性加入,而是分批加入,第一次在加熱前加入1ｔ左右含ｃaｏ>50%的精煉渣,剩余0.5ｔ的則為硅鈣 粉、石灰、鋁粒等在處理過程中分批次根據(jù)爐渣狀況加入。

(2) 渣況判斷及渣性控制　白渣是一種堿性渣,具有良好的脫氧和脫硫能力。造白渣的好壞直接關(guān)系到鋼液脫硫的效果。而評定白渣的好壞首先是看渣色,不僅看爐渣白 的程度,而且要看白渣保持時間。白渣顏色穩(wěn)定,且保持時間長,才能說明鋼液脫氧良好]。堿性渣隨著爐渣的氧化性而呈現(xiàn)不同的顏色,所以渣色是爐渣與鋼液脫 氧程度的標(biāo)志,隨著爐渣氧化性的減弱,爐渣顏色也逐漸變淺,由黑色→棕色→黃色→淡黃色→白色變化。

梅鋼LF精煉爐造白渣脫硫主要是在稀薄渣熔化形成后,添加ｃaｓi粉使?fàn)t渣具有還原性,逐步使?fàn)t渣變白。由于受設(shè)備限制,LF精煉爐在加熱前所加精煉 渣由行車吊加至鋼包,精煉渣主要含ｃaｏ>50%,然后進(jìn)行加熱化渣處理,待精煉渣基本熔化時,加入第1批ｃaｓi粉,第1次加熱結(jié)束,測溫取樣同 時,觀察爐渣狀況,氧化渣一般呈黑色,如果爐渣呈淡黃色、黃色、棕色以至發(fā)黑時,說明爐渣脫氧不良,需進(jìn)一步脫氧,如果爐渣呈白色或稍帶一點灰色,說明爐 渣脫氧良好,可以不加或少加ｃaｓi粉。梅鋼在造白渣處理中,為了加速爐渣脫氧,在加casi粉時，也采取加適量鋁粒進(jìn)行脫氧。

在造白渣過程中ｃaｓi粉的投入量占總渣量的20%左右,即ｃaｓi粉投入量在300ｋｇ左右,加鋁粒是為了加速脫氧,投入量為100ｋｇ左右,造好 的白渣鋼渣呈均勻的小泡末,用渣棒粘渣,渣層均勻,冷卻后表面呈白色魚子狀,斷面白色帶灰色或細(xì)線,且疏松多孔,冷卻后會自動粉化成白色粉末。這是最理想 的白渣現(xiàn)象。如沒粉化,則堿度不夠,仍須加石灰調(diào)整,所以在處理時,也須人工加精煉渣調(diào)整堿度。

3.2 節(jié)奏調(diào)整

在LF精煉爐脫硫過程中,如何控制好生產(chǎn)節(jié)奏,就是要合理分配化渣、造白渣時間及鋼渣反應(yīng)時間。在轉(zhuǎn)爐短周期冶煉、連鑄高拉速澆鑄的大生產(chǎn)中,LF精 煉爐作為中間環(huán)節(jié),在保證較高脫硫率的同時,處理時間也應(yīng)是越短越好,表4顯示一組每爐鋼各階段的脫硫率,以渣量1.5ｔ為例。

表4各階段的脫率效果  編號 化、造渣時間ｍｉｎ 處理時間ｍｉｎ 脫硫率% 1 15 27 27.5 2 18 44 37.5 3 20 32 50 4 15 41 28.6 5 20 43 42.8 6 16 36 33.3 7 23 33 42.8 8 21 38 37.5 平均 18.5 36.5 37.5

由表4可知,目前,梅鋼LF精煉爐在35ｍiｎ左右完全有能力保證脫硫率在35%以上,能夠滿足大生產(chǎn)的要求。但在快節(jié)奏的生產(chǎn)中,結(jié)合梅鋼的生產(chǎn)實際,仍有許多可進(jìn)一步改進(jìn)縮短精煉脫硫處理時間的措施。

(1) 根據(jù)表4,脫硫過程中化渣時間相對較長,因此,合理調(diào)節(jié)加熱的電壓、電流級數(shù),提高加熱效率,加大升溫速度,做到早化渣,快速造渣,而且可滿足溫度調(diào)整的需要。

(2) 目前,梅鋼LF精煉爐的攪拌系統(tǒng)為電磁攪拌,且攪拌最大電流為800a,攪拌強度遠(yuǎn)不能滿足脫硫反應(yīng)所須的鋼渣充分?jǐn)嚢璧男枨?因此,在生產(chǎn)中脫硫時,必須接底吹攪拌加快反應(yīng)速度,縮短反應(yīng)時間。

(3) 充分利用好LF精煉爐的加料系統(tǒng),可以縮短由行車吊加精煉渣的時間,同時,也完善了LF精煉爐的功能。

(4) 優(yōu)化生產(chǎn)工藝,可以在轉(zhuǎn)爐出鋼過程中把須脫硫的精煉渣加進(jìn)鋼包中,一方面可以增加鋼與脫硫渣的反應(yīng)界面,另一方面也可以縮短由行車吊加精煉渣的時間。但這又同時要求轉(zhuǎn)爐的氧化渣須控制好和出鋼過程中的合理脫氧。

4、結(jié)論

梅鋼就LF精煉爐設(shè)備狀況,結(jié)合脫硫基本理論,開發(fā)了造白渣脫硫技術(shù),此技術(shù)適用于鋁硅鎮(zhèn)靜鋼,且效果明顯。

(1) 造渣量保持在1500ｋｇ左右可滿足生產(chǎn)需要,能使脫硫率在30%以上,其中主要是精煉渣,其含ｃaｏ>50%;其次是ｃaｓi粉,占渣量的20%;另外還有少許鋁粒加速脫氧;

(2) 白渣是最理想的脫硫堿性渣,用渣棒粘渣,其現(xiàn)象為:渣層均勻,冷卻后表面呈白色魚子狀,斷面白色帶灰色點或細(xì)線,且疏松多孔,冷卻后會自動粉化成白色粉末;

(3) 脫硫時間在35ｍiｎ左右即可使脫硫率達(dá)到30%以上。

為了適應(yīng)快節(jié)奏的大生產(chǎn),進(jìn)一步縮短脫硫時間,提高脫硫效率,目前LF精煉爐脫硫仍有許多可改進(jìn)之處。

(1) 合理調(diào)節(jié)加熱的電壓、電流級數(shù),提高加熱效率,做到快速造白渣;

(2) 充分利用好電磁攪拌與底吹系統(tǒng),做好鋼渣充分快速反應(yīng);

(3) 充分利用LF精煉爐的加料系統(tǒng),縮短加料時間;

(4) 優(yōu)化生產(chǎn)工藝,可以實踐在轉(zhuǎn)爐出鋼過程中把須脫硫的精煉渣加進(jìn)鋼包中。