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                                          精炼渣在特钢特板生产工艺中的重要作用

                                          作者:巩义市华鑫铝酸钙粉厂 来源:华鑫铝酸钙粉 日期:2020/3/16 11:06:13 人气:695

                                              通过对精炼渣成分的分析*,总结出影响硫分配比的主要因素为熔渣碱度、渣中FeO+MnO含量、渣中MgO含量以及Al2O3含量。当将精炼渣成分中CaO含量控制在55~60%之间,SiO2含量在12~20%,MgO含量在4~6%,Al2O3含量在18~22%,FeO+MnO含量小于0.7%??山衔榷ǖ亟善妨蚩刂圃?.005%以下。

                                          关键词精炼渣硫分配比熔渣碱度

                                              硫是活泼的非金属元素之一,通常以元素态溶解与铁液中。硫和铁能形成FeS,并易于形成低熔点共晶[1]。当钢凝固结晶时低熔共晶易于沿晶界分布;若把含有硫化物共晶的钢加热到高温,例如1100℃以上时,共晶体就将熔化,因此就引起轧制或锻造时的晶界碎裂(热脆)。对于大多数钢种而言,硫是钢中的有害元素,它不仅引起钢的热脆,而且使表面裂纹增加,韧性下降,钢的Z向性能恶化,并对氢致裂纹(HIC)、硫化物应力腐蚀裂纹(SCC)有较大影响[2]。一般生产中脱硫主要在铁水预处理和炉外精炼这两个阶段进行。

                                          为了满足兴澄特钢特板炼钢分厂品种开发的需要,在目前工装设备条件—定的情况下,必须在冶炼工艺上进行优化调整。本文在总结*文献的同时,结合兴澄特钢特板炼钢生产数据,分析影响精炼渣中各成分对脱硫反应的主要因素,探讨超低磷钢生产工艺。

                                          1.LF脱硫机理

                                          钢水脱硫反应需要在还原气氛下进行,脱硫的过程就是将钢中的硫元素还原成硫离子,并与钢中的阳离子如Ca2+、Mg2+形成稳定的硫化物,并被炉渣所吸附而去除的过程。钢中的Ca2+来自于加入的脱硫剂CaO或精炼合成渣。脱硫反

                                          应*基本的离子方程式(1)和式(2)[3] 可表示为:

                                          LF炉是通过采用CaO基精炼渣对钢水进行深脱硫。实际生产中为了方便表示脱硫效果,一般采用硫的分配比来衡量脱硫效果的好坏,即硫在渣钢间的分配比(LS)。

                                          2. 影响脱硫因素的分析

                                          兴澄特钢特板炼钢现有两座公称容量150t的LF精炼炉?;竟ひ章废呶狵R-BOF-LF-RH-CC。转炉出钢严格挡渣,出钢过程中采用Al铁强脱氧,配合SiMn、MC-MnFe脱氧及合金化,同时加入适量活性石灰、萤石以及精炼合成渣作为精炼顶渣。LF炉要求供电10min后形成白渣并保证白渣时间15分钟,精炼过程中向渣中加入硅铝粉、钢水促进剂、碳化硅以及铝线进行脱氧。主要加入CaO基精炼渣对钢水进行深脱硫。通过三相电极供电升温化渣,同时控制底吹氩气流量来调节炉内反应。通过在现场跟踪取样,对不同炉次的渣样及钢样进行对比分析,总结出LF深脱硫的*佳条件。

                                          2.1 炉渣碱度对硫分配比Ls的影响

                                          炉渣的碱度通常用渣中碱性氧化物和酸性氧化物浓度之比来表示[5] ,此次采用的是二元碱度R(CaO/SiO2)。通过现场采集的炉渣数据,得到了炉渣碱度与硫分配比之间的关系,如图1(a)所示。从图中可以发现,炉渣碱度的范围是在2.3~5.1之间;在此之间内,随着碱度R的增大,硫分配比也同时增大,也就是脱硫效果就越好。同时在图1(b)中发现,当CaO含量过高时,渣中有固相质点析出,熔渣中出现非均相,导致了炉渣粘度上升,从而流动性变差,因此影响了脱硫的动力学条件,使硫分配比下降。

                                          将渣中CaO控制在一定的范围内,从而控制炉渣粘度。在精炼脱硫过程中,若炉渣粘度过大,则恶化了脱硫的动力学条件,造成脱硫困难。提高炉渣的流动性,可以减小乳化渣滴的平均直径,从而增大渣钢接触面积,促进脱硫。若粘度过小,炉渣向耐火材料的渗透能力强,会造成耐火材料损耗增加,同时在精炼炉中也不利于实现埋弧操作。结合采集的现场数据,将CaO含量控制在55~60%,SiO2控制在12~20%,就能使脱硫效果*佳,进而保证低硫钢的稳定生产。

                                          2.2MgO对硫分配比LS的影响

                                          由于精炼炉内衬MgO耐火材料的侵蚀,在精炼后有一定量的MgO进入渣中。

                                          MgO也是碱性氧化物,能够提供O2-,其脱硫能力略低于CaO,且在铝酸钙中含有少量MgO,对提高硫分配比是有益的。但是MgO对脱硫的不利影响是提高渣的熔点,特别是在MgO含量大于8%之后,随着MgO含量的增加,使炉渣迅速稠化,不利于脱硫反应的继续进行[6]。如图2所示,随着渣中的MgO含量的增加,硫分配比Ls也有小幅度的上升,从而验证了这个理论。

                                          与此同时,所得到的数据中也可以看出,渣中MgO的含量主要分布在4%~6%之间。


                                          2.3不稳氧化物对硫分配比Ls的影响

                                          炉渣的氧化程度取决于渣中FeO及MnO的含量,MnO与FeO对脱硫作用的影响相似,渣中FeO+MnO含量对脱硫效果有较大的影响。图3为渣中FeO+MnO含量和硫分配比Ls之间的关系图。随着熔渣中的FeO+MnO含量地增大,Ls的值逐渐降低;当熔渣中的FeO+MnO含量大于0.7%以后,硫分配比Ls变化趋于平缓,但数值较低,所以为了达到较高的脱硫效率,应该严格控制渣中FeO+MnO小于0.7%。在LF精炼过程中还原条件下脱硫,熔渣中FeO和MnO

                                          升高,使O2-浓度增加,引起钢中氧位增加,不利于脱硫。

                                          所以在精炼初期,应*行脱氧,不仅要造出白渣而且要保证白渣时间15min以上,*终使渣中FeO+MnO含量小于0.7%,降低氧势,提供好的脱硫动力学条件。


                                          2.4 Al2O3对硫分配比Ls的影响

                                          Al2O3是两性氧化物,在碱性渣中呈现酸性,*表明[7] ,曼内斯曼指数MI= [ω(CaO)/ω(SiO2)]/ω(A12O3)一定时,降低渣中A12O3含量可提高Ls,但渣中A12O3太低,又会使渣中CaO溶解度大为降低,反而恶化脱硫效果。根据现场数据与得到熔渣中Al2O3含量与硫分配比Ls的关系图。如图4所示,当Al2O3含量在15~20%之间中,随着Al2O3含量的增加,硫分配比也增加;但是当Al2O3含量超过20%以后,随着Al2O3含量的增加,硫分配比Ls开始缓慢下降。


                                          分析原因可知,由于Al2O3具有降低熔渣熔点的作用。当熔渣中Al2O3含量小于20%时,可以提高熔渣的流动性,促进脱硫反应的进行,但是当Al2O3含量过高时会降低渣碱度,同时也不利于Al2O3夹杂物的上浮。故根据实际情况,熔渣中的Al2O3含量的*佳范围在18~22%。

                                          3. 工艺改进后的效果

                                          通过对精炼终渣的分析,从而对生产工艺进行改进后,对所抽查的几炉钢的成品S%均在50ppm以下,如图5所示。说明经过工艺改进后,调整精炼终渣中各组成成分的范围,获得较好的效果。

                                          4. 结论

                                          (1) 通过对精炼渣的分析,渣中CaO含量、MgO含量、FeO+MnO含量、Al2O3含量以及渣碱度均对脱硫反应均有影响;

                                          (2) 精炼渣中CaO含量控制在55~60%,SiO2含量控制在12~20%,并保证渣碱度在4.0~4.5时,脱硫效果*好。

                                          (3) 当渣中MgO含量控制在4%~6%之间,可以略微提高渣的脱硫效果。

                                          (4) 渣中FeO+MnO含量对脱硫有很大的影响,故在精炼初期,应*行脱氧,不仅要造出白渣而且要保证白渣时间在15min以上。并保证终渣中FeO+MnO含量小于0.7%。

                                          (5) 熔渣中的Al2O3含量的*佳范围在18~22%。在此区间内既能保证脱硫效果好,也能保证Al2O3夹杂物的去除,*终达到精炼炉脱硫、脱氧以及去除夹杂物等功效。


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