硅钢超低硫工艺优化及控制实践

孙学玉，刘志兴，孟庆龙

（唐山国丰钢铁有限公司,河北唐山063300）

0 引言

无取向硅钢对化学成分要求非常严格，硫做为硅钢中的有害元素，与锰在钢中形成细小MnS，可强烈阻碍无取向硅钢成品退火时的晶粒长大,增加硅钢的矫顽力和磁滞损耗，使磁性能下降[1]。硫含量对0.3%Si无取向硅钢磁性的影响为：当钢中 [S]≥0.004%后，铁芯损耗激剧增加[2]。国丰钢铁在开发硅钢前期，硫含量控制波动较大，成品[S]≤0.004%的比例仅为31.6%，对硅钢磁性能的稳定不利。

1 成品硫含量现状

国丰钢铁生产硅钢工艺路线为：单吹颗粒镁铁水预脱硫→顶底复吹转炉→LF升温→RH脱碳合金化→双流板坯连铸。前3个月成品硫含量平均约为0.004%，控制相对较为稳定，但到第4个月时成品硫明显上升且波动较大。

2 转炉回硫综合分析

2.1 转炉回硫理论分析及验证

单吹颗粒镁的脱硫方法，硫在铁水脱硫渣中以（MgS）的形式存在，主要的脱硫反应式为[3]：

脱硫残余渣中（MgS）在转炉冶炼温度和氧化气氛下可发生回硫反应，其回硫反应为[4]：

在1 600℃以上的炼钢温度下，标准反应焓为负，随着钢中自由氧的不断增加，反应向正方向进行。转炉冶炼硅钢时，为满足RH真空深脱碳的工艺条件，转炉终点碳要求≤0.050%，终点钢液氧含量在 600×10-6～900×10-6范围波动，导致转炉吹炼终点渣氧化铁含量高，典型终渣成分见表1。

以上典型炉次的吹炼终点S含量分别为0.0035%、0.0032%，硫在渣-钢间的分配比Ls分别为0.57、0.94，说明在超低硫的原辅材料条件和高氧化性转炉渣的冶炼环境下，转炉基本没有脱硫能力，更有利于促进回硫反应，因此要实现超低硫硅钢的稳定生产,就必须严格控制与钢液接触的各种原辅材料硫含量。

表1 转炉吹炼终点渣成分wt/%

2.2 铁水初始硫对回硫的影响

开发前3个月铁水硫含量控制较为稳定，第4个月铁水初始硫明显升高，虽然经脱硫处理，但硅钢成品硫仍随之明显升高，与硅钢的成品硫含量控制趋势相近。主要原因是单吹颗粒镁脱硫与KR脱硫法相比存在一个很大弊端，即脱硫后铁水渣稀，很难扒除；当铁水初始硫升高后，在残余液渣量相同的情况下，渣中硫总量会升高，导致入炉硫含量增加。硅钢成品硫与铁水初始硫对应散点图见图1，可知当铁水原始S≥0.04后，转炉终点硫含量下限开始明显上升。

图1 硅钢铁水初始硫与转炉终点硫的散点图

2.3 铁水脱硫扒渣操作对回硫的影响

选择铁水初始硫含量偏高相近炉次（0.040%～0.050%）、同批次的冶金石灰等辅料的硅钢冶炼炉次，对比脱硫后不同扒清次数对转炉终点硫含量的影响。扒清标准为加聚剂后将铁水浮渣扒尽、全剩液渣，对比结果见表2。

由表2可见，在其它原辅材料硫含量一定的情况下，转炉终点硫含量随着铁水脱硫后扒清次数增加而逐渐降低，在铁水含量偏高时，扒清次数设定在4～5次，转炉终点硫含量基本可满足工艺控制要求，这与镁基脱硫铁水渣稀、不易扒除的特点相对应。

2.4 入炉原辅料质量对回硫的影响

原辅材料带入转炉硫含量详细对比数据见表3。从表中可以看出，3月份硅钢转炉终点硫含量升高的主要原因是铁水初始硫高，入炉铁水渣硫含量平均增加约 5.0×10-6、入炉铁水 S平均增加 2.8×10-6，以上已分析。其次是石灰和废钢分别平均增加0.9×10-6、0.5×10-6，而其它所用的白云石和球团矿硫含量控制很低，对转炉“回硫”影响较小。

表3 原辅材料带入硫含量数据 /×10-6

表2 扒渣次数与终点硫含量数据/%

石灰的影响：前3个月石灰硫含量基本控制≤0.020%,但到3月份石灰硫含量明显上升，≥0.020%比例达28.6%，这部分高硫石灰入炉后，使炉内硫含量升高硫约 5×10-6。

废钢的影响：前3个月基本为全铁水冶炼，第4个月部分炉次开始加低硫废钢，低硫废钢硫含量平均约 50×10-6，加入量约 3～8 t/炉，带入炉内硫含量约 1×10-6～3×10-6，这也是硫含量升高因素之一。

3 生产组织的影响

硅钢与普通钢种相比，整体生产节奏较慢，在另一炉座补炉期间偶会尔插一炉普钢，当再重新生产硅钢时，转炉终点钢液硫含量及出钢后钢液硫含量比稳定硅钢炉次明显升高，幅度约20×10-6～60×10-6。主要原因是普钢转炉终渣中硫含量高（0.11%～0.197%），再恢复硅钢生产后仍进行留渣和溅渣操作，使炉内硫总量升高；普钢经LF脱硫及多次热渣回收利用后，钢包沿和钢包底粘渣的硫含量极高，导致钢包内钢液硫含量明显升高。

4 优化措施及效果

通过优化硅钢所用铁水、含铁冷料和冶金石灰等原辅材料的硫含量标准；细化冶炼硅钢期间插普钢时转炉不留渣、不溅渣操作；杜绝无碳钢包在普钢中使用；RH进站硫含量高的炉次进行深脱硫处理等措施，使硅钢成品硫含量≤0.004%的比例由原31.6%提高到98.4%，效果明显。

5 结论

通过优化生产硅钢所用的原辅材料标准，改进铁水脱硫扒渣操作，使转炉回硫量得到稳定有效控制，硅钢成品硫含量逐步降低，≤0.004%的比例由原31.6%提高到98.4%，实现了超低硫硅钢的稳定生产。