LF精炼炉高效脱硫工艺实践

钟 凯，王新亮，邢延奎，郭春强，王 磊

（山东钢铁集团永锋淄博有限公司，山东 淄博256410）

1 前 言

随着高效连铸技术的发展对钢水质量要求的不断提高，钢包精炼炉显得愈加重要。利用钢包炉的加热精炼还原等功能，可以解决炼钢－连铸间的许多问题，如降低出钢温度，提高转炉冶炼技术指标，为连铸提供温度成分准确均匀的钢水，协调炼钢与连铸节奏。LF炉钢包精炼炉具有保持炉内还原气氛、氩气搅拌、电极埋弧加热和合成渣精炼等独特的精炼功能，其中合成渣的精炼功能可以更好地完成脱硫、脱氧和去气去夹杂的任务，达到对初炼钢水进一步调质的作用，而合成精炼渣的还原效果的好坏与造渣工艺有直接的关系。硫在通常情况下是有害元素。钢材热压力加工时（1 150～1 200 ℃）产的硫化合物——FeS-Fe共晶体已经熔化，导致钢材晶间开裂，即产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，它不但导致焊缝产生热裂，而且在焊接过程中容易后成SO2气体，使焊缝产生气孔和疏松。还能降低钢材耐腐蚀性。所以通常要求硫含量＜0.050%，优质钢要求＜0.035%。如何通过精炼过程控制实现降低钢水中的［S］，实现连铸高拉速，达到钢材对S含量的要求，需要进行精炼脱硫工艺技术研究。

山钢永锋淄博有限公司有两座100 t LF炉精炼炉，电极直径为Φ400 mm，钢水升温速度可达5 ℃/min，承担着微调温度和成分、稳定生产节奏、脱氧、脱硫、去夹杂等生产任务。公司2018年10月份制定了以连铸为中心的低铁水比冶炼，铁水比降低到760 kg/t 以下，连铸机拉速达到3.0 m/min。为满足低铁水比冶炼条件下连铸高拉速生产的要求，对于高硫钢水精炼炉必须达到快速高效脱硫的效果。

2 提高LF炉脱硫工艺技术研究

2.1 出钢过程含氧量及过程控制

出钢过程脱硫与脱氧应做好铁水温度及成分的检测环节控制，保证测温取样的准确性；转炉冶炼控制对于入炉S在0.060%以上的铁水，计算好热平衡，确保拉炭温度不低于1 660 ℃，终点C≥0.08%；当冶炼终点C＜0.08%时，加入500 kg 调渣剂调渣后，减少转炉渣中的氧化性、稠化炉渣，减少放钢过程中的下渣量；放钢过程中全程吹氩，分阶段控制吹氩流量250～400 L/min，加入合适的脱硫渣、脱氧剂，与钢水充分混合，达到初步脱硫、脱氧的效果，降低了渣中的氧化性，为LF炉高效脱硫创造条件。

加入LF 炉硫含量对出LF 炉硫含量有较大影响，入LF炉硫含量越高，出LF炉时硫含量越高；入LF 炉溶解氧含量对最终钢液中硫含量存在影响，降低钢水中溶解氧含量，缩短精炼脱氧时间，降低精炼钢水硫含量；随着精炼渣碱度的提高，渣中的游离CaO 增加，炉渣脱硫能力增大，脱硫率上升。炉渣碱度达到5，炉渣脱硫效率达到85%以上，随着炉渣碱度的增加，炉渣黏度逐渐增大，炉渣流动性变差，不利于脱硫反应的进行；炉渣碱度2.5 以上，渣中（FeO+MnO）≤0.5%，控制吹氩搅拌功率，钢液中的溶解氧≤5×10-6，钢液中的硫含量可控制在40×10-6左右，进一步脱硫需要增加炉渣碱度。溶解氧含量对最终钢液中硫含量的关系见表1。炉渣碱度对脱硫效率的关系见表2。

表1 溶解氧含量对最终钢液中硫含量的关系 %

表2 炉渣碱度对脱硫效率的关系 %

2.2 精炼炉渣温度、氧化性、碱度、硫含量对脱硫影响

对于快节奏生产条件的精炼脱硫，当钢水进入精炼后，需要快速提高钢水温度到1 570 ℃以上，为后续脱硫创造条件；当温度升高以后，控制精炼过程中的氩气量，开始造脱硫渣，降低炉渣氧化性，有利于脱硫；炉渣碱度R在2.2左右，渣中（FeO+MnO）对脱硫效率的关系见表3。随着不稳定氧化物的升高，脱硫率下降，当入LF炉时渣中的不稳定氧化物＜1.5%，可保证出钢脱硫效率在40%以上。

2.3 炉渣结构对脱硫的影响

炉渣成分对脱硫的相互影响，炉渣中Al2O3含量较高时，要综合考虑Al2O3含量对炉渣脱硫能力和对吸收Al2O3夹杂物的影响。在CaO-SiO2-Al2O3渣系中，当Al2O3含量＜30%时应增加渣中Al2O3的含量，可以降低渣的熔点，提高渣的流动性；但是渣中Al2O3含量高时对吸收Al2O3夹杂不利，渣系中Al2O3含量控制在20%～30%较好。（CaO）/（Al2O3·SiO2）对LS（渣间分批系数）影响的关系见表4。

表3 碱度为2.2时（FeO+MnO）对脱硫效率的关系 %

表4 （CaO）/（Al2O3·SiO2）对LS影响的关系

2.4 建立精炼工艺阶段搅拌功率控制模型

精炼不同阶段搅拌功率对脱硫率有很大的影响，精炼时间越长，钢液与渣接触的机会越多，越有利于脱硫；对于高硫钢水，提高钢水进精炼的温度10 ℃；进精炼温度控制≥1 560 ℃，减少升温时间。先升温到1 570 ℃以上再造碱性还原渣，炉渣碱度控制在2.0以上，逐步减少渣中（FeO+MnO）%≤1.5%以下。依据不同的钢水量搅拌功率，建立精炼过程气体流量搅拌功率控制模型，对加热升温搅拌阶段、脱硫及渣钢反应阶段、去夹杂物弱搅拌阶段，分别设定不同的吹氩搅拌功率参数。精炼过程气体流量搅拌功率控制模型见表5（精炼吨位120 t）。

表5 精炼过程气体流量搅拌功率控制模型

2.5 精炼渣流动性对脱硫率的影响

精炼炉渣的流动性是影响渣钢间化学反应的重要因素。渣流动性好，有利于提高脱硫速度。目前LF炉精炼过程中调整渣流动性的耐火材料主要有萤石、铁矾土等；萤石加入提高炉渣流动性，提高了硫的扩散能力，加入量过大，渣容易变稀，不易脱硫，易造成耐材侵蚀，发生如下反应：（SiO2）+2（CaF2）=2（CaO）+SiF4↑。SiF4是有毒气体，对身体健康不利，所以要控制渣中CaF2量，一般控制在5%左右较理想。用耐火砖块及石英砂调整炉渣碱度时，由于以上材料中含有较多的（SiO2），对提高炉渣碱度不利。渣中（FeO+MnO）%≤3%的条件下，渣中（Al2O3）对脱硫的影响较明显，随着渣中Al2O3的增加，脱硫能力上升。渣中的（SiO2）+（Al2O3）+（CaF2）在 30%～50% 时，渣流动性良好。渣中（Al2O3）含量%对脱硫效率的关系见表6。

表6 渣中（Al2O3）含量对脱硫效率的影响 %

3 精炼脱硫工艺实践

3.1 精炼渣成分控制

对目前所冶炼的钢种进行简单分类，根据不同的类别制定一个基本的加料制度。根据出钢下渣情况，对加料顺序进行合理安排。转炉下渣情况，渣子的干稀状况，将计算准备好的造渣料一次性加入钢包进行通电精炼。调整炉渣成分到设计炉渣成分范围内，LF精炼渣成分见表7。

表7 LF炉精炼渣成分

对于目前炼钢厂主要生产HRB400 系列产品，合理设计精炼渣的脱硫成分，达到提高精炼脱硫效率，降低渣中（FeO）+（MnO）的含量，最大限度回收渣中［Fe］与［Mn］；精炼炉实际生产中部分炉次的精炼渣进行统计分析。由表8可以看出，精炼渣的碱度要求按照2.1±0.2 进行控制，渣中（FeO）+（MnO）≤1.5%；渣中Al2O3含量在10%～20%，CaF2含量控制在3%以内。

3.2 炉渣成分控制

为了提高精炼渣的流动性，调整精炼渣渣中的（SiO2）+（Al2O3）+（CaF2）在30%～50%时，渣流动性良好。渣中（SiO2）+（Al2O3）+（CaF2）关系见表8。

3.3 精炼钢水脱硫效果及钢材检测效果

对试验各炉次的钢液中成分进行检测，检测结果见表9。通过对钢材中的硫与氧的检测，终点S含量满足要求，所有炉次均在0.040%以下，T［O］含量在0.003 5%以下，说明夹杂物含量较少，能够满足钢种质量要求。

表8 渣中（SiO2）+（Al2O3）+（CaF2）关系 %

表9 钢液检验结果 %

4 实践效果

1）提高精炼渣的流动性，调整精炼渣中的（SiO2）+（Al2O3）+（CaF2）在30%～50%控制范围，总精炼时间控制在25 min 以内，钢水［S］脱除到0.040%以下，满足了连铸高拉速的生产要求。

2）确定了精炼脱硫的碱度要求按照2.1±0.2进行控制，渣中（FeO+MnO）≤1.5%；渣中Al2O3含量在10%～20%，CaF2含量控制在3%以内。转炉渣中的（MnO）由3%降低到0.50%以下；渣中（FeO）由5.25%降低到0.50%以下；回收了渣中的余［Mn］和［Fe］。

3）鉴于精炼各阶段过程搅拌功率对脱硫效率的影响，依据不同的钢水量搅拌功率建立控制模型。对加热升温阶段搅拌、脱硫及渣钢反应阶段、去夹杂物搅拌阶段，分别设定气体流量搅拌功率控制参数，满足高效脱硫高拉速快节奏生产的要求。

4）解决了高硫钢水进精炼后，因为脱硫时间长，精炼过程增碳异常造成C成分超标问题。

5）降低了精炼过程电极消耗，节省了精炼电耗。减少了精炼过程中长时间通电对钢包渣线的侵蚀，提高了钢包渣线砖的寿命，钢包包龄由原来的120炉提高到180炉以上。