LF无氟化快速脱硫工艺研究与实践

梅雪辉，许海亮，刘磊，金龙，张志文，张立宏，邹宁

（1.鞍钢股份有限公司炼钢总厂，辽宁 鞍山 114021；2.鞍钢集团众元产业发展有限公司，辽宁 鞍山 114010）

在LF精炼过程中，萤石常作为助熔剂用于快速熔化精炼白灰，降低LF顶渣的粘度，提高其流动性，以改善LF的脱硫动力学条件。萤石的主要成分CaF与原料或顶渣中的水和SiO等物质反应，生成HF和SiF等有毒的氟化物气体，既污染环境，又危害人体健康。而且，萤石对钢水罐渣线侵蚀严重，影响炉衬寿命，增加炼钢耐材消耗。鞍钢股份有限公司炼钢总厂（以下简称“炼钢总厂”）3生产线总产量的50%左右为低硅铝镇静钢，全部经LF处理上机。为了解决环保问题，LF采用无氟化造渣工艺，以铝矾土作为助熔剂代替萤石。由于铝矾土化渣效果不如萤石，造渣时需要提高其与石灰的配比，结果导致精炼渣碱度降低，不利于脱硫反应，LF平均处理周期长达38.92 min。随着铸机拉速的提高，LF处理周期长与铸机拉钢周期缩短的矛盾日益突出。因此，本文对影响钢水脱硫速度的因素进行了分析，研究并开发了低硅铝镇静钢的LF无氟化快速脱硫工艺，缩短了此类钢种的LF处理时间，取得较好的效果。本文对此做一介绍。

1 LF主要设备及工艺参数

炼钢总厂3生产线现有2座135 mm厚的单流中薄板坯铸机，2座90 t LF，2座90 t RH。LF承担着该生产线精炼工序90%以上的生产任务。LF主要设备及工艺参数见表1。

表1 LF主要设备及工艺参数Table 1 Key Equipment to LF and Parameters for LF

2 影响钢水脱硫速度的因素

2.1 顶渣流动性

提高顶渣流动性，将使乳化渣滴的平均直径随之减小，从而使钢-渣的反应界面变大，有利于提高钢水脱硫速度。

炼钢总厂3生产线LF使用铝矾土代替萤石化渣，相同数量的白灰需要配加更多的铝矾土，从而造成渣碱度降低，脱硫困难。为了减轻对脱硫的不利影响，减少铝矾土加入量后，又导致部分顶渣偏干，流动性下降，反而不利于钢水脱硫。

2.2 碱度

顶渣碱度高有利于脱硫。随着碱度的增加，硫的分配系数也随之提高。LF炉脱硫渣的碱度应大于4.0。硫的分配系数在炉渣碱度为14时达到极大值。碱度进一步增大，硫的分配系数反而有所减小。

炼钢总厂3生产线LF采用铝矾土造渣后，LF终渣碱度情况见图1。由图1可知，终渣碱度达到5.0以上，均值约为6.392，能够满足脱硫条件。

图1 LF终渣碱度Fig.1 Alkalinity of Final Slag in LF

2.3 钢水温度

钢水的脱硫反应是吸热反应，高温有利于脱硫反应的进行。另外，高温也利于LF化渣，提高脱硫的速度。统计生产数据得到钢水温度与脱硫率的关系见图2。由图2看出，脱硫率随着钢水温度的升高而提高。低硅铝镇静钢的生产实践表明，1 590℃以上进行脱硫较为有利。

图2 钢水温度与脱硫率的关系Fig.2 Relationship between Molten Steel Temperature and Desulfurization Rate

2.4 钢水中Als含量

LF 的脱硫反应为：

由式（1）可以看出，钢水中Als含量高有利于脱硫反应向右进行。统计生产数据得到钢水中Als含量与脱硫率的关系见图3。

图3 钢中Als含量与脱硫率的关系Fig.3 Relationship between Content of Als in Molten Steel and Desulfurization Rate

由图3可以看出，钢水中Als含量大于0.02%时，脱硫率明显提高。低硅铝镇静钢生产实践中，钢水中Als含量控制约为0.05%时能够实现快速脱硫。如果钢水中Als含量高于0.08%，则钢水回硅严重，易造成硅成分超标；如果钢水中Als含量低于0.04%，则脱硫速率缓慢，会延长LF处理时间。

2.5 搅拌强度

钢水脱硫反应是在渣-钢界面上进行的，钢中硫向渣中传质是该反应的限制性环节。钢水搅拌越剧烈，钢渣混合的效果就越好。脱硫反应界面大，有利于钢水快速脱硫。

3 LF无氟化快速脱硫工艺实践

3.1 转炉出钢工艺控制

（1）转炉挡渣出钢，能够减少高含量SiO的氧化性转炉渣进入钢水罐。

（2）为了减轻LF造渣负荷，将部分造渣材料的熔化任务转移到转炉工序。转炉出钢过程采用快速预成渣技术，可以利用转炉出钢预成渣，为LF化渣创造条件。

具体作法是：在出钢过程中向钢水内加入3.5～4.0 kg/t钢的小粒白灰 （一种价格低廉的转炉石灰筛下料）或白灰球（一种价格低廉的转炉石灰筛下料制成的小球），利用出钢时钢水的冲击搅拌和钢水的高温化渣，实现出钢过程的快速成渣。以此减少LF加入渣料的数量，实现节省LF处理时间的目的。

3.2 LF精炼工艺控制

当钢水温度、顶渣碱度、钢水中Als含量、钢水吹氩搅拌强度符合脱硫热力学和动力学的要求后，顶渣的流动性就成为提高脱硫速度的决定性因素。顶渣过稀，夹杂物的吸附能力差；顶渣过粘，钢-渣反应界面小，同样不利于快速脱硫。生产上通过保持白灰和化渣剂的一定比例来获得流动性较好的顶渣。

白渣的硫分配比最高，但白渣的流动性较差，脱硫速度慢。玻璃渣的流动性较好，采用玻璃渣可以达到良好的脱硫效果。生产实践中，一般使用氧气管粘取渣样来判断渣的流动性，以此来判断玻璃渣快速脱硫的能力。氧气管表面粘渣的厚度决定渣流动性的好坏，一般白灰和化渣剂的重量配比为3∶1～4∶1，可得到合适厚度即 0.5～1.0 mm 的玻璃渣。为了提高LF脱硫率及终渣吸附夹渣的能力，采取顶渣先稀后干的操作。在第一次脱硫结束并取过程样后，根据顶渣的流动性，加入0.5～1.0 kg/t钢的白灰，使终渣渣样的厚度达到约1.0 mm。

针对SPHC钢种，取LF无氟化快速脱硫工艺采用前后各20炉炉渣化验，顶渣组成平均值对比见表2。由表2可见，采用LF无氟化快速脱硫工艺后，顶渣组成中AlO和CaO的比值升高，提高了顶渣的流动性，有利于钢水快速脱硫。

表2 顶渣组成平均值对比Table 2 Contrast of Average Values of Compositions in Top Slag %

4 取得的效果

4.1 缩短LF处理周期

采用无氟化快速脱硫工艺前后的LF处理时间对比见图4。

图4 采用无氟化快速脱硫工艺前后的LF处理时间对比Fig.4 Contrast of Treatment Time in LF before and after Using Rapid Desulfurization Process with No Fluoride

由图4看出，采用无氟化快速脱硫工艺生产低硅铝镇静钢后，LF精炼时间明显缩短，平均处理周期由38.92 min缩短到30.87 min。

统计采用该工艺前、后1个月的初始S含量和搬出S含量数据，脱硫率对比见表3。

表3 采用无氟化快速脱硫工艺前后LF脱硫率对比Table 3 Contrast of Desulfurization Rates by LF before and after Using Rapid Desulfurization Process with No Fluoride%

由表3看出，脱硫率及搬出S含量均值达到采用该工艺前的水平，能够满足连铸生产的需要。如适当延长处理时间，脱硫率还有提高空间。该工艺可应用于多数LF钢种。

4.2 降低LF电耗

3生产线 LF升温速度约为 5℃/min。钢水温降按1℃/min计算，LF炉每分钟耗电245 （kW·h），电价为 0.55 元/（kW·h），钢水重量为92 t/罐。LF平均处理时间约由38.92 min缩短到约30.87 min。则LF电耗降低：

（38.92-30.87）×1/5×245×0.55/92=2.36 元/t钢

5 结论

（1）鞍钢股份有限公司炼钢总厂针对LF精炼低硅铝镇静钢时采用铝矾土代替萤石作为助熔剂，导致LF处理周期长的问题，研究并应用了LF无氟化快速脱硫工艺。

（2）玻璃渣有利于LF无氟化快速脱硫，白灰和化渣剂的重量配比为3∶1～4∶1即可得到合适的玻璃渣。

（3）采用LF无氟化快速脱硫工艺后，低硅铝镇静钢LF平均处理周期由38.92 min缩短到30.87 min，LF电耗降低2.36元/t钢。

（4）该工艺可应用于多数LF钢种，具有广阔的应用前景。