武 劍，周 偉，趙梓云，任 濤，陳 旭

（日照鋼鐵控股集團有限公司，山東 日照 276806）

硫在鋼中通常是有害元素[1]，常規(guī)低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼要求w（S）＜0.008%，日鋼連鑄產(chǎn)線鑄坯冷卻速度快、冷卻強度大，對硫要求更為嚴(yán)格，w（S）＞0.005%極易產(chǎn)生邊裂，因此要求低碳低硅鋁鎮(zhèn)靜鋼w（S）≤0.003%。當(dāng)前日鋼連鑄低碳低硅鋁鎮(zhèn)靜鋼主要采用BOF-LF-CC或BOF-RH-LF-CC工藝路線，由于此工藝路線不進行鐵水預(yù)脫，脫硫任務(wù)主要在于LF工序，LF爐低碳低硅鋁鎮(zhèn)靜鋼到站溫度1 530～1 550℃，到站初始硫含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）0.020%～0.040%，連鑄產(chǎn)線平均每爐鋼拉鋼時長53 min，刨除軟吹工藝需求的時間，LF升溫、造渣、脫硫時間約35 min，溫度低節(jié)奏緊任務(wù)重。本文以連鑄產(chǎn)線下高拉速、短周期、低溫度、低成本為背景，進行快速造渣脫硫研究。

1 脫硫原理

鋼水脫硫是指在還原性氣氛下,鋼液中的硫元素被還原成S2-，并與鋼液中的Ca2+、Mg2+結(jié)合形成穩(wěn)定的化合物，通過氬氣攪拌進而被爐渣捕捉、吸附的過程。其中Ca2+、Mg2+主要來源于石灰及精煉渣，日鋼LF精煉主要以石灰（主要成分CaO）脫硫為主，脫硫反應(yīng)的最基本離子方程式可以表示為[2-3]：

上述脫硫反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，其熱力學(xué)影響因素主要為溫度、爐渣黏度、爐渣的硫容（Cs）及硫在爐渣間的分配系數(shù)（Ls），這些熱力學(xué)影響因素主要與爐渣的溫度及化學(xué)組成有關(guān)。日鋼連鑄產(chǎn)線LF到站溫度1 530～1 550℃相比其他鋼廠熱力學(xué)方面不具備優(yōu)勢。

脫硫反應(yīng)動力學(xué)影響因素主要為鋼液攪拌能及攪拌時間，對于日鋼以底吹氬氣攪拌為主的LF工序來說，這些動力學(xué)影響因素主要與吹氬流量及吹氬時間有關(guān)，但產(chǎn)線拉速快、周期短，同樣不具備脫硫優(yōu)勢。必須從爐渣組成、造渣制度、吹氬制度等方面進行優(yōu)化，快速造渣脫硫，提高脫硫效率。

2 脫硫工藝實踐

2.1 鋼的化學(xué)成分要求

為保證低碳低硅鋁鎮(zhèn)靜鋼具有良好的沖壓性能和表觀質(zhì)量，鋼的化學(xué)成分要求如表1所示。

表1 日鋼低碳低硅鋁鎮(zhèn)靜鋼成分 %

2.2 爐渣組成

低碳低硅鋁鎮(zhèn)靜鋼以鋁制品脫氧為主，且過程控硅，渣中SiO2、MgO含量較低，因此常用的二元堿度（m（CaO）/m（SiO2））、三元堿度（m（CaO）/m（SiO2）+m（Al2O3））、四元堿度（m（CaO）+m（MgO）/m（SiO2）+m（Al2O3））均不能很好的反應(yīng)爐渣堿度情況，對低碳低硅鋼種爐渣堿度起決定性作用的為渣中CaO、Al2O3含量，故定義m（CaO）/m（Al2O3）為低碳低硅鋁鎮(zhèn)靜鋼爐渣堿度，簡稱為C/A，取幾組不同精煉終渣統(tǒng)計其脫硫率如下頁表2，現(xiàn)場實踐發(fā)現(xiàn)對于低碳低硅鋁鎮(zhèn)靜鋼當(dāng)爐渣C/A比值＞2，爐渣流動性變差，脫硫效率降低；當(dāng)C/A比值＜1.5，爐渣堿度不足脫硫效率降低；渣中C/A比值在1.5～2.0的范圍內(nèi)爐渣脫硫率較高，結(jié)合現(xiàn)場控硅經(jīng)驗C/A比值越高越利于過程控硅，因此較為合適的C/A比值應(yīng)為1.8～2.0。

表2 不同精煉渣脫硫率 %

2.3 造渣制度

為減輕LF造渣壓力，同時提高鋼水吊運過程保溫效果，進行轉(zhuǎn)爐出鋼加石灰、鋁粒提前脫氧造渣，摸索500 kg、1 000 kg、1 500 kg、2 000 kg石灰造渣，根據(jù)現(xiàn)場實際運行發(fā)現(xiàn)四種不同頂渣保溫效果差別不大，如圖1，但500 kg頂渣LF爐到站爐渣較稀，堿度低不利于前期埋弧造渣，1 500 kg、2 000 kg頂渣均出現(xiàn)不同程度頂渣結(jié)駝現(xiàn)象，1 000 kg頂渣融化良好，LF到站爐渣堿度較適宜。

圖1 四種頂渣吊運過程溫降

通常轉(zhuǎn)爐出鋼采用鋁錠對鋼水進行脫氧合金化，鋁錠密度小易浮于鋼液表面被空氣氧化，造成鋼液脫氧不完全、鋁回收率低等問題，通過采用出鋼鋁錠脫氧、氬站喂鋁線（200 kg鋁錠+1 000 m鋁線）的方式代替純鋁錠脫氧（400 kg鋁錠），提高鋁制品收得率，保證鋼液、鋼渣同時脫氧，減輕LF到站造渣壓力，鋁錠+鋁線脫氧與純鋁錠脫氧鋁回收率對比如表3，鋁錠+鋁線脫氧與純鋁錠脫氧LF進站渣樣對比如表4。鋁錠+鋁線脫氧相比純鋁錠脫氧鋁制品回收率提高6%，LF進站爐渣氧化性降低1.22%，為LF快速造渣脫硫提供良好基礎(chǔ)條件。

表3 鋁錠+鋁線脫氧與純鋁錠脫氧鋁收得率對比

表4 鋁錠+鋁線與純鋁錠脫氧LF進站渣樣

為保證爐渣具有足夠的脫硫能力，脫硫總渣量應(yīng)控制在8～12 kg/t[4]，考慮短周期、快節(jié)奏的冶煉模式，為快速將硫磺降低至0.003%以下，總渣量按照上限控制。轉(zhuǎn)爐過程石灰用量約3 kg/t，LF需補加7～9 kg/t，即2 100～2 700 kg。將LF脫硫過程大致分為三個階段：初期（開始冶煉-第一次送電結(jié)束，爐渣造渣期，約8～10 min）、中期（第一次送電結(jié)束-變渣，爐渣成渣期，約10～20 min）、末期（成渣-冶煉結(jié)束，純脫硫及爐渣調(diào)整期，約10～15 min）。

由于LF到站溫度較低，前期爐渣融化效果差，為兼顧脫硫基礎(chǔ)渣量與爐渣流動性，通過實踐摸索首批石灰按照1 300～1 500 kg控制，若爐渣過稠前期可補加螢石降低爐渣熔點提高爐渣流動性；中期溫度升高化渣較好，為保證爐渣硫容，提高過程脫硫能力，同時減少末期補灰調(diào)渣壓力，中期石灰用量按照500～1 000 kg控制；末期溫度達到高點，攪拌脫硫，為防止?fàn)t渣過稀、堿度不足，末期石灰用量按照100～300 kg控制，調(diào)節(jié)終渣堿度。

2.4 吹氬制度

鋼包底吹氬氣做為脫硫反應(yīng)動力源，對化渣、脫硫影響較大。轉(zhuǎn)爐出鋼溫度低，為防止氬氣單透或不透，透氣芯吹掃保證耐材裸露無鋼，轉(zhuǎn)爐放鋼全程吹氬，氬站鋁線合金化過程氬氣10～20 m3/h軟吹，離站前旁通吹氬，LF工序進站旁通吹氬，全流程保證鋼包吹氬正常。

原鋼包2個吹氬點處于鋼包南側(cè)方位偏心吹氬如圖2，LF冶煉過程爐渣化渣較差，大量補加渣料易結(jié)坨，將鋼包吹氬點位北移至下料口下方，形成對角吹氬如圖3，前期化渣時間縮短約2min，脫硫時采用兩吹氬點強弱交互吹氬，解決對角吹氬中部流場抵消攪拌能力差的問題。

圖2 原鋼包底吹氬分布

圖3 現(xiàn)鋼包底吹氬分布

3 結(jié)論

1）通過對爐渣組成、脫氧造渣制度、吹氬制度等方面進行優(yōu)化控制，日鋼精煉脫硫率達到90%以上，成品硫磺質(zhì)量分?jǐn)?shù)＜0.003%比例達到95.6%。

2）對于300t鋼水快速脫硫爐渣組成是基礎(chǔ)，渣中w（Al2O3）應(yīng)控制在30%左右，C/A控制在1.8～2.0，為控制渣中w（Al2O3）可根據(jù)鋼水過吹程度采用鋁線+鋁錠出鋼脫氧合金化或出鋼過程少量硅鐵脫氧合金化兩種方式調(diào)節(jié)渣中Al2O3比例。

3）為降低LF爐造渣壓力轉(zhuǎn)爐出鋼石灰用量按照1 000 kg控制；LF工序應(yīng)分階段控制石灰用量：首批石灰量控制在1 300～1 500 kg保證基礎(chǔ)渣量，此時爐渣過稠可使用螢石化渣；脫硫中期石灰用量控制在500～1 000 kg保證爐渣具有充足的硫容；脫硫末期石灰用量控制在100～300 kg調(diào)節(jié)爐渣堿度。

4）鋼包透氣芯對快速脫硫起到?jīng)Q定性作用，為保證低溫狀態(tài)下具有良好透氣性，從透氣芯吹掃到各工序吹氬都要嚴(yán)格把控。對角透氣芯對提高化渣速度有很好的效果，但透氣芯對稱會出現(xiàn)流場抵消降低脫硫動力學(xué)強度，可采用兩透氣芯強弱交互吹氬來解決此問題。