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随着国内外市场的需求,对钢材产品的质量要求越来越高,特别是对钢中有害元素硫的含量限制更加严格。如石油管、天然气输送管、海上采油平台用钢等,要求钢材具有更好的均匀机械性能和更高韧性,要求钢中硫含量低于500ｐｐｍ。另外,在目前全连铸技术的普遍应用中,硫化物在钢中的偏析成为连铸坯产生裂纹的重要原因之一,也是影响连铸坯合格率的关键因素。因此,解决钢水的含硫问题已经成为保证钢材质量的关键环节之一。梅山炼钢厂为了满足管线钢等品种钢低硫含量的要求,成功开发了ｌｆ精炼炉造白渣深脱硫技术,并且已成功批量生产ｘ65、ｘ60等超低硫种,此项技术已运用成熟悉,脱硫率可达30%以上%。
1、设备概况
梅钢ｌｆ精炼炉是从意大利巴袼诺利厂引进的二手设备,其主要设备包括加热系统、电磁搅拌系统、加料系统等。目前,正常使用的主要是加热系统与搅拌系统,加精炼渣料主要通过行车吊袋装精炼渣在处理前加入钢包内,微量合金及少量造渣料则人工手动加入。
加热系统的主要技术性能参数见表1。
表1ｌｆ炉加热系统的主要技术性能
项目 参数
变压器容量/ｍｖａ 25+20%
一次侧电压/ｋｖ 30
二次侧电压/ｖ1 40～400
二次侧电流/ｋａ ｍａｘ43
电极直径/ｍｍ 350
极心圆直径/ｍｍ 600
电磁搅拌系统主要安装在钢包运行车上,钢包车有3个工位:钢包接受位,钢水处理位,钢包起吊位;电磁搅拌的主要技术性能参数见表2。
表2电磁搅拌系统主要技术性能
项目 参数
容量/ｋｖａ 630
电压/ｖ 380
电流/ａ 400,800
频率/ｈｚ 1.1
钢包容量/ｔ ｍａｘ162
搅拌方向/2
2、基本理论
硫在钢液中主要以ｆｅｓ及ｍｎｓ形式存在,在炉渣中以ｃａｓ形式存在最为稳定。脱硫基本反应为:
ｆｅｓ+ｃａｏ=ｃａｓ+ｆｅｏ (1)
造白渣后,炉渣中的ｓｉ不断将ｆｅｏ还原成ｆｅ,促进脱硫反应进行,因而造成白渣脱硫反应可写成:
2ｆｅｓ+2ｃａｏ+ｓｉ=2ｆｅ+2ｃａｓ+ｓｉｏ2 (2)
由此,影响脱硫的因素主要有以下几点。
(1) 炉渣碱度:渣中含有ｃａｏ是脱硫的首要条件,提高渣中ｃａｏ浓度有利于脱硫反应的进行,生产实践表明,碱度ｒ=2.5～3.0时,脱硫效果最好;
(2)渣中ｆｅｏ含量:从式(1)可看出,随着ｆｅｏ含量的降低有利于脱硫反应进行;
(3) 渣量:适当加大渣量可以提高ｃａｏ含量,稀释ｃａｓ浓度,对脱硫有明显效果;
(4) 搅拌能力:满足脱硫的热力学条件后,限制环节变为硫在钢中的扩散与硫在渣中的转移,因此,增强搅拌能力,增大有效反应面积可提高脱硫速率。
3、脱硫操作实践
3.1造渣制度
“炼钢及炼渣”,基于脱硫的基本理论,只有满足炉渣较高的碱度,具有足够的渣量,炉渣保持还原性,才能保证脱硫的基本前提。梅钢结合自身的生产特点开发了造白渣脱硫技术。
(1) 渣量控制 适当的渣量是脱硫的首要条件。渣量小,渣中碱度达不到要求,不利于脱硫;渣量过大,虽可以提高脱硫率,但原材料、电耗也增加];同时,炉渣过厚,脱硫反应时间过长,不利于调节生产节奏。目前,梅钢在生产中脱硫每炉钢所用精炼渣量有两个级别:一种是0.5～1.0ｔ,一种是1.0～1.5ｔ,两者的脱硫对比选取生产数据见表3。
表3不同渣量时的脱硫效果
渣量/ｔ 处理前/ｐｐｍ 处理后/ｐｐｍ 脱硫率/%
0.55 70 60 14.0
0.70 80 70 12.5
0.65 80 70 12.5
0.90 90 70 22.2
1.30 100 70 30.0
1.40 90 60 33.3
1.55 90 40 55.5
1.35 80 40 50.0
由表3明显看出,渣量对脱硫的效果影响很大,因此,在梅钢的生产中,对于要求深脱硫的钢种,一般渣量占钢水量的1%左右,即渣量为1.5ｔ左右更有利于脱硫。在生产中,1.5ｔ的渣料不是一次性加入,而是分批加入,第一次在加热前加入1ｔ左右含ｃａｏ>50%的精炼渣,剩余0.5ｔ的则为硅钙粉、石灰、铝粒等在处理过程中分批次根据炉渣状况加入。
(2) 渣况判断及渣性控制 白渣是一种碱性渣,具有良好的脱氧和脱硫能力。造白渣的好坏直接关系到钢液脱硫的效果。而评定白渣的好坏首先是看渣色,不仅看炉渣白的程度,而且要看白渣保持时间。白渣颜色稳定,且保持时间长,才能说明钢液脱氧良好]。碱性渣随着炉渣的氧化性而呈现不同的颜色,所以渣色是炉渣与钢液脱氧程度的标志,随着炉渣氧化性的减弱,炉渣颜色也逐渐变浅,由黑色→棕色→黄色→淡黄色→白色变化。
梅钢ｌｆ精炼炉造白渣脱硫主要是在稀薄渣熔化形成后,添加ｃａｓｉ粉使炉渣具有还原性,逐步使炉渣变白。由于受设备限制,ｌｆ精炼炉在加热前所加精炼渣由行车吊加至钢包,精炼渣主要含ｃａｏ>50%,然后进行加热化渣处理,待精炼渣基本熔化时,加入第1批ｃａｓｉ粉,第1次加热结束,测温取样同时,观察炉渣状况,氧化渣一般呈黑色,如果炉渣呈淡黄色、黄色、棕色以至发黑时,说明炉渣脱氧不良,需进一步脱氧,如果炉渣呈白色或稍带一点灰色,说明炉渣脱氧良好,可以不加或少加ｃａｓｉ粉。梅钢在造白渣处理中,为了加速炉渣脱氧,在加casi粉时，也采取加适量铝粒进行脱氧。
在造白渣过程中ｃａｓｉ粉的投入量占总渣量的20%左右,即ｃａｓｉ粉投入量在300ｋｇ左右,加铝粒是为了加速脱氧,投入量为100ｋｇ左右,造好的白渣钢渣呈均匀的小泡末,用渣棒粘渣,渣层均匀,冷却后表面呈白色鱼子状,断面白色带灰色或细线,且疏松多孔,冷却后会自动粉化成白色粉末。这是最理想的白渣现象。如没粉化,则碱度不够,仍须加石灰调整,所以在处理时,也须人工加精炼渣调整碱度。
3.2 节奏调整
在ｌｆ精炼炉脱硫过程中,如何控制好生产节奏,就是要合理分配化渣、造白渣时间及钢渣反应时间。在转炉短周期冶炼、连铸高拉速浇铸的大生产中,ｌｆ精炼炉作为中间环节,在保证较高脱硫率的同时,处理时间也应是越短越好,表4显示一组每炉钢各阶段的脱硫率,以渣量1.5ｔ为例。
表4各阶段的脱率效果
编号 化、造渣时间 处理时间 脱硫率
ｍｉｎ ｍｉｎ %
1 15 27 27.5
2 18 44 37.5
3 20 32 50.0
4 15 41 28.6
5 20 43 42.8
6 16 36 33.3
7 23 33 42.8
8 21 38 37.5
平均 18.5 36.5 37.5
由表4可知,目前,梅钢ｌｆ精炼炉在35ｍｉｎ左右完全有能力保证脱硫率在35%以上,能够满足大生产的要求。但在快节奏的生产中,结合梅钢的生产实际,仍有许多可进一步改进缩短精炼脱硫处理时间的措施。
(1) 根据表4,脱硫过程中化渣时间相对较长,因此,合理调节加热的电压、电流级数,提高加热效率,加大升温速度,做到早化渣,快速造渣,而且可满足温度调整的需要。
(2) 目前,梅钢ｌｆ精炼炉的搅拌系统为电磁搅拌,且搅拌最大电流为800ａ,搅拌强度远不能满足脱硫反应所须的钢渣充分搅拌的需求,因此,在生产中脱硫时,必须接底吹搅拌加快反应速度,缩短反应时间。
(3) 充分利用好ｌｆ精炼炉的加料系统,可以缩短由行车吊加精炼渣的时间,同时,也完善了ｌｆ精炼炉的功能。
(4) 优化生产工艺,可以在转炉出钢过程中把须脱硫的精炼渣加进钢包中,一方面可以增加钢与脱硫渣的反应界面,另一方面也可以缩短由行车吊加精炼渣的时间。但这又同时要求转炉的氧化渣须控制好和出钢过程中的合理脱氧。
4、结论
梅钢就ｌｆ精炼炉设备状况,结合脱硫基本理论,开发了造白渣脱硫技术,此技术适用于铝硅镇静钢,且效果明显。
(1) 造渣量保持在1500ｋｇ左右可满足生产需要,能使脱硫率在30%以上,其中主要是精炼渣,其含ｃａｏ>50%;其次是ｃａｓｉ粉,占渣量的20%;另外还有少许铝粒加速脱氧;
(2) 白渣是最理想的脱硫碱性渣,用渣棒粘渣,其现象为:渣层均匀,冷却后表面呈白色鱼子状,断面白色带灰色点或细线,且疏松多孔,冷却后会自动粉化成白色粉末;
(3) 脱硫时间在35ｍｉｎ左右即可使脱硫率达到30%以上。
为了适应快节奏的大生产,进一步缩短脱硫时间,提高脱硫效率,目前ｌｆ精炼炉脱硫仍有许多可改进之处。
(1) 合理调节加热的电压、电流级数,提高加热效率,做到快速造白渣;
(2) 充分利用好电磁搅拌与底吹系统,做好钢渣充分快速反应;
(3) 充分利用ｌｆ精炼炉的加料系统,缩短加料时间;
(4) 优化生产工艺,可以实践在转炉出钢过程中把须脱硫的精炼渣加进钢包中。
