300吨LF炉深脱硫与控硅理论研究

刘守杰，闫海龙（日照钢铁控股集团有限公司，山东 日照 276806）

300吨LF炉深脱硫与控硅理论研究

刘守杰，闫海龙
（日照钢铁控股集团有限公司，山东 日照 276806）

本文以精炼渣组成对钢渣硫分配比的影响为基础，从LF炉渣系优化、LF炉过程脱氧造渣和氩气操作几个方面入手，在LF到站S≤0.015%的基础上，保证LF炉出站S≤0.002%，同时保证LF炉出站Si≤0.03%，为ESP连铸提供超低硫、低碳、低硅的钢水，满足ESP产线需求。

脱硫；控硅；渣系

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.16.022

日照钢铁控股集团有限公司冷板制造部300吨LF炉是与ESP产线配套的精炼设备，目的是为ESP连铸提供超低硫、低碳、低硅的钢水，满足ESP产线需求。本研究以精炼渣组成对钢渣硫分配比的影响为基础，从LF炉渣系优化、LF炉过程脱氧造渣和氩气操作几个方面入手，在LF到站S≤0.015%的基础上，保证LF炉出站S≤0.002%，同时保证LF炉出站Si≤0.03%。

1　LF硫容量与硫分配比计算

1.1硫容量的概念

讨论炼钢过程中的脱硫反应时，主要考虑一下两个反应：

反应（1）是描述渣-气两相中氧分压小于0.1013Pa的氧硫之间的平衡，炼钢时除特殊情况外，氧分压都小于0.1013Pa，反应（2）是渣-钢两相间的平衡。

反应（1）的平衡常数可表示为：

Fincham和Richardson用式（3）表示了硫容量（CS）的概念：

硫容量CS仅仅是温度和渣成分的函数，它描述了一种液态炉渣潜在的脱硫能力，可以用来比较不同炉渣的脱硫能力大小。

1.2硫分配比的计算

为了把硫容量同渣钢间的硫分配比联系起来，综合反应（1）、（2）得到反应（10）：

反映（10）的平衡常数K10用式（11）表示：

平衡常数K10还可以表示为：

其中，a［O］和a［S］是钢液中O和S的活度，fS是钢液中S的活度系数，［%S］是钢液中硫的含量。

结合式（11）和（12），钢渣之间的硫平衡分配比LS可用下式表示：

在综合考虑各方面因素影响下，为了控制合理的钢渣之间的硫平衡分配比，对于超低硫钢而言，根据初始硫含量，钢包总渣量应控制在8～12kg/t。

2　LF过程回硅理论计算

两种LF过程回硅量的计算方法：

300吨转炉出钢过程中带入钢包中的渣量：

渣厚的确定：300吨转炉出钢带渣量：根据技术交流数据，同时具有下渣检测和滑板挡渣的转炉出钢过程中带入钢包内的渣厚不超过50mm，此处按照50mm计算；

渣面直径的确定：300吨钢包砌筑后，渣线位置的钢包直径为3884mm，以3900计算；

钢渣密度的确定：钢渣密度按照钢水密度的三分之一计算，即（7.85×103）/3=2.62×103kg/m3；

综上，300吨转炉出钢带渣量为：

2.1按照二炼钢SPHC转炉终渣SiO2的含量计算

二钢SPHC转炉终渣SiO2平均含量14%，那么转炉出钢过程中带入的转炉渣中SiO2的含量为1.56t×0.14=0.219t，Si含量为0.219t× （28/60）=0.102t。

假定LF冶炼过程中，这些硅全部进入钢水中，会造成钢水的回硅量为：（0.102/300） ×100%=0.034%

2.2按照铁水SiO2的含量计算

按照铁水中平均Si含量0.35%计算，300吨铁水的含硅量为：300×0.35%=1.05t，

转炉冶炼过程加入石灰按照35吨计算，转炉出钢过程带渣量1.56t，则钢包渣中含硅量为：1.05×（1.56/35）=0.0468t

假定这部分硅全部进入钢水，则钢水增硅量为：（0.0468/300）×100%=0.016%

3　脱硫与控硅

本研究中的钢水回硅是渣中SiO2与钢水中Al反应的体现，把这一反应列出方程，可以写成下面的形式：

将（2）式变形可以得到：

对于精炼渣的脱硫，反应方程式可以写为：

由式（5）变形可知得到：

计算得出的A/ S的极小值与C/ A的极大值相对应，同一渣系抑制回硅和脱硫不可能都得到最佳结果，但在避开A/ S的极小值后，可以在一定的成分范围内选择合适的A/ S和C/ A，在脱硫的同时抑制回硅。

4　结论

（1）在综合考虑各方面因素影响下，为了控制合理的钢渣之间的硫平衡分配比，对于超低硫钢而言，根据初始硫含量，钢包总渣量应控制在8～12kg/t，按钢水量300吨计算，总渣量应为2.4～3.6吨。

（2）当Al2O3为25%时，可以获得降硅参数的最小值，同时获得脱硫参数的极大值，当Al2O3为40%时，LF过程回硅量将失控。所以在300吨LF炉冶炼过程中，LF渣系中，应控制在25～30%左右，如果此时精炼渣流动性不佳，可以补加萤石。

（3）MgO的存在可以抑制硅的还原，但是MgO过高会造成炉渣流动性变差，渣中MgO合理的控制范围是6～8%。

（4）减少精炼过程脱氧喂入的铝量，将钢中［Al］s的质量分数控制在0.040%以内，这对减少LF精炼过程增硅量十分重要。

（5）LF冶炼过程中钢水增硅的主要来源是转炉出钢过程中，带的转炉渣中的SiO2在LF冶炼过程中被还原，从理论回硅量计算来看，控制LF过程Si不超标的根本是控制转炉出钢带渣量，LF炉各项操作只是辅助手段。

［1］王新志.LF快速造白渣工艺分析［J］.炼钢，2010，6（03）.