LF炉高碱度精炼渣脱硫效果及发泡性的研究

马广庆

摘 要：硫是钢中常见的有害元素之一，对钢材性能会造成诸多不良影响。硫是表面活性元素，与其他元素构成硫化物然后偏聚在钢材的晶界或者异相界面上，危害钢材的性能，引起钢的热脆，降低钢材的机械性能、焊接性能、抗腐蚀性能等。因此选择具有优良性能的精炼渣是LF精炼工段一个非常重要的环节。基于此，本文就LF炉高碱度精炼渣脱硫效果及发泡性方面的内容进行了简单分析与探讨，以供参阅。

关键词：LF炉；高碱度；精炼渣；脱硫效果；发泡性

引言

LF精炼渣不仅要对钢液具备良好的净化作用，还要具有一定的发泡性，一方面有利于LF精炼时的埋弧操作，稳定电弧，保护精炼炉炉衬，减少电极和耐火材料的损耗，从而降低冶金工艺的成本，另一方面精炼渣适当的发泡还可以增加钢渣反应的面积，改善钢液脱硫反应的动力学条件，加快脱硫反应的进行，因此精炼渣必须具备良好的物理性质、化学性质以及发泡性能，而这些性质是由精炼渣的成分和含量决定的。

1 LF炉精炼渣

在钢包内制造白渣是LF炉外精炼工段一个至关重要的技术环节，相比电炉炼钢来说LF合成渣操作取代了电炉还原操作，利用LF炉合成渣操作对钢液进行脱硫、脱氧、去夹杂处理，向精炼炉中加入具有特殊作用的造渣剂，利用电弧产生的热量将固态渣熔化成液态渣，使钢液与熔渣充分接触净化钢液，同时熔渣覆盖在钢液表面还可以对钢液起到隔热保温的作用，精炼渣的具体作用如下：1）脱硫去氧作用。在LF炉底部喷吹Ar，利用Ar钢液中的搅拌，增大钢渣之间的接触面积，促进了钢渣的充分接触，改善了精炼渣对钢液脱硫脱氧的动力学条件。2）对LF炉包衬进行保护，增加导热量，提高精炼过程中的传热效率。熔渣在LF炉中起泡，在泡沫渣中进行埋弧操作，使耐火材料和炉衬免受高温电弧的侵蚀，延长炉体寿命。3）吸收钢液中的非金属夹杂物。向钢包内出入氩气增加搅拌速率，有助于夹杂物上浮增大熔渣对夹杂物的吸附率。4）对钢液起到保护作用，熔渣覆盖在钢液上防止钢液二次氧化液。电弧在加熱过程中会电解空气中的水蒸气产生氢气污染钢液，将熔渣覆盖在钢液表面还可以避免气体进入钢液，减少钢液中的氢含量。

2 LF精炼渣的理化性能对钢液脱硫情况的影响

综合脱硫反应的热力学和动力学条件来看，利用低氧化性，高还原性的精炼渣对钢液进行脱硫可以从采用以下方法：1）钢液脱硫反应属于吸热反应，升高温度增加钢渣界面硫的传质系数，使传质速度增加，有利于熔渣脱硫，增加脱硫速度。2）提高炉渣的硫容量和精炼渣与钢液之间硫的分配系数，以增强脱硫反应发生的推动力。3）采用各种搅拌方法增大搅拌强度可以增加了熔渣与钢液之间的接触面积，使钢渣充分接触，为脱硫反应创造良好的动力学条件，促进脱硫反应的进行。

3精炼渣发泡性研究

在LF炉外精炼实际生产过程中，精炼渣的泡沫化是一个重要的技术指标，所以这就需要我们为精炼渣提供良好的气源增加熔渣中气泡的含量。添加气泡的方法通常有两种：第一是往基渣中吹入惰性气体，使吹入的惰性气体滞留在熔渣中，第二是向基渣中添加发泡剂，发泡剂在熔渣中与熔渣发生化学反应，或者发泡剂自身分解产生出大量的气泡，这些气泡就会滞留在熔渣中，使熔渣泡沫化。

3.1精炼渣对熔渣发泡性的影响

精炼渣在LF炉中发生化学反应，产生大量不溶于熔渣的气体，气体滞留在熔渣中使熔渣体积膨胀形成密集排列的气孔状结构，形成泡沫渣，泡沫渣是气体与熔渣的混合物，精炼渣的起泡效果受到多种因素的影响如精炼渣本身的粘度、密度、表面张力等。熔渣的粘度过低，造成精炼渣在发泡的过程当中气泡在熔渣中的滞留时间过短，精炼渣发泡不稳定，产生的气体分散在熔渣中难以形成稳定的气孔状结构，在实际的生产过程当中如果熔渣粘度太低，形成的泡沫渣不够稳定，容易形成喷溅现象和埋弧情况不理想，降低导热性以及损害电极；熔渣的粘度过高，使精炼渣的流动性变差，气泡难以将熔渣分散成气孔状结构，反而会导致产生的气泡在熔渣的挤压之下聚集在一起形成一些体积比较大的气泡，熔渣中的气泡分布不够均匀，导致熔渣发泡性降低，试验结果表明熔渣的粘度在0.25pa.s—0.45pa.s之间熔渣具有良好的起泡性。熔渣的比降低是熔渣发泡性的必要条件，低意味着熔渣在发泡的过程当中消耗的能量比较低，因此说降低熔渣的表面张力，降低熔渣的表面能容易使气泡在熔渣中形成。综上所述，从精炼渣本身的角度去考虑熔渣的发泡效果，泡沫渣的形成主要由熔渣自身的粘度和熔渣的表面张力决定，合适的熔渣粘度有利于在发泡过程当中维持气泡的稳定存在；较低的表面张力可以促进气泡在熔渣中大量的产生。

3.2发泡剂对熔渣发泡性的影响

精炼渣的发泡效果主要受到两个因素的影响，第一精炼渣本身具备良好的物理化学性质，即具备良好的发泡性；第二对精炼渣的气体供给情况良好，气体供给形式主要分为两种方式，外接气源（向精炼渣中通入不溶解的气体）和熔渣在高温下发生化学反应生成的气体。当外接气体供给情况不好或者说外接气体对熔渣的发泡效果不理想时就需要向熔渣中加入一定量的发泡剂，帮助熔渣起泡，促进熔渣的泡沫化。在工业实际生产中发泡剂主要分为三种：碳酸盐、氯化物和氟化物。发泡剂的加入量低，导致熔渣中储存的起泡数量不充足，熔渣的起泡性相对较弱，发泡幅度低，不能很好的完成埋弧任务。发泡剂的加入量过多，碳酸钙分解完毕后会在熔渣中留有大量的CaO，CaO含量增多，导致熔渣的粘度变大，不利于发泡同时还会恶化钢渣反应的动力学条件，不利于钢渣之间的脱硫反应。

结束语

总而言之，炉外精炼技术在冶炼高品质的钢材中起到了非常重要的作用，是钢铁冶炼过程中不可或缺的环节，精炼渣性能的好坏直接关系到产品的质量和产品在市场中的竞争力，性能良好的精炼渣有助于提高产品的质量以及市场竞争力，同时还可以降低生产成本增加钢铁企业经济效益，这就是本论文课题研究的目的和意义。

参考文献：

[1]盛国良.LF精炼过程造渣脱硫模型的研究与应用[D].东北大学.2013

[2]董方，邓浩华，郄俊懋.LF炉精炼渣成分和粒度对Q345钢脱硫率的影响[J].工业加热.2014（01）

[3]张卫强.昆钢LF炉精炼渣的组成及冶金性能的研究[D].重庆大学.2005