安钢150t钢包精炼炉(LF炉)深脱硫技术工艺实践
安钢第二炼轧厂150t顶底复吹转炉—150t LF炉—宽板坯连铸生产线于2005年8月投产。由于开发新品种冶炼低碳低硫钢的要求,LF炉担负着快速深脱硫的任务,需要将进站硫0.010%～0.025%在最短时间内快速脱至0.005%以内,因此,选择一种具有较低熔点、流动性良好、较强脱硫、脱氧、吸附夹杂能力的渣系,并制定合理的造渣工艺是确保LF炉精炼快速脱硫的关键。
1、技术参数
安钢150t钢包精炼炉主要技术参数见下表:
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2、安钢150t钢包炉精炼工艺流程
钢水进站→钢包车到LF精炼位→测温取样→送电、加渣料、造还原渣→调整钢水成分→测温取样→成分温度合格→喂线→软搅拌→钢包到LF炉起吊位→加保温剂→吊包→宽板坯连铸机
3、LF脱硫技术的分析
从热力学和动力学方面对LF深脱硫工艺的分析来看,大渣量、高碱度、适当高的钢水温度、较低的炉渣氧化性、良好的吹氩搅拌以及钢水钙处理是钢水深脱硫的有利条件。
3.1 脱硫反应
对于铝镇静钢来说,脱硫基本反应为:3(CaO)+2[Al]+3[FeS]=3(CaS)+(Al2O3)+3[Fe]
3.2 渣量对脱硫效果的影响
适当增加渣量,可以增加渣中CaO含量,稀释渣中CaS浓度,可以加快脱硫速率,但渣量过大会使炉渣过厚,影响钢渣界面反应,在实际生产过程中,转炉出钢下渣过多,会使钢中氧含量增加,影响造白渣的过程,从而恶化脱硫条件降低脱硫效率。因此,在生产实践中转炉出钢下渣量要求小于30mm。
冶炼低碳低硫钢种,转炉出钢硫平均达到0.018%，要求成品硫小于0.005%，脱硫率大于80%。渣量与脱硫率的关系如下图所示。可以看出脱硫率要达到80%，渣量最少12.5kg/t。
3.3 碱度的控制
实测炉渣的碱度影响炉渣的熔化温度、粘度和脱硫能力。该渣系炉渣碱度R =(CaO+MgO)/(Al2O3 +SiO2)。渣系的粘度与(CaO+MgO)含量的关系如图所示,由图可见:当(MgO+ CaO)含量超过70%时,炉渣粘度急剧升高。
3.4 钢水温度
生产实践表明,钢水温度低于1560℃时,脱硫速率明显降低;钢水温度高于1560℃时,渣料熔化快。因此,要求转炉钢水进站温度要大于1560℃,渣料熔化速度快,流动性好,脱硫速度快。
3.5 炉渣氧化性
LF精炼炉在白渣下脱硫和合金微调,因此炉渣脱氧是造白渣操作的关键,LF炉采用铝粒脱氧。炉渣中氧含量与硫分配比关系如图3,由图可知,氧含量越低脱硫效果越好。
炉渣碱度与脱硫的分配比Ls的关系如图4所示,由图可见当碱度为2.5～3.5时,炉渣具有最大的脱硫能力,但是炉渣碱度过高会增加粘度而不利于脱硫,因此,本渣系选择碱度为2.6左右。
3.6 吹氩搅拌
在精炼过程中,钢水始终处于吹氩搅拌状态,这精炼过程中,钢水始终处于吹氩搅拌状态,这有利于增大钢-渣界面,促进钢-渣界面的化学反应,有利于脱氧、脱硫反应的顺利进行。吹氩搅拌可使非金属夹杂物相互碰撞、聚集,逐渐变大颗粒,便于上浮去除。吹氩还可以加速钢中成分和温度的均匀,便于精确控制钢水成分、温度。
3.7 钙处理
喂入CaSi线可以净化钢液和控制夹杂形态。钙具有较强的脱氧、脱硫能力,能对钢液进行良好的脱氧和脱硫。若钙用量控制适当,CaO和Al2O3能形成低熔点的铝酸盐,在钢液中呈球状,易于上浮排出。但对喂CaSi线前后钢水取样分析表明,喂CaSi线后钢水将进一步深脱硫,使硫含量进一步降低。
4、深脱硫工艺的开发与实践
安钢第二炼轧厂根据渣量、炉渣碱度、钢水温度、炉渣氧化性、吹氩搅拌以及钢水钙处理等因素对钢水深脱硫的影响,结合生产实际情况,制定出较为合理的工艺制度,以满足生产需要。
4.1 造渣制度
根据安钢实际情况以及考虑到成本因素,安钢150t LF钢包精炼炉渣料实际消耗为:石灰9～13kg/t;萤石0.6～1kg/t;预熔精炼渣2kg/t;铝矾土2kg/t。下表为安钢实际的渣系成分控制。在实际生产中还发现,越早造白渣,脱硫效率越高,因此,要求钢水进站后立即加铝粒脱氧,一次给电后要求造好白渣。
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项目
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CaO
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Al2O3
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FeO+Mn
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SiO2
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MgO
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安钢的渣系成分
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55-60
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20-30
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＜1
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6-10
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5-8
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4.2 温度制度
根据实际情况,安钢要求进LF精炼站钢水温度尽量大于1560℃,从图可以看出温度低于1560℃时,脱硫效率将会明显降低。
4.3 氩气搅拌制度
为保证脱硫及去除夹杂物,要求冶炼前期脱硫时氩气搅拌强度为800NL/min,强搅有利于脱硫;均匀成分、温度时氩气搅拌强度为400～500NL/min;喂线后氩气软搅拌强度为50～100NL/mim,避免裸露钢水液面,引起二次氧化。在LF炉处理过程中,吹氩搅拌强度对脱硫效果有很强的影响。下图所示为底吹氩搅拌强度指数与脱硫率的关系。随着吹氩强度的增加,脱硫率增加。当吹氩强度指数达到20时,脱硫率达到85%以上。
5、工艺效果
经过采用深脱硫工艺后,安钢第二炼轧厂150t LF钢包精炼炉脱硫时间明显缩短,经实践检验,能满足冶炼低硫钢种[S]≤0.005%的要求,下表为现场冶炼低硫钢数据统计和记录,脱硫率超过80%,说明目前采用的深脱硫工艺是行之有效的。
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炉号
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精炼前S含量
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精炼后S含量
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脱硫率
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1
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0.021
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0.003
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85.7
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2
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0.016
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0.0019
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88.1
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3
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0.015
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0.0026
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82.7
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4
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0.013
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0.0018
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86.2
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5
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0.017
|
0.0020
|
88.2
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6
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0.018
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0.0022
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87.8
|
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7
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0.013
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0.0016
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87.7
|
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8
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0.011
|
0.0025
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77.2
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9
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0.014
|
0.0027
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80.7
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10
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0.014
|
0.0027
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85.7
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平均
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0.015
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0.0023
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85.0
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6、结论
1)通过控制CaO-SiO2-Al2O3-MgO渣系的碱度和Al2O3含量,可降低炉渣的理论熔点,改善炉渣流动性,得到碱度在2.6左右,流动性良好的渣,适于深脱硫。
2)降低渣中FeO的含量是实现快速深脱硫的关键环节,转炉工序应采取措施尽量减少下渣量,挡渣出钢,LF炉在最短时间内造好白渣,为实现快速深脱硫创造良好的条件。
3)在LF处理过程中,各环节吹氩搅拌强度的控制对脱硫效果有很大的影响,因此,合理控制吹氩强度也是快速深脱硫工艺的关键所在。
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