梅鋼ＬＦ精煉爐脫硫工藝實踐

摘要:根據梅山煉鋼廠的ｌｆ精煉爐投產后的生產工藝及設備情況,詳細闡述了ｌｆ精煉爐針對鋁硅鎮靜鋼采用造白渣脫硫技術的生產工藝實踐,分析了該工藝的實施效果以及工藝實施過程中存在的問題、解決辦法等。

　　0 前言
　　隨著國內外市場的需求,對鋼材產品的質量要求越來越高,特別是對鋼中有害元素硫的含量限制更加嚴格。如石油管、天然氣輸送管、海上采油平臺用鋼等,要求鋼材具有更好的均勻機械性能和更高韌性,要求鋼中硫含量低于500ｐｐｍ。另外,在目前全連鑄技術的普遍應用中,硫化物在鋼中的偏析成為連鑄坯產生裂紋的重要原因之一,也是影響連鑄坯合格率的關鍵因素。因此,解決鋼水的含硫問題已經成為保證鋼材質量的關鍵環節之一。梅山煉鋼廠為了滿足管線鋼等品種鋼低硫含量的要求,成功開發了ｌｆ精煉爐造白渣深脫硫技術,并且已成功批量生產ｘ65、ｘ60等超低硫種,此項技術已運用成熟悉,脫硫率可達30%以上%。
　　1 設備概況
　　梅鋼ｌｆ精煉爐是從意大利巴袼諾利廠引進的二手設備,其主要設備包括加熱系統、電磁攪拌系統、加料系統等。目前,正常使用的主要是加熱系統與攪拌系統,加精煉渣料主要通過行車吊袋裝精煉渣在處理前加入鋼包內,微量合金及少量造渣料則人工手動加入。
　　加熱系統的主要技術性能參數見表1。
　　表1ｌｆ爐加熱系統的主要技術性能
　　項目 參數
　　變壓器容量/ｍｖａ 25+20%
　　一次側電壓/ｋｖ 30
　　二次側電壓/ｖ1 40～400
　　二次側電流/ｋａ ｍａｘ43
　　電極直徑/ｍｍ 350
　　極心圓直徑/ｍｍ 600
　　電磁攪拌系統主要安裝在鋼包運行車上,鋼包車有3個工位:鋼包接受位,鋼水處理位,鋼包起吊位;電磁攪拌的主要技術性能參數見表2。
　　表2電磁攪拌系統主要技術性能
　　項目 參數
　　容量/ｋｖａ 630
　　電壓/ｖ 380
　　電流/ａ 400,800
　　頻率/ｈｚ 1.1
　　鋼包容量/ｔ ｍａｘ162
　　攪拌方向/2 　
　　2 基本理論
　　硫在鋼液中主要以ｆｅｓ及ｍｎｓ形式存在,在爐渣中以ｃａｓ形式存在最為穩定。脫硫基本反應為:
　　ｆｅｓ+ｃａｏ=ｃａｓ+ｆｅｏ　　　　 (1)
　　造白渣后,爐渣中的ｓｉ不斷將ｆｅｏ還原成ｆｅ,促進脫硫反應進行,因而造成白渣脫硫反應可寫成:
　　2ｆｅｓ+2ｃａｏ+ｓｉ=2ｆｅ+2ｃａｓ+ｓｉｏ2　　　　 (2)
　　由此,影響脫硫的因素主要有以下幾點。
　　(1) 爐渣堿度:渣中含有ｃａｏ是脫硫的首要條件,提高渣中ｃａｏ濃度有利于脫硫反應的進行,生產實踐表明,堿度ｒ=2.5～3.0時,脫硫效果最好;
　　(2)渣中ｆｅｏ含量:從式(1)可看出,隨著ｆｅｏ含量的降低有利于脫硫反應進行;
　　(3) 渣量:適當加大渣量可以提高ｃａｏ含量,稀釋ｃａｓ濃度,對脫硫有明顯效果;
　　(4) 攪拌能力:滿足脫硫的熱力學條件后,限制環節變為硫在鋼中的擴散與硫在渣中的轉移,因此,增強攪拌能力,增大有效反應面積可提高脫硫速率。
　　3 脫硫操作實踐
　　3.1造渣制度
　　“煉鋼及煉渣”,基于脫硫的基本理論,只有滿足爐渣較高的堿度,具有足夠的渣量,爐渣保持還原性,才能保證脫硫的基本前提。梅鋼結合自身的生產特點開發了造白渣脫硫技術。
　　(1) 渣量控制　適當的渣量是脫硫的首要條件。渣量小,渣中堿度達不到要求,不利于脫硫;渣量過大,雖可以提高脫硫率,但原材料、電耗也增加];同時,爐渣過厚,脫硫反應時間過長,不利于調節生產節奏。目前,梅鋼在生產中脫硫每爐鋼所用精煉渣量有兩個級別:一種是0.5～1.0ｔ,一種是1.0～1.5ｔ,兩者的脫硫對比選取生產數據見表3。
　　表3不同渣量時的脫硫效果
　　渣量/ｔ 處理前/ｐｐｍ 處理后/ｐｐｍ 脫硫率/%
　　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明顯看出,渣量對脫硫的效果影響很大,因此,在梅鋼的生產中,對于要求深脫硫的鋼種,一般渣量占鋼水量的1%左右,即渣量為1.5ｔ左右更有利于脫硫。在生產中,1.5ｔ的渣料不是一次性加入,而是分批加入,第一次在加熱前加入1ｔ左右含ｃａｏ>50%的精煉渣,剩余0.5ｔ的則為硅鈣粉、石灰、鋁粒等在處理過程中分批次根據爐渣狀況加入。
　　(2) 渣況判斷及渣性控制　白渣是一種堿性渣,具有良好的脫氧和脫硫能力。造白渣的好壞直接關系到鋼液脫硫的效果。而評定白渣的好壞首先是看渣色,不僅看爐渣白的程度,而且要看白渣保持時間。白渣顏色穩定,且保持時間長,才能說明鋼液脫氧良好]。堿性渣隨著爐渣的氧化性而呈現不同的顏色,所以渣色是爐渣與鋼液脫氧程度的標志,隨著爐渣氧化性的減弱,爐渣顏色也逐漸變淺,由黑色→棕色→黃色→淡黃色→白色變化。
　　梅鋼ｌｆ精煉爐造白渣脫硫主要是在稀薄渣熔化形成后,添加ｃａｓｉ粉使爐渣具有還原性,逐步使爐渣變白。由于受設備限制,ｌｆ精煉爐在加熱前所加精煉渣由行車吊加至鋼包,精煉渣主要含ｃａｏ>50%,然后進行加熱化渣處理,待精煉渣基本熔化時,加入第1批ｃａｓｉ粉,第1次加熱結束,測溫取樣同時,觀察爐渣狀況,氧化渣一般呈黑色,如果爐渣呈淡黃色、黃色、棕色以至發黑時,說明爐渣脫氧不良,需進一步脫氧,如果爐渣呈白色或稍帶一點灰色,說明爐渣脫氧良好,可以不加或少加ｃａｓｉ粉。梅鋼在造白渣處理中,為了加速爐渣脫氧,在加casi粉時，也采取加適量鋁粒進行脫氧。
　　在造白渣過程中ｃａｓｉ粉的投入量占總渣量的20%左右,即ｃａｓｉ粉投入量在300ｋｇ左右,加鋁粒是為了加速脫氧,投入量為100ｋｇ左右,造好的白渣鋼渣呈均勻的小泡末,用渣棒粘渣,渣層均勻,冷卻后表面呈白色魚子狀,斷面白色帶灰色或細線,且疏松多孔,冷卻后會自動粉化成白色粉末。這是最理想的白渣現象。如沒粉化,則堿度不夠,仍須加石灰調整,所以在處理時,也須人工加精煉渣調整堿度。
　　3.2 節奏調整
　　在ｌｆ精煉爐脫硫過程中,如何控制好生產節奏,就是要合理分配化渣、造白渣時間及鋼渣反應時間。在轉爐短周期冶煉、連鑄高拉速澆鑄的大生產中,ｌｆ精煉爐作為中間環節,在保證較高脫硫率的同時,處理時間也應是越短越好,表4顯示一組每爐鋼各階段的脫硫率,以渣量1.5ｔ為例。
　　表4各階段的脫率效果
　　編號 化、造渣時間 處理時間 脫硫率
　　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,梅鋼ｌｆ精煉爐在35ｍｉｎ左右完全有能力保證脫硫率在35%以上,能夠滿足大生產的要求。但在快節奏的生產中,結合梅鋼的生產實際,仍有許多可進一步改進縮短精煉脫硫處理時間的措施。
　　(1) 根據表4,脫硫過程中化渣時間相對較長,因此,合理調節加熱的電壓、電流級數,提高加熱效率,加大升溫速度,做到早化渣,快速造渣,而且可滿足溫度調整的需要。
　　(2) 目前,梅鋼ｌｆ精煉爐的攪拌系統為電磁攪拌,且攪拌最大電流為800ａ,攪拌強度遠不能滿足脫硫反應所須的鋼渣充分攪拌的需求,因此,在生產中脫硫時,必須接底吹攪拌加快反應速度,縮短反應時間。
　　(3) 充分利用好ｌｆ精煉爐的加料系統,可以縮短由行車吊加精煉渣的時間,同時,也完善了ｌｆ精煉爐的功能。
　　(4) 優化生產工藝,可以在轉爐出鋼過程中把須脫硫的精煉渣加進鋼包中,一方面可以增加鋼與脫硫渣的反應界面,另一方面也可以縮短由行車吊加精煉渣的時間。但這又同時要求轉爐的氧化渣須控制好和出鋼過程中的合理脫氧。
　　4 結論
　　梅鋼就ｌｆ精煉爐設備狀況,結合脫硫基本理論,開發了造白渣脫硫技術,此技術適用于鋁硅鎮靜鋼,且效果明顯。
　　(1) 造渣量保持在1500ｋｇ左右可滿足生產需要,能使脫硫率在30%以上,其中主要是精煉渣,其含ｃａｏ>50%;其次是ｃａｓｉ粉,占渣量的20%;另外還有少許鋁粒加速脫氧;
　　(2) 白渣是最理想的脫硫堿性渣,用渣棒粘渣,其現象為:渣層均勻,冷卻后表面呈白色魚子狀,斷面白色帶灰色點或細線,且疏松多孔,冷卻后會自動粉化成白色粉末;
　　(3) 脫硫時間在35ｍｉｎ左右即可使脫硫率達到30%以上。
　　為了適應快節奏的大生產,進一步縮短脫硫時間,提高脫硫效率,目前ｌｆ精煉爐脫硫仍有許多可改進之處。
　　(1) 合理調節加熱的電壓、電流級數,提高加熱效率,做到快速造白渣;
　　(2) 充分利用好電磁攪拌與底吹系統,做好鋼渣充分快速反應;
　　(3) 充分利用ｌｆ精煉爐的加料系統,縮短加料時間;
　　(4) 優化生產工藝,可以實踐在轉爐出鋼過程中把須脫硫的精煉渣加進鋼包中。