發布時間：2020-03-30所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要介紹了鋼包渣改質劑的主要類型和作用，分析了LF精煉渣各組分對脫硫性能的影響，為改質劑和精煉渣的研究使用提供參考依據。 關鍵詞改質劑LF精煉渣脫硫性能 0前言 鋼包渣改質劑的使用可以降低鋼包頂渣的氧化性、提高渣的堿度、改善頂渣的脫硫條件，為LF爐
摘要介紹了鋼包渣改質劑的主要類型和作用，分析了LF精煉渣各組分對脫硫性能的影響，為改質劑和精煉渣的研究使用提供參考依據。
關鍵詞改質劑LF精煉渣脫硫性能
0前言
鋼包渣改質劑的使用可以降低鋼包頂渣的氧化性、提高渣的堿度、改善頂渣的脫硫條件，為LF爐冶煉(超)低硫鋼減輕負擔，實現了精煉前移功能。合適的LF精煉渣可以更好的完成精煉過程脫氧、脫硫、去氣以及去夾雜的任務。因此，研究鋼包頂渣改質劑和LF渣組分對精煉的影響十分必要。
1鋼包渣改質劑的作用
由于在初煉爐(轉爐或電爐)出鋼過程中不可避免的會帶人一些高氧化性渣，引起合金化過程的合金損失，同時也增加了耐火材料的溶解機率，給鋼水造成嚴重的二次污染。圖1是通過熱力學分析和實測所得到的渣一鋼氧化性對硫分配比厶的影響。
由圖1可以看出，想要獲得高的硫分配比，FeO含量應<1%，但目前鋼廠初煉爐下渣中(FeO+MnO)含量普遍在7%～13%之間，有的甚至高達20%以上，這給后續LF爐精煉增加了極大的負擔。通過鋼包渣改質技術的使用，可以有效的降低爐渣和鋼水的氧化性，提高爐渣的光學堿度。由文獻[1、2]可知，在渣流動性良好的情況下，在喂鋁線和LF精煉過程中，鋁線及鋼液中酸溶鋁主要被渣中SiOMnO、FeO、Cr20以及大氣氧化燒損。因此鋼包渣改質劑的加入降低了渣鋼的氧化性，進而為降低鋁的損失創造了有利的條件。
在出鋼及運輸過程中添加改質劑，降低入LF爐前的S含量，因為在LF爐內只能對加人渣料和合金料中S含量進行控制，對鋼水的原始S含量必須在人LF爐前進行有效的控制。
在出鋼過程中加人改質劑，隨著鋼流的沖刷，改質劑能更好的與鋼液進行接觸，起到凈化鋼液的作用。鋼包渣改質去除夾雜主要有以下兩方面的作用J：(1)鋼中原有的夾雜與乳化渣滴碰撞，被渣滴吸附、同化并隨著渣滴上浮而去除;(2)促進二次反應產物的排出，從而使成品鋼中夾雜物數量減少。
2鋼包渣改質劑的類型
目前國內大部分鋼廠使用的改質劑主要有4種：CaO+CaF：基稀釋劑;A1基改質劑;CaC基改質劑和以鋁廠的生產尾料為主原料進行成分調制所得改質劑(A改質劑)。
2.1CaO+CaF2基稀釋劑
由于CaO+CaF基稀釋劑使用操作方法簡單，成本較低，因此為各鋼廠普遍采用。但由于其渣量大，成渣速度慢，只是起到稀釋作用，不能從根本上解決FeO含量高的問題。因此在冶煉(超)低硫鋼時很少使用。
2.2A1基鋼包渣改質劑
Al是一種活潑金屬，與氧的結合能力很強。因此使用Al基鋼包渣改質劑能起到很好的脫氧作用，保證人LF爐前得到低氧化性渣。但是Al的成本較高，且其脫氧產物是A1O，A1：O在堿性渣中呈酸性，會降低頂渣的堿度(通過添加CaO可以消除此影響)，影響脫硫效果。再者，部分A1O，會殘留于鋼液中，造成鋼液的污染，甚至會造成吸氮以及澆注過程中水口結瘤等問題，因此鋼廠很少使用。
2.3CaC，基改質劑
電石渣劑是一種較好的擴散脫氧劑，其脫氧產物一是氣體，不會對鋼液造成污染，有利于夾雜物的上浮;二是CaO，有利于提高爐渣的堿度，進而改善爐渣的脫硫條件。但使用該渣劑過程中會造成一定量的增碳。因此在該改質劑實際使用之前須考慮冶煉過程中增碳的問題。
2.4A改質劑
此改質劑的最大優勢就是成本較低，來源穩定，其生產原料主要來源于鋁廠的生產尾料(包括生產鋁錠的鋁渣和電解A1：O。的下腳料)。其成本與單純添加鋁球進行脫氧具有明顯的成本優勢。由文獻[4]可知，由鋁廠生產尾料所調制的改質劑，成分如表1所示，其成品平均S含量比不使用改質劑時降低了33%。
3LF精煉渣的作用
LF精煉渣主要由基礎渣系、脫硫劑、還原劑、發泡劑和助熔劑等組成。其基本功能為：深脫硫，深脫氧，改變夾雜物的形態，防止鋼液二次氧化和保溫作用，去除鋼中非金屬夾雜物，起到凈化鋼液的作用;起泡埋弧，穩定電弧和傳熱，防止熱量散失，保證冶煉溫度，提高熱效率。
精煉渣最主要的功能是對鋼水進行深脫硫。關于精煉渣系脫硫脫氧方面已有大量的研究報道，鋼包精煉的基礎渣系為CaO—SiO一A1O，可配入適當的CaF以提高渣的流動性;配入一定量的強堿性氧化物以提高渣的脫硫能力;加入一部分MgO提高包襯的壽命。此外還可以配加一些發泡劑等。LF精煉渣系脫硫過程是一個還原過程，脫硫反應方程式如下：
4精煉渣系組成成分對脫硫的影響
4.1CaO含量對脫硫的影響
CaO是精煉渣系的主組元，其含量的高低直接影響脫硫效果，因此為保證精煉渣的脫硫效果，要求精煉渣系中含有較高的自由CaO。但是過高的CaO含量會導致渣中出現固相質點，使渣出現非均相，導致爐渣的粘度提高，從而使精煉脫硫的動力學條件惡化。
在80～90tLF爐上進行了試驗，精煉渣中CaO的含量為45%～55%，MgO的含量為5%～9%，SiO2的含量為10%～20%，CaF2的含量為7%～12%，精煉周期為40min左右[5]。研究發現，隨著熔渣堿度的升高，渣硫容量增大，脫硫能力提高。當渣堿度達到一定值時，隨著渣堿度繼續增大，渣中CaO的含量升高，熔渣粘度變大，爐渣脫硫的動力學條件惡化，渣界面S的擴散成為限制環節，脫硫率反而降低。
在250tLF爐對CaO—SiO2一A12O3一MgO渣系進行了工業的脫硫實驗，研究發現硫分配比受渣堿度的影響較大。當渣堿度<3.0時，硫分配比隨堿度的增加而增加，而當堿度>3.0后，硫分配比隨堿度的增加而下降。
提出增大爐渣堿度可提高脫硫速率，渣的堿度在3.5～4.5范圍內時，能取得較高的硫分配I：I~E。
國外LF精煉渣的堿度普遍較高，渣中CaO含量有時可高達65%，而國內LF精煉渣的堿度大多處于1.6—2.2和2.2—3.0的水平。首鋼LF精煉渣的堿度為2.79～4.36，當渣中(FeO+MnO)含量<1.5%時，硫分配比分布在26～148范圍內。渣堿度在3.5～3.7時，硫的分配比達到最大，渣堿度過高將惡化脫硫的動力學條件，使硫的分配比下降。
上述研究表明：渣系的堿度對脫硫的影響很大，在一定范圍內，隨著渣系的堿度增大，脫硫率增大，但增大到一定值時繼續增大CaO的含量，脫硫率不升反降。因此對于不同鋼種的冶煉，應采用不同的精煉工藝確定合理的精煉渣堿度。
渣指數(CaO/SiO：A1：O3)反映了精煉渣在一定堿度下的流動性。渣指數越低，硫的分配比越高，當渣的指數為0.2—0.4時，硫的分配比超過80%。
4.2AI0，含量對脫硫的影響
A1：0主要來源于原料和脫氧產物。AI0是兩性氧化物，在堿性渣中呈酸性。因此，隨著A10含量的適當增加，爐渣堿度降低，脫硫能力降低。但在實際生產中，適當增加A10含量可以降低渣的熔點，促進化渣。因此，要獲得良好的冶金性能，兼顧脫硫能力和物理性能，A10一般用量可控制在10%～18%范圍之內。
對CaO—A12O3一CaF2一SiO2一MgO預熔渣系的脫硫進行了實驗研究，結果表明當渣中A12O3含量<23.72%時，脫硫率隨著A1O3含量的增加而呈降低趨勢J。超過此值時，脫硫率將隨著A10，含量的增大而升高。
4.3MgO含量對脫硫的影響
MgO為強堿性氧化物，其脫硫能力略低于CaO。主要作用是降低渣中。，提高。，從而提高L。MgO對脫硫的不利影響是過高的MgO含量使渣的熔點提高，特別是當含量>6.0%一8.0%之后，將促使渣迅速稠化。在精煉渣中加入適量的MgO，可以起到保護爐襯的作用，減少了爐襯向熔渣的溶解過程。因此渣中MgO的添加量要適中。在精煉脫硫渣中，MgO適宜量為4%一6%。
4.4SiO：含量對脫硫的影響
SiO在渣中的主要作用是調節渣的堿度和粘度，SiO：含量過高，渣的堿度減小，熔渣組元活度受到影響。SiO屬于表面活性物質，增加SiO有利于提高吸附膜的彈性和強度，使精煉渣的密度降低、粘度增加、表面張力降低，促進精煉渣發泡，有利于減少鋼中點狀夾雜物。
4.5CaF：含量對脫硫的影響
CaF：在精煉渣中能顯著降低渣的粘度，改善爐渣流動性。增加CaF：含量能降低爐渣表面張力，有利于發泡，含量過高會影響爐襯壽命。按分子理論，隨著脫硫反應的進行，渣鋼界面將有CaS固相形成，而CaS固相阻止了脫硫反應的繼續進行，而且使液相量減少。渣中加入caF，有利于CaS固相的破壞，使液相量增加，改善了脫硫條件。但當渣中CaF：含量達到足以阻止CaS固體形成時，繼續增加CaF，會造成渣中CaO被稀釋，有效CaO濃度降低，不利于脫硫。
4.6(FeO+MnO)含量對脫硫的影響
渣中(FeO+MnO)含量的多少，標志著渣氧化性的強弱。從脫硫的熱力學條件分析，氧化性低有利于脫硫反應的進行，因此精煉渣要求還原性強，(FeO+MnO)含量應控制在1%以下。在實際生產中可以通過控制轉爐的下渣量和鋼包渣改質等措施降低渣中(FeO+MnO)的含量。
研究結果表明，在(FeO+MnO)含量<2.0%時，實際硫分配比隨其含量降低而快速升高，幾乎呈線性增加J。因此應盡量降低渣中(FeO+MnO)的含量，其最佳值<2.0%，最大值不超過2.5%。
文獻[10]認為，渣中(FeO+MnO)含量>l%以后，脫硫效率將明顯下降。為達到較高的脫硫效率，應嚴格控制渣中(FeO+MnO)含量，其含量<1%。
為了研究脫氧速度，將LF脫氧過程分為向體系外排氧和向體系內供氧兩個環節。研究表明，爐渣氧勢對脫氧過程影響極大，降低爐渣中(FeO+MnO)含量及提高堿度可降低氧勢，加速爐渣脫硫脫氧反應的進行¨。在一定堿度范圍內，(FeO+MnO)含量<0.5%時，硫的分配系數可達120～150，鋼的純凈度得到顯著提高。
5結論
(1)為保證LF爐精煉終點的硫含量低于某一目標值，必須選定合適的爐渣組分，使爐渣具有高堿度、低氧化性等特點。
(2)通過在出鋼過程中進行鋼包渣改質處理，將LF精煉前期的造渣過程前移到轉爐出鋼及運輸過程，部分實現了LF前期造白渣，對LF爐實現高效化生產具有重要意義。
(3)A類改質劑具有較大的成本優勢，且可以較大程度地提高脫硫率，可以進行批量推廣應用。
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