利用電阻爐技術(shù)降低超低硫含量的試驗(yàn)研究

近年來，rh真空槽中脫硫劑的開發(fā)越來越受到重視。目前，rh真空槽中的洗脫液主要是cao-caf2渣，渣中caf2含量過高，對(duì)rh底部真空槽耐磁性材料的侵蝕嚴(yán)重，這使得該技術(shù)的開發(fā)非常有限。因此,冶金工作者非常重視對(duì)新型RH用脫硫劑的開發(fā)。本文開發(fā)了RH用預(yù)熔精煉渣并進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn),獲得了良好的脫硫效果。1低硫鋼冶煉的工藝優(yōu)化在RH真空條件下,氣相脫硫幾乎不存在。因此,若忽略氣相脫硫的作用,根據(jù)硫的質(zhì)量守恒可以導(dǎo)出:[%S]=(%S)0WSWm+[%S]01+WSWmLS(1)[%S]=(%S)0WSWm+[%S]01+WSWmLS(1)式中:[%S]-精煉終點(diǎn)鋼水的硫含量/%;(%S)0,[%S]0-反應(yīng)前渣中和鋼中的原始硫含量/%;WS,Wm-熔渣和鋼水的重量/kg;LS-渣金間硫的平衡分配比。由(1)式可知,要計(jì)算鋼水中的硫含量關(guān)鍵是獲得渣金間硫的平衡分配比LS。當(dāng)爐渣的光學(xué)堿度Λ<0.8時(shí),此值可由下式計(jì)算:lgLS=lgfS?lga[O]+42.84Λ?23.82Λ2?12645T?0.022(%SiO2)?0.022(%Al2O3)?12.54(2)lgLS=lgfS-lga[Ο]+42.84Λ-23.82Λ2-12645Τ-0.022(%SiΟ2)-0.022(%Al2Ο3)-12.54(2)可見,影響渣金硫的平衡分配比的因素包括爐渣堿度(Λ)、鋼水中的活度系數(shù)(fS)、鋼水的平衡氧活度(a[O])和溫度(T)。因此,要在RH處理過程中實(shí)現(xiàn)超低硫鋼冶煉,必須:(1)實(shí)現(xiàn)高堿度操作。(2)強(qiáng)化對(duì)爐渣和鋼水的脫氧。(3)較高的精煉溫度和良好的攪拌條件。另外,由于RH冶煉節(jié)奏和工藝的特殊要求,RH用頂加脫硫劑必須具有熔化溫度低、成渣速度快的特點(diǎn)。2rh脫硫劑的選擇2.1渣樣的孵化特性實(shí)驗(yàn)原料全部使用工業(yè)原料(表1)。預(yù)熔渣使用MoSi2爐進(jìn)行預(yù)熔,機(jī)混渣則按配方進(jìn)行簡(jiǎn)單機(jī)械混合。分別將渣料制成Φ3mm×3mm試樣,烘干。然后采用LZ-Ⅲ型爐渣熔化特性測(cè)定儀測(cè)定。將半球點(diǎn)溫度定為該渣樣的熔化溫度(以下稱熔化溫度)。同時(shí)測(cè)定1450℃下各渣樣的熔化速度,即將一定溫度下試樣從放入爐內(nèi)至達(dá)到流淌溫度所需要的時(shí)間定義為熔化速度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。從表1中可以看出,對(duì)相同成分的渣料,經(jīng)預(yù)熔后,預(yù)熔渣的熔化溫度明顯低于機(jī)混固體渣,熔化溫度最少降低22℃,最大達(dá)到57℃,平均熔化溫度降低37.4℃。而且預(yù)熔渣的熔化速度也較機(jī)混固體渣快得多,在相同溫度下,預(yù)熔渣的平均流淌時(shí)間比機(jī)混固體渣縮短28s,機(jī)混固體渣的平均流淌時(shí)間是預(yù)熔渣的2.87倍。2.2預(yù)熔渣與機(jī)混固體渣脫硫速率對(duì)比實(shí)驗(yàn)裝置采用MoSi2電阻爐。使用Φ70mm×100mmMgO質(zhì)坩堝,實(shí)驗(yàn)溫度為1873K。實(shí)驗(yàn)加入鋼料1kg,渣量為鋼水量的10%。按表2配方將渣料預(yù)熔。實(shí)驗(yàn)時(shí)將鋼樣隨坩堝放入爐內(nèi)高溫區(qū),熔清并恒溫在1873K后,加入預(yù)熔渣,開始計(jì)時(shí)。實(shí)驗(yàn)全程通氬氣保護(hù),實(shí)驗(yàn)時(shí)間每爐2h。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2,可以看出,預(yù)熔渣的脫硫率高于機(jī)混固體渣。使用預(yù)熔渣脫硫終點(diǎn)硫含量最低達(dá)到2.9×10-6,從而獲得了較好的超低硫鋼冶煉效果。Marks等也得到了類似的結(jié)論,他們通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)使用預(yù)熔渣每噸可脫硫10×10-6,而機(jī)混固體渣則只能脫硫8×10-6。圖1是脫硫過程鋼中硫含量隨時(shí)間的變化情況。從圖中可以看出,在實(shí)驗(yàn)前期脫硫速率很快,在不足30min,預(yù)熔渣可以將鋼中硫含量脫到20×10-6以下,而機(jī)混固體渣則相對(duì)較慢。副島利行等得到預(yù)熔渣的脫硫速率是每分鐘0.04%～0.07%,機(jī)混固體渣的脫硫速率為每分鐘0.02%～0.05%。張晨等的研究證實(shí)預(yù)熔渣的脫硫速率是機(jī)混固體渣的1.5倍。預(yù)熔渣的熔化溫度低于機(jī)混固體渣,成渣速度快,脫硫反應(yīng)初期,在相同時(shí)間內(nèi),參加脫硫反應(yīng)的液相熔渣量較機(jī)混固體渣多,而機(jī)混固體渣速度相對(duì)較慢,脫硫反應(yīng)相對(duì)滯后,這是造成二者脫硫速率差異的主要原因。3預(yù)熔渣對(duì)rh脫硫效果的影響根據(jù)實(shí)驗(yàn)室研究?jī)?yōu)化出的渣系成分進(jìn)行工業(yè)用預(yù)熔渣制備,然后在300tRH上進(jìn)行超低硫鋼冶煉試驗(yàn),渣量為5kg/t鋼。試驗(yàn)結(jié)果見表3,其中1～6為試驗(yàn)爐次,7、8為與試驗(yàn)爐次同澆次的正常生產(chǎn)爐次。從表3可以看出,采用預(yù)熔渣時(shí)RH終點(diǎn)硫含量最低達(dá)到22×10-6的超低硫鋼水平,試驗(yàn)爐次平均脫硫率達(dá)到28.9%,而非試驗(yàn)爐次在RH處理過程中均出現(xiàn)了不同程度的回硫,且非試驗(yàn)爐次RH終點(diǎn)硫含量均≥50×10-6。從表4可以看出,試驗(yàn)過程中渣中FeO含量呈明顯下降趨勢(shì),但是,RH精煉結(jié)束時(shí)爐渣仍具有較高氧化性,另外,試驗(yàn)過程中部分爐次進(jìn)行脫碳時(shí)實(shí)施了吹氧操作,這些均嚴(yán)重影響了脫硫效果。要保證RH的脫硫效果,還應(yīng)進(jìn)一步強(qiáng)化爐渣的擴(kuò)散脫氧,而且為了保證RH精煉結(jié)束后爐渣仍具有一定的脫硫能力并防止回硫,RH處理完成后還應(yīng)對(duì)爐渣進(jìn)一步脫氧。試驗(yàn)過程中渣中MgO含量逐漸升高,而且加入預(yù)熔渣前MgO的平均增加量占總增加量的59.1%,而加入預(yù)熔渣后MgO的平均增加量占總增加量的40.9%,但加入預(yù)熔渣是否對(duì)耐火材料產(chǎn)生侵蝕尚待進(jìn)一步研究。文獻(xiàn)報(bào)道采用噴粉法時(shí)對(duì)耐火材料的侵蝕量為0.8～1.0mm/爐,槽內(nèi)添加脫硫劑時(shí)的侵蝕量為1.3～1.5mm/爐,正常處理時(shí)為0.4～0.5mm/爐。4預(yù)熔渣、rh法(1)對(duì)相同成分的渣料,預(yù)熔渣的熔化溫度明顯低于機(jī)混固體渣,而且預(yù)熔渣的熔化速度也較機(jī)混固體渣快。(2)預(yù)熔渣的脫硫率高于機(jī)混固體渣。實(shí)驗(yàn)條件下,使用預(yù)熔渣脫硫終點(diǎn)硫含量最