尚德禮，林洋，呂春風(fēng)，康磊，廖相巍，李偉東

（1.鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院，遼寧鞍山114009；2.鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，遼寧鞍山114021）

RH精煉過程深脫硫技術(shù)研究

尚德禮1，林洋2，呂春風(fēng)1，康磊1，廖相巍1，李偉東2

（1.鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院，遼寧鞍山114009；2.鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，遼寧鞍山114021）

采用低SiO2含量的CaO-Al2O3-SiO2系脫硫劑，在180 t RH上進(jìn)行了深脫硫試驗(yàn)。結(jié)果表明，脫硫率可達(dá)到70%以上，且處理過程中未發(fā)生回硫現(xiàn)象；RH脫硫過程爐渣中FeO和MnO含量的升高有利于爐渣光學(xué)堿度的提高；脫硫劑的合適加入量為1.5 t。

RH；深脫硫；脫硫劑；光學(xué)堿度

隨著工程技術(shù)的發(fā)展，人們對鋼的使用性能要求越來越高，鋼中硫作為有害元素，如果在熔煉過程中不能有效去除，將嚴(yán)重制約鋼的使用性能。目前煉鋼過程主要采用LF精煉工藝進(jìn)行深脫硫處理，盡管該技術(shù)非常成熟，但是在生產(chǎn)超低碳、超低硫鋼時，還存在一定問題。因?yàn)樯a(chǎn)此類鋼時必須采用RH真空精煉工藝進(jìn)行脫碳，同時為了脫硫又必須采用LF精煉工藝，也就是必須采用RH+LF聯(lián)合處理方式才能生產(chǎn)該類鋼種。此種方法不僅生產(chǎn)成本高，而且處理時間長，因此RH脫硫技術(shù)的應(yīng)用逐步被重視［1-4］。目前RH脫硫的方法主要有兩種：RH噴吹脫硫粉劑法和RH真空室投入脫硫劑法。前者脫硫徹底，脫硫率可達(dá)80%～ 90%，鋼液硫含量由0.003 0%降至0.000 5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）以下，但其需要復(fù)雜而昂貴的噴吹設(shè)備；后者雖相對脫硫率低，但不需添加、改造任何設(shè)備，方法簡便易行，且脫硫率可達(dá)40%～60%［5］。因此，RH真空室投入脫硫劑法具有良好的應(yīng)用前景。另外，在物料消耗、溫度損失和鋼液增氮控制方面，采用RH工藝無疑具有明顯的優(yōu)勢。

盡管RH真空室投入脫硫劑的方式可行，但是對于爐渣光學(xué)堿度及脫硫劑加入量等方面還沒有相關(guān)深入研究的報道。為了認(rèn)清RH脫硫本質(zhì)及提高脫硫效率，本文結(jié)合鞍鋼生產(chǎn)設(shè)備和工藝特點(diǎn)，針對無取向硅鋼采用RH真空室投入脫硫劑法進(jìn)行脫硫試驗(yàn)研究。

1 脫硫劑的選擇

CaO-Al2O3-SiO2相圖見圖1［1］所示。由圖1可以看出，1 300℃附近有三個低熔點(diǎn)區(qū)域，分別在

圖1中標(biāo)為I、II、III，I、III具有較高的SiO2含量，不能用于鋁脫氧鋼的精煉處理，而II區(qū)SiO2活度較低不會回硅，該組成渣系適宜作鋁脫氧鋼的精煉渣，同時可保證一定的爐渣堿度，有利于脫硫。因此本試驗(yàn)采用脫硫渣的組分位于相圖中的II區(qū)附近，該區(qū)域精煉渣的熔點(diǎn)略高于1 300℃，從熔化點(diǎn)來看，該渣系熔點(diǎn)低，有利于脫硫。

試驗(yàn)共采用兩種類型的脫硫劑，分別稱為A型和B型，兩種脫硫劑的組分以相圖中II區(qū)的組分為基礎(chǔ)，進(jìn)行了成分微調(diào)。

圖1 CaO-Al2O3-SiO2相圖

2 RH處理過程脫硫試驗(yàn)

2.1 工藝路線

工藝路線為：鐵水預(yù)脫硫→轉(zhuǎn)爐吹煉(180 t)→擋渣出鋼→吹氬站→RH脫硫（真空室投入法）→連鑄，試驗(yàn)鋼種為無取向硅鋼。操作過程中，在RH脫氧合金化后，分3批將脫硫劑加入真空室，攪拌8 min，提升氣體流量定為120 m3/h，RH處理結(jié)束后上機(jī)澆鑄。采用A型和B型脫硫劑各進(jìn)行2爐，共4爐試驗(yàn)。

2.2 取樣要求及分析方法

試驗(yàn)過程需取2類試樣，包括鋼樣和渣樣。分別在RH搬入、RH加脫硫劑前、RH搬出、中間包工位取鋼樣和渣樣，鋼樣要求采用圓桶取樣器取樣。然后分別對所取鋼、渣樣進(jìn)行化學(xué)成分分析。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 化學(xué)成分分析

RH脫硫試驗(yàn)結(jié)果見表1。由表1看出，采用RH處理的4爐鋼的脫硫率平均達(dá)到59.6%，最高脫硫率達(dá)到67.5%，整個處理過程中未發(fā)生回硫現(xiàn)象，說明該處理方法具有較好的脫硫效率。由表1還看出，前兩爐使用A型脫硫劑的脫硫效率要高于后兩爐使用B型脫硫劑的脫硫效率，說明兩種脫硫劑的脫硫能力存在差別。

表1 RH脫硫試驗(yàn)結(jié)果

對鋼包渣樣進(jìn)行分析，研究脫硫過程中爐渣成分的變化特點(diǎn)，爐渣的化學(xué)成分見表2。

表2 脫硫爐渣化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

由表2看出，經(jīng)RH處理后的爐渣氧化性較高，渣中FeO含量可高達(dá)7%左右，MnO含量也高達(dá)5%以上，這種爐渣顯然不適用LF深脫硫工藝。LF精煉過程對鋼包渣脫氧進(jìn)行白渣操作是造渣精煉的關(guān)鍵，而LF爐深脫硫必須在低氧化性爐渣中才能順利進(jìn)行，當(dāng)鋼包渣中ω（FeO+MnO）下降至1%以下時，才能達(dá)到顯著的脫硫效果［7］。顯然，常規(guī)LF脫硫理論已經(jīng)不能很好的解釋RH的脫

硫過程，需新的理論解釋RH脫硫過程。

3.2 爐渣的光學(xué)堿度及硫容量分析

硫容量是能夠準(zhǔn)確表達(dá)脫硫劑脫硫能力的一個參數(shù)，它是在封閉體系中當(dāng)氣渣間達(dá)到平衡時的實(shí)驗(yàn)測定值，但是實(shí)驗(yàn)測定不可能經(jīng)常進(jìn)行，需要一個簡便而可靠的預(yù)測手段。

光學(xué)堿度是替代傳統(tǒng)堿度的一種科學(xué)方法，它是以各種氧化物的化學(xué)鍵為基礎(chǔ)發(fā)展來的賦予渣中所有成分以獨(dú)立的堿度指標(biāo)。由于脫硫劑或脫硫渣中具有多種氧化物，原先評定堿度的方法無法評定多種氧化物，因此光學(xué)堿度比傳統(tǒng)的堿度表達(dá)式更有預(yù)測性，并具有一定程度的廣泛性和獨(dú)立性［8］。

試驗(yàn)渣光學(xué)堿度根據(jù)下式計算［9］：

式中，xi為各氧化物陽離子的當(dāng)量分?jǐn)?shù)；Λi為氧化物的理論光學(xué)堿度。

式中，Wi為渣中氧化物i的重量，%；Mi為氧化物i的克分子量；Oi為氧化物的氧原子數(shù)目。

試驗(yàn)渣硫容量根據(jù)下式計算［8］：

計算所涉及爐渣中各組元的光學(xué)堿度見表3。

表3 爐渣中各組元的光學(xué)堿度

根據(jù)式（1）、（2）和表2、3中的數(shù)據(jù)可計算出爐渣的光學(xué)堿度和爐渣的硫容量，結(jié)果見表4。

表4 脫硫渣數(shù)據(jù)

顯然，表4中，前2爐（1#、2#）的脫硫率高于后2爐（3#、4#）的脫硫率，前2爐的脫硫率達(dá)到60%以上，而后2爐的脫硫率分別為55.8%和52.4%，均未達(dá)到60%。在光學(xué)堿度方面，前2爐的光學(xué)堿度高于后2爐，大約高出0.03%，但是前2爐的硫容量與后2爐的相比卻提高了將近2.5倍，說明少量提高光學(xué)堿度就可以顯著增強(qiáng)爐渣脫硫能力。

為了分析爐渣光學(xué)堿度與各組元的關(guān)系，分別統(tǒng)計前2爐和后2爐的爐渣中CaO和FeO+ MnO含量的平均值，結(jié)果見表5。

表5 脫硫爐渣主要成分平均值（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

由表3中單個組元的光學(xué)堿度數(shù)據(jù)可知，CaO和FeO的光學(xué)堿度同為1，而MnO的光學(xué)堿度也接近1，為0.98，因此，爐渣中的CaO和FeO+MnO含量的提高有利于爐渣光學(xué)堿度的提高。相應(yīng)的，爐渣的硫容量（Cs）也有所提高，使得脫硫效率提高。這一理論并不有悖于常規(guī)的脫硫理論，常規(guī)理論認(rèn)為，渣中FeO+MnO含量越低越有利于脫硫，這是由于在FeO+MnO含量較低的高堿度爐渣中CaO含量相應(yīng)較高，CaO含量的提高同樣提高了爐渣的光學(xué)堿度和Cs，也就有利于脫硫。因此根據(jù)爐渣光學(xué)堿度理論，RH處理過程無需頂渣改質(zhì)造低氧化性渣，完全可以應(yīng)用高氧化性爐渣進(jìn)行深脫硫。從生產(chǎn)數(shù)據(jù)來看，RH真空室投入脫硫劑的方式也確實(shí)達(dá)到了深脫硫的目的。

3.3 脫硫劑加入量分析

工業(yè)試驗(yàn)已證明A型脫硫劑的脫硫效果較好，因此生產(chǎn)過程中采用A型脫硫劑進(jìn)行脫硫處理，統(tǒng)計不同加入量與脫硫效果的數(shù)據(jù)，見圖2。由圖2可見，脫硫率隨脫硫劑加入量的增加而增加，加入量從0.5 t增至1.5 t時，脫硫率增加幅度較大，從38%很快增加至70%。但是加入量超過1.5 t時，脫硫率增加幅度顯著降低，僅從70%增至72%，也就是渣量繼續(xù)增加，脫硫率幾乎沒有增加。但常規(guī)LF脫硫理論認(rèn)為，鋼水精煉結(jié)束的硫

含量與鋼水初始硫含量及鋼包頂渣硫含量有下列關(guān)系：

式中，ω［S］為鋼中硫的質(zhì)量數(shù)；Σω（S）為鋼渣中所有硫的質(zhì)量數(shù)之和；ω（S）為渣中硫的質(zhì)量數(shù)；b為渣量。

圖2 脫硫率與脫硫劑加入量的關(guān)系

由式（4）可見，增大渣量有利于脫硫。在脫硫試驗(yàn)中，當(dāng)脫硫劑加入量小于1.5 t時，脫硫率隨脫硫劑加入量的增加而顯著增加，這一關(guān)系與公式（4）基本一致。但脫硫劑加入量高于1.5 t時，脫硫效率并沒有隨脫硫劑加入量的增加而顯著增加。這一結(jié)果顯然與通常的脫硫理論不一致，可進(jìn)行如下解釋，真空室內(nèi)的鋼和渣在下降管上方會出現(xiàn)漩渦，熔渣通過漩渦卷入鋼水，并連同鋼水進(jìn)入鋼包，即完成了脫硫的主要過程。當(dāng)脫硫劑加入量增多時，由于渣層厚，熔渣更容易被下降管上方的漩渦卷入，很快進(jìn)入鋼包，完成脫硫過程。因此增加脫硫劑加入量并不會對脫硫率的提升起到顯著作用。此外，過大的渣量會使?fàn)t渣熔化速度慢，爐渣的流動性差，也不利于脫硫。

脫硫劑加入量過多，還容易使鋼包凈空減少，造成鋼包溢渣事故，而且脫硫劑量加入過多，會使能耗增加，從而增加成本，因此從試驗(yàn)結(jié)果看，脫硫劑加入量以1.5 t為宜。

由于RH處理的鋼種是硅鋼，硅鋼的特點(diǎn)是硅含量比較高，當(dāng)真空室投入的脫硫劑由下降管連同鋼水進(jìn)入鋼包的過程中，鋼液脫氧產(chǎn)物中SiO2與脫硫劑結(jié)合，由于SiO2等酸性氧化物能使粘滯流動單元尺寸變大，結(jié)果使?fàn)t渣粘度增加［11］。因此，脫硫后的爐渣上浮至鋼包液面上以后，流動性變差，使得爐渣中的硫不會再次返回至鋼液，也就不會發(fā)生鋼液回硫現(xiàn)象。

4 結(jié)論

（1）CaO-Al2O3-SiO2系脫硫劑熔點(diǎn)低，且SiO2含量低，適用于鋁脫氧鋼的精煉處理，脫硫效果非常顯著，脫硫率可達(dá)70%。

（2）常規(guī)脫硫理論已不能很好的解釋高氧化性爐渣的脫硫過程，但光學(xué)堿度理論適用于高氧化性爐渣，即渣中FeO+MnO含量的升高有利于RH處理過程爐渣光學(xué)堿度的提高，光學(xué)堿度少量提高就可以大幅度的提高硫容量（Cs），相應(yīng)的也提高了爐渣的脫硫效率。

（3）在RH處理過程中，脫硫劑的加入量并非越多越好，合適的脫硫劑加入量為1.5 t，過多的加入脫硫劑不僅造成能耗增加，還可能引起鋼包溢渣事故。另外，還可能導(dǎo)致鋼液溫降過大，降低脫硫率。

［1］殷瑞鈺.合理選擇二次精煉技術(shù),推進(jìn)高效率低成本“潔凈鋼平臺”建設(shè)［J］.煉鋼，2010，26（2）：1-9.

［2］劉良田.RH真空深脫硫［J］.武鋼技術(shù)，1990，28（1）：16-19.

［3］朱衛(wèi)民.RH真空脫硫的熱力學(xué)研究［J］.上海金屬，1990，12（6）：19-21.

［4］戰(zhàn)東平，姜周華，羅建江，等.RH-KTB預(yù)熔渣深脫硫?qū)嵺`［J］.鋼鐵，2005，40（11）：27-29.

［5］艾立群，蔡開科.RH處理過程鋼液脫硫［J］.煉鋼，2001，17（3）：53-57.

［6］T.Hatakeyama.RH-PB—二次精煉新工藝［J］.國外爐外精煉技術(shù)（一），1997（10）：75-80.

［7］黃德勝.LF精煉生產(chǎn)低硫鋼工藝實(shí)踐［J］.煉鋼，2013，29（5）：11-17.

［8］翁宇，王忠東.利用光學(xué)堿度計算含CaF2脫硫劑脫硫能力的研究［J］.煉鋼，1999,15（1）：25-27.

［9］黃希祜.鋼鐵冶金原理［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1990.

[10]鄭沛然.煉鋼學(xué)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1994.

[11]姚金甫.國內(nèi)外鋼包的粘渣及其對策［J］.鋼鐵，2002，37（2）:70-72.

（編輯 許營）

Study on Deep Desulphurization Technology in RH Refining Process

Shang Deli1，Lin Yang2，Lv Chunfeng1，Kang Lei1，Liao Xiangwei1，Li Weidong2
（1.Iron&Steel Research Institutes of Ansteel Group Corporation,Anshan 114009,Liaoning, China;2.General Steelmaking Plant of Angang Steel Co.,Ltd.,Anshan 114021,Liaoning,China）

Deep desulphurization tests were carried out in 180 t RH by using CaO-Al2O3-SiO2-based desulphurizer with low content of SiO2.The test results show that the desulphurization rate can be over 70%and the resulphurization phenomenon did not occur.The increase of content of FeO and MnO in slag in RH desulphurization process is helpful to the increase of the optical basicity of slag and the suitable addition amount of desulphurizer is 1.5 tons.

RH;deep desulphurization;desulphurizer;optical basicity

TF769

A

1006-4613（2016）06-00015-04

2016-01-12

尚德禮，碩士，高級工程師，2005年畢業(yè)于北京科技大學(xué)冶金物理化學(xué)專業(yè)。E-mail:sh_hero@163.com