供稿|石鳳麗，叢鐵地，于文武，劉書(shū)超，程春靈 / SHI Feng-li, CONG Tie-di, YU Wen-wu,LIU Shu-chao, CHENG Chun-ling

內(nèi)容導(dǎo)讀

本鋼生產(chǎn)低硫硅鋼時(shí)對(duì)硫含量的要求極低，因而常出現(xiàn)硫含量較高使得硅鋼產(chǎn)品不合格的現(xiàn)象，導(dǎo)致低硫硅鋼的煉成率較低。本文跟蹤生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得出，當(dāng)S 入站質(zhì)量分?jǐn)?shù)＜0.032%時(shí)，通過(guò)增加鎂粉噴吹量，控制盡可能低的轉(zhuǎn)爐上一爐倒?fàn)t硫、鋼包上一爐鋼包硫，同時(shí)控制好廢鋼、原輔料盡可能為低硫含量等，能夠有效提高低硫硅鋼煉成率。

低硫硅鋼生產(chǎn)的控制難點(diǎn)在于低硫硅鋼為超低碳鋼，必須經(jīng)過(guò)RH 處理，且它對(duì)硫含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的要求極低，要求w(S)≤0.004%，按照爐產(chǎn)180 t計(jì)算，進(jìn)入鋼水的硫含量大于7.2 kg 時(shí)就會(huì)造成成分不合格，故低硫硅鋼對(duì)硫的控制關(guān)鍵集中在原料預(yù)處理和轉(zhuǎn)爐階段，如何控制好預(yù)處理和轉(zhuǎn)爐階段的脫硫是本文研究的重點(diǎn)。

預(yù)處理脫硫工藝概況

本鋼的鐵水脫硫工藝流程如圖1。CaO+Mg 復(fù)合噴吹主要設(shè)備參見(jiàn)文獻(xiàn)[1]。

圖1 鐵水脫硫工藝流程

鐵水硫控制分析

硫來(lái)源控制

爐產(chǎn)180 t 的低硫硅鋼中如進(jìn)入鋼水的硫含量大于7.2 kg 時(shí)就會(huì)造成成分不合，而硫的來(lái)源主要在鐵水、廢鋼、煉鋼用的原輔料及盛裝鋼水的轉(zhuǎn)爐、鋼包所含帶的渣中。具體原輔料含硫量及進(jìn)硫量見(jiàn)表1，鎂粉復(fù)合噴吹的脫硫極限質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.0015%，如原輔料進(jìn)硫量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))＞0.0025%，便會(huì)導(dǎo)致成品不合格(由于鐵水硫含量非常低，故此處忽略了煉鋼的脫硫作用)，因此除了控制工藝過(guò)程外，還應(yīng)確保廢鋼、煉鋼用的原輔料均為低硫含量或盡可能控制硫含量高的物料加入量，如用低硫含量的石灰石代替部分活性石灰冶煉等。

表1 原輔料含硫量及進(jìn)硫量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

脫硫熱力學(xué)分析

預(yù)處理過(guò)程中，以溶于鐵水的[Mg]參與脫硫反應(yīng)為主，生成MgS，該方式是復(fù)合噴吹脫硫的主要反應(yīng)形式[2]。當(dāng)鎂單獨(dú)存在時(shí)，脫硫反應(yīng)主要按式(1)進(jìn)行[3]:

式中，ΔGθ為吉布斯自由能，J/mol。

當(dāng)有CaO 存在時(shí)，MgS 不穩(wěn)定，會(huì)與CaO 進(jìn)一步反應(yīng)，見(jiàn)式(2)：

文獻(xiàn)[1]中相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明：流態(tài)化石灰基本上沒(méi)有起到脫硫作用，復(fù)合噴吹法的脫硫產(chǎn)物主要是不穩(wěn)定的MgS，未生成更穩(wěn)定的CaS。

鐵水脫硫工藝分析

脫硫步驟

鎂粉主脫硫反應(yīng)步驟：

(1)鎂粉溶解到鐵水中形成[Mg]，此期間鎂粉的溶解擴(kuò)散需要一定的時(shí)間。

(2)[Mg]與鐵水中的[S]接觸生成MgS。

(3)反應(yīng)到一定程度，如想進(jìn)一步降低鐵水中[S]，需要鐵水中含有更高的[Mg]，即在一定溫度下[S]與[Mg] 之積為常數(shù)，[S] 降低則[Mg] 升高反應(yīng)才能進(jìn)行，此期間一是需要噴吹更多的鎂，二是需要一定的反應(yīng)時(shí)間。

(4)當(dāng)初始硫過(guò)高時(shí)，存在著渣硫間的分配平衡，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，必須通過(guò)增大渣量及增加反應(yīng)擴(kuò)散時(shí)間才能進(jìn)一步脫硫。

(5)鎂粉脫硫的一大弊端是產(chǎn)生回硫，主要是因?yàn)椋禾幚龛F量大，鐵水罐中動(dòng)力學(xué)條件不足，罐中存在部分死區(qū)，這部分死區(qū)的硫含量仍為鐵水初始硫含量；脫硫產(chǎn)物MgS 需要形核長(zhǎng)大之后上浮到渣中，如果反應(yīng)時(shí)間不夠，MgS 來(lái)不及上浮到渣中，就會(huì)殘留在鐵水中，進(jìn)入轉(zhuǎn)爐造成回硫。因此，須有足夠時(shí)間保證MgS 盡可能都上浮到渣中，同時(shí)確保扒渣扒凈，才能盡量降低回硫。

影響因素分析

(1)鐵水到站溫度。溫度對(duì)脫硫反應(yīng)有不同的影響，一方面隨著溫度的升高M(jìn)g 的溶解度降低，由于Mg 脫硫反應(yīng)是放熱反應(yīng)，因此溫度的提高不利于脫硫。另一方面，溫度的提高有利于脫硫反應(yīng)的[Mg]在鐵水中的擴(kuò)散及脫硫產(chǎn)物的上浮排出，從生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析可知：如想達(dá)到成品硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.004%，鐵水到站溫度在1345~1365 ℃利于低硫控制。

(2)噴吹石灰量。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)噴吹石灰中的CaO 不能起到脫硫的作用，但它可以稀釋渣中(MgS)的含量，使脫硫反應(yīng)利于向正向進(jìn)行。從生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析可知：噴吹石灰量越多，越利于成品S 的控制，其中石灰量大于390 kg 時(shí)，煉成率相對(duì)較高。

(3)噴吹鎂粉量。脫硫反應(yīng)反應(yīng)到一定程度，如想進(jìn)一步降低鐵水中[S]，需要鐵水中含有更高的[Mg]， [S]降低則[Mg]升高反應(yīng)才能進(jìn)行。從生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析可知：鎂粉噴吹量大于180 kg 時(shí)，利于成品S 的控制。

(4)轉(zhuǎn)爐上一爐倒?fàn)t硫。轉(zhuǎn)爐上一爐倒?fàn)t硫與殘留在轉(zhuǎn)爐中的渣中硫息息相關(guān)，呈正相關(guān)關(guān)系，是帶入硫的一項(xiàng)關(guān)鍵因素。從生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析可知：轉(zhuǎn)爐上一爐倒?fàn)t硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.007%，利于成品硫的控制。

(5)鋼包上一爐鋼包硫。轉(zhuǎn)爐上一爐鋼包硫與殘留在鋼包中的渣中硫呈正相關(guān)關(guān)系，是帶入硫的另一項(xiàng)因素。從生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析可知：轉(zhuǎn)爐上一爐鋼包硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.006%，利于成品硫的控制。

(6)入站S。理論上分析：入站S 越低，在噴吹量和鎮(zhèn)靜時(shí)間足夠的前提下，相對(duì)來(lái)說(shuō)，成品S 易于控制。但從生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析可看出：入站S 質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.032%~0.045%時(shí)利于成品S 的控制。

為了進(jìn)一步尋找理論和實(shí)際的不同原因，選取入站S 質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.032%的爐次，根據(jù)噴吹量不同可以看出鎂粉噴吹量≥180 kg 的爐次成品S 控制明顯好于鎂粉噴吹量＜180 kg 的爐次，說(shuō)明產(chǎn)生上述情況的原因?yàn)閲姶垫V粉量不夠或鎮(zhèn)靜時(shí)間不夠，MgS 來(lái)不及上浮到渣中。但實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)生產(chǎn)節(jié)奏有要求，只能通過(guò)多噴吹粉劑的方式利于MgS 顆粒和其他固態(tài)粉劑簇集上浮，以利于成品硫的控制。

鐵水脫硫工藝優(yōu)化

選取對(duì)低硫硅鋼成品煉成率影響較大的可控?cái)?shù)據(jù)S 入站、鎂粉噴吹量、轉(zhuǎn)爐上一爐倒?fàn)t硫、鋼包上一爐鋼包硫進(jìn)行改進(jìn)，通過(guò)對(duì)比10 爐冶煉合格及不合格數(shù)據(jù)可知：當(dāng)S 入站質(zhì)量分?jǐn)?shù)＜0.032% 時(shí)，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的可控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行控制，通過(guò)增加鎂粉噴吹量大于180 kg，控制盡可能低的轉(zhuǎn)爐上一爐倒?fàn)t硫、鋼包上一爐鋼包硫，同時(shí)控制好廢鋼、原輔料等后續(xù)工序帶入硫量，能夠有效提高低硫硅鋼煉成率。

結(jié)束語(yǔ)

冶煉低硫硅鋼除控制工藝過(guò)程外，還應(yīng)確保廢鋼、煉鋼用的原輔料均為低硫含量或盡可能控制硫含量高的物料加入量。鎂粉脫硫的一大弊端是產(chǎn)生回硫，應(yīng)有足夠時(shí)間確保脫硫產(chǎn)物MgS 形核長(zhǎng)大之后上浮到渣中，同時(shí)扒渣扒凈，才能盡量降低回硫。S 入站質(zhì)量分?jǐn)?shù)＜0.032%時(shí)，增加鎂粉噴吹量大于180 kg，控制盡可能低的轉(zhuǎn)爐上一爐倒?fàn)t硫、鋼包上一爐鋼包硫，同時(shí)控制好廢鋼、原輔料等后續(xù)工序帶入硫量，能夠有效提高低硫硅鋼煉成率。