硅鋼超低硫工藝優化及控制實踐

孫學玉，劉志興，孟慶龍

（唐山國豐鋼鐵有限公司,河北唐山063300）

0 引言

無取向硅鋼對化學成分要求非常嚴格，硫做為硅鋼中的有害元素，與錳在鋼中形成細小MnS，可強烈阻礙無取向硅鋼成品退火時的晶粒長大,增加硅鋼的矯頑力和磁滯損耗，使磁性能下降[1]。硫含量對0.3%Si無取向硅鋼磁性的影響為：當鋼中 [S]≥0.004%后，鐵芯損耗激劇增加[2]。國豐鋼鐵在開發硅鋼前期，硫含量控制波動較大，成品[S]≤0.004%的比例僅為31.6%，對硅鋼磁性能的穩定不利。

1 成品硫含量現狀

國豐鋼鐵生產硅鋼工藝路線為：單吹顆粒鎂鐵水預脫硫→頂底復吹轉爐→LF升溫→RH脫碳合金化→雙流板坯連鑄。前3個月成品硫含量平均約為0.004%，控制相對較為穩定，但到第4個月時成品硫明顯上升且波動較大。

2 轉爐回硫綜合分析

2.1 轉爐回硫理論分析及驗證

單吹顆粒鎂的脫硫方法，硫在鐵水脫硫渣中以（MgS）的形式存在，主要的脫硫反應式為[3]：

脫硫殘余渣中（MgS）在轉爐冶煉溫度和氧化氣氛下可發生回硫反應，其回硫反應為[4]：

在1 600℃以上的煉鋼溫度下，標準反應焓為負，隨著鋼中自由氧的不斷增加，反應向正方向進行。轉爐冶煉硅鋼時，為滿足RH真空深脫碳的工藝條件，轉爐終點碳要求≤0.050%，終點鋼液氧含量在 600×10-6～900×10-6范圍波動，導致轉爐吹煉終點渣氧化鐵含量高，典型終渣成分見表1。

以上典型爐次的吹煉終點S含量分別為0.0035%、0.0032%，硫在渣-鋼間的分配比Ls分別為0.57、0.94，說明在超低硫的原輔材料條件和高氧化性轉爐渣的冶煉環境下，轉爐基本沒有脫硫能力，更有利于促進回硫反應，因此要實現超低硫硅鋼的穩定生產,就必須嚴格控制與鋼液接觸的各種原輔材料硫含量。

表1 轉爐吹煉終點渣成分wt/%

2.2 鐵水初始硫對回硫的影響

開發前3個月鐵水硫含量控制較為穩定，第4個月鐵水初始硫明顯升高，雖然經脫硫處理，但硅鋼成品硫仍隨之明顯升高，與硅鋼的成品硫含量控制趨勢相近。主要原因是單吹顆粒鎂脫硫與KR脫硫法相比存在一個很大弊端，即脫硫后鐵水渣稀，很難扒除；當鐵水初始硫升高后，在殘余液渣量相同的情況下，渣中硫總量會升高，導致入爐硫含量增加。硅鋼成品硫與鐵水初始硫對應散點圖見圖1，可知當鐵水原始S≥0.04后，轉爐終點硫含量下限開始明顯上升。

圖1 硅鋼鐵水初始硫與轉爐終點硫的散點圖

2.3 鐵水脫硫扒渣操作對回硫的影響

選擇鐵水初始硫含量偏高相近爐次（0.040%～0.050%）、同批次的冶金石灰等輔料的硅鋼冶煉爐次，對比脫硫后不同扒清次數對轉爐終點硫含量的影響。扒清標準為加聚劑后將鐵水浮渣扒盡、全剩液渣，對比結果見表2。

由表2可見，在其它原輔材料硫含量一定的情況下，轉爐終點硫含量隨著鐵水脫硫后扒清次數增加而逐漸降低，在鐵水含量偏高時，扒清次數設定在4～5次，轉爐終點硫含量基本可滿足工藝控制要求，這與鎂基脫硫鐵水渣稀、不易扒除的特點相對應。

2.4 入爐原輔料質量對回硫的影響

原輔材料帶入轉爐硫含量詳細對比數據見表3。從表中可以看出，3月份硅鋼轉爐終點硫含量升高的主要原因是鐵水初始硫高，入爐鐵水渣硫含量平均增加約 5.0×10-6、入爐鐵水 S平均增加 2.8×10-6，以上已分析。其次是石灰和廢鋼分別平均增加0.9×10-6、0.5×10-6，而其它所用的白云石和球團礦硫含量控制很低，對轉爐“回硫”影響較小。

表3 原輔材料帶入硫含量數據 /×10-6

表2 扒渣次數與終點硫含量數據/%

石灰的影響：前3個月石灰硫含量基本控制≤0.020%,但到3月份石灰硫含量明顯上升，≥0.020%比例達28.6%，這部分高硫石灰入爐后，使爐內硫含量升高硫約 5×10-6。

廢鋼的影響：前3個月基本為全鐵水冶煉，第4個月部分爐次開始加低硫廢鋼，低硫廢鋼硫含量平均約 50×10-6，加入量約 3～8 t/爐，帶入爐內硫含量約 1×10-6～3×10-6，這也是硫含量升高因素之一。

3 生產組織的影響

硅鋼與普通鋼種相比，整體生產節奏較慢，在另一爐座補爐期間偶會爾插一爐普鋼，當再重新生產硅鋼時，轉爐終點鋼液硫含量及出鋼后鋼液硫含量比穩定硅鋼爐次明顯升高，幅度約20×10-6～60×10-6。主要原因是普鋼轉爐終渣中硫含量高（0.11%～0.197%），再恢復硅鋼生產后仍進行留渣和濺渣操作，使爐內硫總量升高；普鋼經LF脫硫及多次熱渣回收利用后，鋼包沿和鋼包底粘渣的硫含量極高，導致鋼包內鋼液硫含量明顯升高。

4 優化措施及效果

通過優化硅鋼所用鐵水、含鐵冷料和冶金石灰等原輔材料的硫含量標準；細化冶煉硅鋼期間插普鋼時轉爐不留渣、不濺渣操作；杜絕無碳鋼包在普鋼中使用；RH進站硫含量高的爐次進行深脫硫處理等措施，使硅鋼成品硫含量≤0.004%的比例由原31.6%提高到98.4%，效果明顯。

5 結論

通過優化生產硅鋼所用的原輔材料標準，改進鐵水脫硫扒渣操作，使轉爐回硫量得到穩定有效控制，硅鋼成品硫含量逐步降低，≤0.004%的比例由原31.6%提高到98.4%，實現了超低硫硅鋼的穩定生產。