LF 精煉爐快速脫硫工藝研究

王飛宇

（天津市新天鋼聯合特鋼有限公司，天津 301500）

0 引言

如今,鋼鐵企業的競爭日趨激烈，在同質化日益嚴重的情況下，最大限度挖掘自身潛力、不斷降低噸鋼成本，才能提高企業的競爭力。對于鋼鐵企業來講，在自身生產工藝、設備等條件沒有大的變化的基礎上，加快生產節奏，提高單位時間內的產鋼量，可明顯降低工序成本，提高企業盈利能力。天津市新天鋼聯合特鋼有限公司煉鋼廠（以下簡稱“聯合特鋼煉鋼廠”）為實現公司提產降本要求，通過各種方式縮短冶煉周期，加快生產節奏，提高冶煉效率，增強企業盈利能力。但隨著生產節奏的加快，LF 精煉爐脫硫率明顯降低。

鋼中的硫含量升高，會使鋼的熱加工性能變壞，造成鋼的“熱脆”。Mn 在鋼液凝固過程中,促進低熔點的枝狀FeS 形成。這種低熔點化合物加劇了連鑄小方坯的內裂及小方坯熱軋時的晶間裂紋，影響鑄坯質量，制約著連鑄拉速的提高。目前，連鑄高拉速已成為各大鋼廠追求的目標，提高連鑄拉速不僅可以在相同的人力、工藝和設備基礎上提高鋼產量，而且可以在相同年產能和爐機匹配要求下，減少鑄機流數，從而降低投資成本、生產成本和維護成本，給企業帶來顯著的效益[1]。因此，聯合特鋼煉鋼廠開始對快節奏生產條件下LF 精煉爐脫硫工藝進行針對性的研究，并取得了良好的效果。

1 LF 精煉爐基本設備技術參數

聯合特鋼煉鋼廠120 t LF 精煉爐主要技術參數如表1 所示。

表1 120 t LF 精煉爐主要技術參數

2 基本工藝操作流程

120 t LF 精煉爐基本工藝操作流程為：進站坐包→接底吹氬管破渣殼→測溫→進加熱位→加熱、造渣→調整成份→測溫取樣→調整溫度（精調成份）→吊包位→測溫取樣→軟吹→吊包。

3 實際生產情況

聯合特鋼煉鋼廠為響應公司提產降本要求，同時開展了轉爐高效冶煉攻關和連鑄高拉速攻關工作。通過開展工藝優化改進，在現有裝備條件下，轉爐生產節奏明顯提高，自然月產量穩步提高。但是，隨著LF精煉爐冶煉節奏加快，脫硫率明顯降低，成品w（S）≥0.025%爐數占總爐數的比例接近50%。

從圖1、圖2 可以看出，除2 月份為冬季錯峰限產外，其他月份產量逐步提高。隨著煉鋼廠產量逐月增加，LF 精煉爐冶煉時間隨之明顯下降，生產節奏加快，相應處理時間縮短。

圖1 1—5 月份煉鋼產量情況

圖2 1—5 月份精煉冶煉時間

由于鋼種限制，工藝未要求進行深脫硫處理。因此，要求成品w（S）控制在0.025%以下，即可滿足連鑄高拉速生產需求。對1—5 月份成品w（S）≤0.025%以下的爐數占比進行統計，如圖3 所示。

圖3 1—5 月份成品w（S）≤0.025%以下爐數占比

由圖3 可以看出，隨著LF 精煉爐處理時間縮短，成品w（S）低于0.025%的占比明顯降低，隨之連鑄生產事故增加，鑄坯質量明顯下降。

4 問題分析

為適應高拉速生產需求，提高鑄坯質量，降低連鑄生產事故，解決因產量提高、冶煉時間縮短而引起的脫硫率降低的問題，聯合特鋼結合脫硫動力學及熱力學條件，對現場實際生產情況進行深入分析。

4.1 進站溫度較低

脫硫反應是吸熱反應，鋼水溫度提高有利于脫硫反應進行。同時，鋼水溫度升高，可以顯著提高渣料熔化速度，增加渣鋼界面反應，改善脫硫動力學條件。原工藝要求轉爐控制LF 精煉爐進站溫度≥1 550 ℃，不能滿足快節奏生產條件下的脫硫要求。因此，要求轉爐提高供LF 精煉爐鋼水溫度，為脫硫創造良好條件。

4.2 爐渣組分不理想

1—5 月份LF 精煉爐渣樣統計結果如表2 所示。

表2 1—5 月份LF 精煉爐爐渣結果統計

對統計數據進行分析，爐渣組分不理想主要是以下原因導致：

1）爐渣FeO 含量偏高。統計平均值渣中FeO 含量接近1%，不利于脫硫反應進行，應加強脫氧工作。

2）爐渣組分不理想，堿度R、曼內斯曼指數（MI）偏低。一般認為，爐渣堿度≥2.5、曼內斯曼指數控制在0.25 以上時，爐渣脫硫效果比較理想。

4.3 造渣制度不完善

目前，生產工藝LF 精煉爐造渣料全部在精煉冶煉過程加入，由于生產節奏加快，冶煉時間縮短，脫硫爐次造渣料加入量較大，明顯出現熔化不均勻、成渣速度慢的情況，從而影響脫硫效率。

4.4 底吹攪拌偏弱

脫硫反應是緩慢的擴散過程，加強攪拌、增強鋼液與爐渣的接觸面積是提高脫硫效率的最有效措施。LF 精煉過程中氬氣攪拌為鋼水脫硫提供良好的動力學條件，可以促進鋼渣界面反應，使生成的CaS 進入渣中，從而達到脫硫的目的。脫硫時鋼水攪拌能一般大于7 000 W/t，鋼水攪拌能ε 的計算公式為[1]：

式中：QAr為吹氬量，m3/min；T1為鋼水溫度，K；Tn為氬氣溫度，K；H0為吹氬深度，m；p 為氬氣壓力，Pa；Wg為鋼水質量，t。

計算可得，聯合特鋼煉鋼廠鋼水攪拌能為7400 W/t。雖然達到了脫硫對于攪拌能的最低要求，但由于冶煉時間縮短，為了加快脫硫速度，應提高脫硫攪拌能，進而提高脫硫效率。

5 生產工藝改進

根據現場實際情況及相關理論分析，聯合特鋼煉鋼廠決定從精煉爐快速成渣、渣系改造、強化脫氧工藝和增強氬氣攪拌等方面進行LF 精煉爐快速脫硫工藝改進。

5.1 快速成渣工藝改進

1）提高進站溫度。較高的鋼水溫度是渣料熔化、渣鋼反應和脫硫反應等各類物理化學反應的前提條件，因此，要求轉爐控制LF 精煉爐進站溫度≥1 560 ℃，為精煉快速脫硫工藝創造良好的條件。

2）更改頂渣加入方式。原工藝造渣料全部在LF精煉爐冶煉過程加入，為加快LF 精煉爐成渣速度，現將部分渣料改為在轉爐出鋼過程加入。此方式不僅可以緩解LF 精煉爐造渣負擔，而且可以利用轉爐出鋼鋼流的攪拌促進渣料熔化?，F場實際情況看，進站后頂渣熔化良好，不存在渣層嚴重結殼的情況。

5.2 渣系組分改造

針對精煉爐渣堿度及曼內斯曼指數偏低的問題，開展渣系組分改造工作。轉爐加入部分頂渣料可以在較短的冶煉時間內通過提高精煉爐的石灰加入量來提高爐渣堿度，工藝要求脫硫爐次在原渣料加入基礎上每噸鋼增加1.2 kg 渣料。同時，脫硫爐次配加精煉渣（成分如表3 所示），提高爐渣Al2O3含量，使曼內斯曼指數達到0.25 以上。

調整后，LF 精煉爐渣成分如表4 所示。經過一系列調整，爐渣堿度達到3.0 以上，曼內斯曼指數達到0.30 以上，可以滿足快速脫硫要求。

5.3 強化脫氧工藝

原LF 精煉冶煉過程脫氧方式為渣面加入碳化硅、電石等脫氧劑，由于冶煉時間短，個別爐次脫氧不完全，渣中w（FeO）達到了1.0%以上。為了強化鋼水脫氧，根據目前快節奏的生產實際情況，在原有擴散脫氧的基礎上，輔助采用喂絲機喂鋁線的方式增強鋼水沉淀脫氧，迅速降低鋼水氧位，達到脫硫工藝要求。

5.4 增強底吹攪拌效果

為達到迅速脫硫的目的，對LF 精煉爐各個冶煉階段的氬氣流量進行調整，調整情況如表5 所示。

表5 氬氣流量調整前后對比表

通過調高各個階段的氬氣流量，促進鋼渣界面反應，強化脫硫動力學條件，實現快速脫硫。同時，減少送電次數，延長停電后的氬氣強攪拌時間，進一步強化底吹攪拌效果。

6 工藝效果

采用一系列工藝調整后，聯合特鋼煉鋼廠LF 精煉爐脫硫效率明顯提高，在LF 精煉爐平均冶煉周期28.6 min 的情況下，w（S）≤0.025%爐次達到90%以上，對連鑄生產穩定順行提供了可靠保障。