洁净钢生产中硫的控制

D0L:10.13374M.issm1001-053x.2011.s1.033 第33卷增刊1 北京科技大学学报 Vol.33 Suppl.1 2011年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.2011 洁净钢生产中硫的控制 杨森祥凶 攀钢集团攀枝花钢钒有限公司，攀枝花617062 通信作者，E-mail::yangsenxiang@sina.com 摘要针对攀钢高硫铁水冶炼现状，结合不同生产工艺路线，论述了攀钢近年来为实现洁净钢生产，在铁水预处理、转炉治 炼、钢水精炼过程中硫控制技术的开发与应用，形成了提高钢的纯净度和控制钢中非金属夹杂物的数量和形态的洁净钢生产 工艺技术，实现了350kmh高速铁路用钢轨、电工钢等洁净钢的生产.高速轨成品[S]的质量分数≤0.008%的合格率达到 95%以上，钢轨T[0]的质量分数降至0.0015%以下，夹杂物的分布形态得到有效控制：低硫电工钢RH脱硫率可达到20%左 右，成品[S]控制在0.006%左右. 关键词洁净钢：硫：钢轨钢：电工钢：精炼：夹杂物 分类号TF704.4:TF762.8 Control of sulfur content in the production of clean steel YANG Sen-xiang Panzhihua Steel vanadium Co.,Ltd.PanGang Group,Panzhihua 617062,China Corresponding author,E-mail:yangsenxiang@sina.com ABSTRACT According to the smelting situations of hot metal with high sulphur content,combined with different produce processes, technologies for controlling the sulfur content during hot metal pretreatment,converter smelting,and second refining are developed. Technologies in clean steelmaking such as increasing the cleanness of steel,quantity and shape control of non-metallic inclusions are formed.Clean steel,such as rail steel at a speed of 350kmhand electric steel,are produced.As for the high speed rail steel,over 95%of the steel has the [S]content 0.008%,the content of T[O]deceases to below 0.0015%,and the distribution and shape of inclusions are controlled effectively.The desulfurization rate of low-sulfur electric steel can reach about 20%,and the content of [S] in products is controlled to about 0.006%. KEY WORDS clean steel;sulfur:rail steel:electric steel;refining:inclusions 洁净钢的生产贯穿于整个炼钢生产过程，包括源的有效利用，在炼钢之前进行了提钒处理.含钒 铁水预处理、转炉终点控制、脱氧合金化、二次精炼、 铁水经脱硫提钒后获得的半钢碳的质量分数为 保护浇注等.为满足洁净生产需求，各企业开展了 3.2%~3.8%,温度1320~1380℃，硅、锰等发热成 大量的技术研究，相继开发出了铁水深脱硫、转炉双 渣元素含量均为痕迹，与普通铁水相比，半钢呈现出 联脱磷、夹杂物去除及形态控制等技术，这些技术在 “三低一高”的特点：碳低、温低、发热元素低、硫高， 生产中的应用已使T[0]≤0.0015%、[S]≤ 给炼钢的品种开发带来了极大困难. 0.005%、[P]≤0.010%的洁净钢的生产成为可能， 近年来，攀钢通过装备水平的提升和工艺技术 由此确保满足钢材对加工性能、使用性能或其他性 的开发研究，加强铁水预处理、转炉冶炼、钢水精炼 能的要求 过程中硫的控制，并逐渐形成了提高钢的纯净度和 攀钢高炉使用钒钛磁铁矿冶炼，高炉炉温控制 控制钢中非金属夹杂物的数量和形态的洁净钢生产 较低，脱硫能力差，生产的钒钛铁水含硫高，其质量 工艺技术，实现了以350kmh高速铁路用钢、电工 分数在0.06%~0.10%之间.同时，为了保证钒资 钢等为代表的洁净钢批量生产. 收稿日期：201108一12

第 33 卷 增刊 1 2011 年 12 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 33 Suppl． 1 Dec． 2011 洁净钢生产中硫的控制 杨森祥 攀钢集团攀枝花钢钒有限公司，攀枝花 617062 通信作者，E-mail: yangsenxiang@ sina． com 摘 要 针对攀钢高硫铁水冶炼现状，结合不同生产工艺路线，论述了攀钢近年来为实现洁净钢生产，在铁水预处理、转炉冶 炼、钢水精炼过程中硫控制技术的开发与应用，形成了提高钢的纯净度和控制钢中非金属夹杂物的数量和形态的洁净钢生产 工艺技术，实现了 350 km·h － 1 高速铁路用钢轨、电工钢等洁净钢的生产． 高速轨成品［S］的质量分数≤0. 008% 的合格率达到 95% 以上，钢轨 T［O］的质量分数降至 0. 001 5% 以下，夹杂物的分布形态得到有效控制; 低硫电工钢 RH 脱硫率可达到 20% 左 右，成品［S］控制在 0. 006% 左右． 关键词 洁净钢; 硫; 钢轨钢; 电工钢; 精炼; 夹杂物 分类号 TF704. 4; TF762 + . 8 Control of sulfur content in the production of clean steel YANG Sen-xiang Panzhihua Steel ＆ vanadium Co． ，Ltd． ，PanGang Group，Panzhihua 617062，China Corresponding author，E-mail: yangsenxiang@ sina． com ABSTRACT According to the smelting situations of hot metal with high sulphur content，combined with different produce processes， technologies for controlling the sulfur content during hot metal pretreatment，converter smelting，and second refining are developed． Technologies in clean steelmaking such as increasing the cleanness of steel，quantity and shape control of non-metallic inclusions are formed． Clean steel，such as rail steel at a speed of 350 km·h － 1 and electric steel，are produced． As for the high speed rail steel，over 95% of the steel has the［S］content ≤0. 008% ，the content of T［O］deceases to below 0. 0015% ，and the distribution and shape of inclusions are controlled effectively． The desulfurization rate of low-sulfur electric steel can reach about 20% ，and the content of ［S］ in products is controlled to about 0. 006% ． KEY WORDS clean steel; sulfur; rail steel; electric steel; refining; inclusions 收稿日期: 2011--08--12 洁净钢的生产贯穿于整个炼钢生产过程，包括 铁水预处理、转炉终点控制、脱氧合金化、二次精炼、 保护浇注等． 为满足洁净生产需求，各企业开展了 大量的技术研究，相继开发出了铁水深脱硫、转炉双 联脱磷、夹杂物去除及形态控制等技术，这些技术在 生产 中 的 应 用 已 使 T［O］≤ 0. 001 5%、［S］≤ 0. 005%、［P］≤0. 010% 的洁净钢的生产成为可能， 由此确保满足钢材对加工性能、使用性能或其他性 能的要求． 攀钢高炉使用钒钛磁铁矿冶炼，高炉炉温控制 较低，脱硫能力差，生产的钒钛铁水含硫高，其质量 分数在 0. 06% ～ 0. 10% 之间． 同时，为了保证钒资 源的有效利用，在炼钢之前进行了提钒处理． 含钒 铁水经脱硫提钒后获得的半钢碳的质量分数为 3. 2% ～ 3. 8% ，温度 1 320 ～ 1 380 ℃，硅、锰等发热成 渣元素含量均为痕迹，与普通铁水相比，半钢呈现出 “三低一高”的特点: 碳低、温低、发热元素低、硫高， 给炼钢的品种开发带来了极大困难． 近年来，攀钢通过装备水平的提升和工艺技术 的开发研究，加强铁水预处理、转炉冶炼、钢水精炼 过程中硫的控制，并逐渐形成了提高钢的纯净度和 控制钢中非金属夹杂物的数量和形态的洁净钢生产 工艺技术，实现了以 350 km·h － 1 高速铁路用钢、电工 钢等为代表的洁净钢批量生产． DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2011.s1.033

·152 北京科技大学学报 第33卷 攀钢炼钢生产流程及主要装备 炉炼钢一LF(ladle furnace)一RH真空处理一连铸. 炼钢系统主要设备参数见表1. 攀钢炼钢厂生产工艺流程为：铁水预处理一转 表1炼钢系统主要设备及参数 Table 1 Main equipment parameters 工序 工艺装备 主要参数和功能特点 铁水脱硫装置5套 Ca基和Mg基脱硫工艺：混合喷吹和复合喷吹 铁水预处理 120t提钒转炉2座 基础自动化 120t炼钢转炉5座 基础自动化：顶底复吹：2座具有副枪及炉气分析 炼钢 钢水吹氩站5座 吹氩强度可调：喂A!线和复合包芯线 130tLF炉4座 加热：成分微调：造渣精炼 精炼 1301RH真空3套 脱气：去除夹杂：成分微调 1板坯连铸机 全弧型2机2流，断面200mm×(750~1350)mm 2板坯连铸机 直弧型单流铸机，断面200mm×(900~1350)mm,液压振动，漏钢预报，动态二冷 全弧型6机6流，断面280mm×380(325)mm,结品器电磁搅拌，液压振动，动态二冷，凝固末端 连铸 1大方坯连铸机 轻压下. 2大方坯连铸机 全弧型4机4流，断面360mm×450mm,结品器电磁搅拌、液压振动，动态二冷，凝固末端轻压下 3方圆坯连铸机 全弧型6机6流，断面200mm×200mm,结品器电磁搅拌、液压振动，动态二冷 效降低了钢中硫含量. 2攀钢洁净钢生产硫的控制技术 2.1铁水预处理脱硫 除易切削钢外，硫是钢中有害元素，对产品使用 铁水预处理脱硫是生产低硫钢的重要环节，因 性能产生不良影响，因此洁净钢对钢中硫有较为严 铁水碳含量高、氧低，硫的活度系数大，是钢铁生产 格的要求，一般要求[S]小于0.005%，在某些情况 流程中脱硫效果最好、最经济的环节. 下已要求[S]小于0.001%.攀钢通过对铁水预处 2.1.1含钒钛铁水及其主要特点 理脱硫、转炉控制回硫和钢水深脱硫技术的研究，有 攀钢含钒钛铁水成分见表2. 表2含钒钛铁水成分及温度 Table 2 Composition and temperature of hot metal containing vanadium and titanium 成分（质量分数）/% 温度/℃ C Si Mn P 4.304.50 0.12-0.20 0.10-0.25 0.06-0.08 0.06-0.10 0.28-0.32 0.12-0.20 1250~1340 攀钢含钒钛铁水的特点是含有一定量的V、Ti, 凝固点随铁水中[V]、[T]的增加而增加.含钒钛 但Si、Mn含量较低，而硫含量却较高，其物理性质 铁水的这些性质，在一定程度上恶化了脱硫反应动 的最大特点是熔化性温度偏高，黏度也较大.铁水 力学条件.V、T对脱硫热力学的影响主要表现在 中[T]、V]对黏度、熔化性温度及凝固点温度的影 它们能降低[S]的活度) 响见图1~3. 2.1.2含钒钛铁水脱硫 从图1~3看，含钒钛铁水黏度、熔化性温度及 攀钢采用喷吹脱硫工艺，喷吹工艺参数见表3 表3复合喷吹工艺参数 Table 3 Parameters of the combined blowing process 粉剂比例（质 喷吹罐压力/MPa 助吹压力/ 粉喷吹速率/(kgmin") 喷吹时间/ 铁水量上 量比)CaO/Mg 镁脱硫剂 钝化石灰 MPa 钝化石灰 镁脱硫剂 min 140~146 35 0.5-0.65 0.6-0.8 0.3-0.4 30-60 6~15 16-20

北 京 科 技 大 学 学 报 第 33 卷 1 攀钢炼钢生产流程及主要装备 攀钢炼钢厂生产工艺流程为: 铁水预处理—转 炉炼钢—LF( ladle furnace) —RH 真空处理—连铸． 炼钢系统主要设备参数见表 1． 表 1 炼钢系统主要设备及参数 Table 1 Main equipment parameters 工序 工艺装备 主要参数和功能特点 铁水预处理 铁水脱硫装置 5 套 Ca 基和 Mg 基脱硫工艺; 混合喷吹和复合喷吹 120 t 提钒转炉 2 座 基础自动化 炼钢 120 t 炼钢转炉 5 座 基础自动化; 顶底复吹; 2 座具有副枪及炉气分析 钢水吹氩站 5 座 吹氩强度可调; 喂 Al 线和复合包芯线 精炼 130 t LF 炉 4 座 加热; 成分微调; 造渣精炼 130 t RH 真空 3 套 脱气; 去除夹杂; 成分微调 1# 板坯连铸机 全弧型 2 机 2 流，断面 200 mm × ( 750 ～ 1 350) mm 2# 板坯连铸机 直弧型单流铸机，断面 200 mm × ( 900 ～ 1 350) mm，液压振动，漏钢预报，动态二冷 连铸 1# 大方坯连铸机 全弧型 6 机 6 流，断面 280 mm × 380( 325) mm，结晶器电磁搅拌，液压振动，动态二冷，凝固末端 轻压下． 2# 大方坯连铸机 全弧型 4 机 4 流，断面 360 mm × 450 mm，结晶器电磁搅拌、液压振动，动态二冷，凝固末端轻压下 3# 方圆坯连铸机 全弧型 6 机 6 流，断面 200 mm × 200 mm，结晶器电磁搅拌、液压振动，动态二冷 2 攀钢洁净钢生产硫的控制技术 除易切削钢外，硫是钢中有害元素，对产品使用 性能产生不良影响，因此洁净钢对钢中硫有较为严 格的要求，一般要求［S］小于 0. 005% ，在某些情况 下已要求［S］小于 0. 001% ． 攀钢通过对铁水预处 理脱硫、转炉控制回硫和钢水深脱硫技术的研究，有 效降低了钢中硫含量． 2. 1 铁水预处理脱硫 铁水预处理脱硫是生产低硫钢的重要环节，因 铁水碳含量高、氧低，硫的活度系数大，是钢铁生产 流程中脱硫效果最好、最经济的环节． 2. 1. 1 含钒钛铁水及其主要特点 攀钢含钒钛铁水成分见表 2． 表 2 含钒钛铁水成分及温度 Table 2 Composition and temperature of hot metal containing vanadium and titanium 成分( 质量分数) / % C Si Mn P S V Ti 温度/℃ 4. 30 ～ 4. 50 0. 12 ～ 0. 20 0. 10 ～ 0. 25 0. 06 ～ 0. 08 0. 06 ～ 0. 10 0. 28 ～ 0. 32 0. 12 ～ 0. 20 1 250 ～ 1 340 攀钢含钒钛铁水的特点是含有一定量的 V、Ti， 但 Si、Mn 含量较低，而硫含量却较高，其物理性质 的最大特点是熔化性温度偏高，黏度也较大． 铁水 中［Ti］、［V］对黏度、熔化性温度及凝固点温度的影 响见图 1 ～ 3． 从图 1 ～ 3 看，含钒钛铁水黏度、熔化性温度及 凝固点随铁水中［V］、［Ti］的增加而增加． 含钒钛 铁水的这些性质，在一定程度上恶化了脱硫反应动 力学条件． V、Ti 对脱硫热力学的影响主要表现在 它们能降低［S］的活度［1］． 2. 1. 2 含钒钛铁水脱硫 攀钢采用喷吹脱硫工艺，喷吹工艺参数见表 3． 表 3 复合喷吹工艺参数 Table 3 Parameters of the combined blowing process 铁水量/t 粉剂比例( 质 量比) CaO/Mg 喷吹罐压力/MPa 镁脱硫剂 钝化石灰 助吹压力/ MPa 粉喷吹速率/( kg·min － 1 ) 钝化石灰 镁脱硫剂 喷吹时间/ min 140 ～ 146 3 ～ 5 0. 5 ～ 0. 65 0. 6 ～ 0. 8 0. 3 ～ 0. 4 30 ～ 60 6 ～ 15 16 ～ 20 ·152·

增刊1 杨森祥：洁净钢生产中硫的控制 ·153· 当有限的.特别在铁水初始硫含量很低的情况下， 000 由于入炉的石灰、造渣剂等炉料带人较多的硫，往往 出现转炉冶炼过程回硫现象.在不考虑硫支出情况 040050 下，攀钢炉内回硫典型炉次终点硫的构成见图4. 7.02606429 口佚水带入，% ▣脱硫渣带入，% 39.82 口复合造渣剂，% 口废钢，% ■提温剂% 1100 1200 1300 I400 1500 口石灰% 温度℃ 27.41 10.06%Ti:20.10%Ti:30.12%Ti:40.14%Ti:5一 图4典型炉次中各成分对回硫的影响 0.18%Ti:60.22%Ti70.26%Ti:80.30%Ti Fig.4 Effect of the composition in typical heats on resulfurization 图1不同钛含量时铁水黏度与温度的关系 Fig.1 Ralationship between viscosity and temperature with different 由图4可见，铁水脱硫残渣和复合造渣剂带入 contents of titanium 的硫是造成回硫的主要因素.因此，尽量扒净脱硫 渣和使用低硫造渣剂，可显著减少转炉冶炼过程的 1400 回硫量 1350 ●熔化性温世 o凝山点 为减少转炉回硫现象，攀钢主要采取了以下措施 1300 2.2.1优化脱硫工艺路线 赵1250 00 攀钢一般品种钢生产的铁水脱硫工艺路线为铁 1200 00 水组罐一混合喷吹脱硫一扒渣一提钒一转炉冶炼， 150- 0 采用此工艺路线生产的半钢量一般为130~136t, 11006 02 03 0.4 转炉冶炼时还需加废钢6~8t,转炉回硫量在 i场 0.003%~0.004%.而在生产低硫品种钢时采用优 图2铁水熔化性温度、凝固点与钛含量的关系 化的铁水脱硫工艺路线为铁水组罐一提钒一复合喷 Fig.2 Effect of titanium content on melting and solidification temper- 吹脱硫一扒渣一转炉冶炼，采用此工艺路线，不仅可 atures 以确保半钢量达到138~142t,减少废钢加入量，还 1300 可以采用复合喷吹深脱硫，有利于脱硫渣扒除干净， ●熔化性温度⊙凝固点 确保转炉的回硫量控制在0.002%以内. 1250 2.2.2优化半钢炼钢造渣工艺 1200 ● 攀钢炼钢主要采用提钒之后的半钢，半钢中 1150 Q [Si]、[Mn]等成渣、发热元素含量很低甚至微量，因 6 此必须通过外加含SO,的酸性材料来保证形成具 11006 0.1 0.2 0.4 有相应功能的炉渣，而外加材料的熔化需要一定的 [Vy% 时间和热量.攀钢针对半钢炼钢的特点，通过采取 图3铁水熔化性温度、凝固点与钒含量的关系 活性石灰、多组元复合造渣工艺、降低炉渣碱度等措 Fig.3 Effect of vanadium content on melting and solidification tem- 施，使半钢炼钢成渣困难的问题得以解决，初期渣的形 peratures 成时间控制在4.5min以内，冶炼过程顺行，有效抑制 由于从高炉送来的铁水包盛铁量波动大、带渣 了终点钢、渣的氧化性，提高了冶炼过程的脱磷效果 量也较多(2%~3%)，加之铁水温度偏低(1250~ 随着低硫品种钢的进一步开发，转炉冶炼用辅 1340℃)，因此脱硫效果波动也就很大.攀钢对于 料硫偏高的问题越来越突出，攀钢炼钢常用辅料中 低硫洁净钢的冶炼，铁水预处理采取铁水提钒一半 硫含量分析结果见表4. 钢脱硫工艺，当铁水初始硫为0.06%~0.08%时， 为进一步开发低硫品种钢，采用了石英砂代替 经过预处理后[S]≤0.005%、脱硫率95%以上. 复合造渣剂进行造渣.从石英砂的分析结果看，石 2.2转炉冶炼 英砂硫的质量分数小于0.001%，远低于复合造渣 由转炉炼钢特点所决定，转炉的脱硫能力是相 剂的0.056%.从整个冶炼过程看，造渣较为顺行

增刊 1 杨森祥: 洁净钢生产中硫的控制 1—0. 06% Ti; 2—0. 10% Ti; 3—0. 12% Ti; 4—0. 14% Ti; 5— 0. 18% Ti; 6—0. 22% Ti; 7—0. 26% Ti; 8—0. 30% Ti 图 1 不同钛含量时铁水黏度与温度的关系 Fig． 1 Ralationship between viscosity and temperature with different contents of titanium 图 2 铁水熔化性温度、凝固点与钛含量的关系 Fig． 2 Effect of titanium content on melting and solidification temper￾atures 图 3 铁水熔化性温度、凝固点与钒含量的关系 Fig． 3 Effect of vanadium content on melting and solidification tem￾peratures 由于从高炉送来的铁水包盛铁量波动大、带渣 量也较多( 2% ～ 3% ) ，加之铁水温度偏低( 1 250 ～ 1 340 ℃ ) ，因此脱硫效果波动也就很大． 攀钢对于 低硫洁净钢的冶炼，铁水预处理采取铁水提钒—半 钢脱硫工艺，当铁水初始硫为 0. 06% ～ 0. 08% 时， 经过预处理后［S］≤0. 005% 、脱硫率 95% 以上． 2. 2 转炉冶炼 由转炉炼钢特点所决定，转炉的脱硫能力是相 当有限的． 特别在铁水初始硫含量很低的情况下， 由于入炉的石灰、造渣剂等炉料带入较多的硫，往往 出现转炉冶炼过程回硫现象． 在不考虑硫支出情况 下，攀钢炉内回硫典型炉次终点硫的构成见图 4． 图 4 典型炉次中各成分对回硫的影响 Fig． 4 Effect of the composition in typical heats on resulfurization 由图 4 可见，铁水脱硫残渣和复合造渣剂带入 的硫是造成回硫的主要因素． 因此，尽量扒净脱硫 渣和使用低硫造渣剂，可显著减少转炉冶炼过程的 回硫量． 为减少转炉回硫现象，攀钢主要采取了以下措施． 2. 2. 1 优化脱硫工艺路线 攀钢一般品种钢生产的铁水脱硫工艺路线为铁 水组罐—混合喷吹脱硫—扒渣—提钒—转炉冶炼， 采用此工艺路线生产的半钢量一般为 130 ～ 136 t， 转炉冶 炼 时 还 需 加 废 钢 6 ～ 8 t，转 炉 回 硫 量 在 0. 003% ～ 0. 004% ． 而在生产低硫品种钢时采用优 化的铁水脱硫工艺路线为铁水组罐—提钒—复合喷 吹脱硫—扒渣—转炉冶炼，采用此工艺路线，不仅可 以确保半钢量达到 138 ～ 142 t，减少废钢加入量，还 可以采用复合喷吹深脱硫，有利于脱硫渣扒除干净， 确保转炉的回硫量控制在 0. 002% 以内． 2. 2. 2 优化半钢炼钢造渣工艺 攀钢炼钢主要采用提钒之后的半钢，半钢中 ［Si］、［Mn］等成渣、发热元素含量很低甚至微量，因 此必须通过外加含 SiO2 的酸性材料来保证形成具 有相应功能的炉渣，而外加材料的熔化需要一定的 时间和热量． 攀钢针对半钢炼钢的特点，通过采取 活性石灰、多组元复合造渣工艺、降低炉渣碱度等措 施，使半钢炼钢成渣困难的问题得以解决，初期渣的形 成时间控制在 4. 5 min 以内，冶炼过程顺行，有效抑制 了终点钢、渣的氧化性，提高了冶炼过程的脱磷效果． 随着低硫品种钢的进一步开发，转炉冶炼用辅 料硫偏高的问题越来越突出，攀钢炼钢常用辅料中 硫含量分析结果见表 4． 为进一步开发低硫品种钢，采用了石英砂代替 复合造渣剂进行造渣． 从石英砂的分析结果看，石 英砂硫的质量分数小于 0. 001% ，远低于复合造渣 剂的 0. 056% ． 从整个冶炼过程看，造渣较为顺行， ·153·

154 北京科技大学学报 第33卷 未出现返干和大喷的现象，转炉冶炼过程硫含量变 化情况见表5. 表4炼钢常用辅料硫含量分析结果（质量分数） Table 4 Sulfur content of accessories used in Panzhihua Steel 活性石灰 轻烧白云石 复合造渣剂 提温剂 范围 平均 范围 平均 范围 平均 范围 平均 0.01-0.04 0.028 0.01-0.06 0.031 0.02-0.10 0.056 0.12-0.29 0.21 表5转炉冶炼过程硫的变化情况（质量分数） 固相质点析出，使炉渣黏度上升，流动性变差，从而 Table 5 Variation in sulfur content during the converter smelting 影响了脱氧的动力学条件.研究表明)，随着炉渣 process 碱度提高和渣中SO2含量的降低，脱氧能力提高， 铁水脱硫后 转炉入炉 转炉终点 钢水中溶解氧含量降低. 0.002-0.003 0.0013-0.00350.00320.0057 钢包渣氧化性对精炼过程的脱氧影响较为显 由表5可见，在入炉半钢硫≤0.003%以及带渣 著.日本钢管在生产低氧钢时，将RH处理前的渣 量小的情况下可以将终点钢水硫控制在0.005%以 中(Fe0+MnO)质量分数降至1.0%以下，处理后T 内.终渣碱度对渣中硫容量影响较大，在保证有效 [0]基本都≤0.0010%：爱知钢厂在生产轴承钢时 化好炉渣的情况下，提高炉渣中的硫容量，减少回 同样得到了相同的结论，甚至要求将渣中(Fe0+ 硫，将碱度控制在4~6之间较为合适.为了能稳定 MnO)降低至0.5%以下. 控制终点钢水硫的质量分数在0.005%以内，入炼 攀钢在高速轨的冶炼过程中，为了提高钢水精 钢转炉半钢S应在0.003%以内，确保装入量，不消 炼脱硫效果，控制钢中夹杂物数量及形态，在LF工 耗废钢，同时将半钢带渣量控制在50kg以内 序采用专用精炼渣，配合还原剂对钢水进行精炼 2.3钢水深脱硫 LF精炼前后钢包渣、钢水的情况见表7. 钢水炉外精炼深脱硫是生产低硫品种钢的必要 表7LF精炼情况 手段.攀钢通过开展炉外精炼工艺技术研究，形成 Table 7 Results of LF refining 了以转炉出钢预精炼、LF炉精炼渣系控制以及RH 钢包渣性质 T[o]1% 脱硫率/ 脱硫等为核心的低硫钢精炼工艺技术，显著提高了 Feo MnD)/% Ca0/SiO2 % 炉外精炼过程脱硫率 处理前处理后处理前处理后处理前处理后 2.3.1转炉出钢过程钢水预精炼技术 34 ≤2 2-33-40.0110.005220-40 严格控制钢包下渣量是降低钢包渣氧化性的最 有效办法.攀钢采用挡渣镖挡渣，钢包渣厚度控 从表7可看出，LF精炼结束后，钢包渣(Fe0+ Mn0)从精炼前3%~4%降低到了2%以下，精炼结 制在80mm以内，同时，出钢过程加入高碱度精炼 渣，加入量为4~6kgL,并采用硅钙钡或铝等还原 束后钢中T[0]明显降低，脱硫率达到20%以上，表 剂对钢包渣进行脱氧改性，初步控制钢包渣组份和 明钢水通过F精炼，有效去除了钢中的夹杂物 降低钢包渣氧化性，达到脱硫、脱氧及去除钢水中非 2.3.3RH精炼脱硫 金属夹杂物的“预精炼”目的，并能缩短LF炉化渣 对于电工钢这类弱脱氧钢来说，由于钢水中的 时间，延长白渣精炼时间，提高精炼效果.所用高碱 氧活度很高，钢水精炼过程不具备脱硫的热力学条 件.攀钢由于受铁水硫高，以及转炉冶炼和精炼过 度精炼渣的主要化学成份要求见表6. 程钢水回硫的影响，在钢中硫含量的稳定控制方面 表6高碱度精炼渣组成（质量分数） 存在较大的困难.为此，攀钢开展了一系列的探索 Table 6 Chemical composition of high basicity refining slag% 研究，建立起“铁水深脱硫、转炉控制回硫、钢包渣 Ca0 A203 Si0, CaF, Mgo 改性、RH补充脱硫”的工艺路线，实现了低硫电工 ≥70 ≤4 ≤5 6~14 ≤8 钢的批量生产 2.3.2LF炉精炼渣系控制 为实现弱脱氧电工钢的RH脱硫，攀钢采取了 为控制钢水洁净度，精炼渣系的选择是最重要 以下措施：(I)钢包渣改性，确保(Fe0+MnO)含量 的研究内容之一·钢包渣的碱度及组成对精炼过程 控制在15%以内；(2)选用脱硫效率高的Ca0一AL2 的脱氧有较大影响，当Ca0含量过高后，渣中会有 O3CaF,渣系；(3)合理选择脱硫时机.钢中氧活度

北 京 科 技 大 学 学 报 第 33 卷 未出现返干和大喷的现象，转炉冶炼过程硫含量变 化情况见表 5． 表 4 炼钢常用辅料硫含量分析结果( 质量分数) Table 4 Sulfur content of accessories used in Panzhihua Steel % 活性石灰 轻烧白云石 复合造渣剂 提温剂 范围 平均 范围 平均 范围 平均 范围 平均 0. 01 ～ 0. 04 0. 028 0. 01 ～ 0. 06 0. 031 0. 02 ～ 0. 10 0. 056 0. 12 ～ 0. 29 0. 21 表 5 转炉冶炼过程硫的变化情况( 质量分数) Table 5 Variation in sulfur content during the converter smelting process % 铁水脱硫后 转炉入炉 转炉终点 0. 002 ～ 0. 003 0. 001 3 ～ 0. 003 5 0. 003 2 ～ 0. 005 7 由表 5 可见，在入炉半钢硫≤0. 003% 以及带渣 量小的情况下可以将终点钢水硫控制在 0. 005% 以 内． 终渣碱度对渣中硫容量影响较大，在保证有效 化好炉渣的情况下，提高炉渣中的硫容量，减少回 硫，将碱度控制在 4 ～ 6 之间较为合适． 为了能稳定 控制终点钢水硫的质量分数在 0. 005% 以内，入炼 钢转炉半钢 S 应在 0. 003% 以内，确保装入量，不消 耗废钢，同时将半钢带渣量控制在 50 kg 以内． 2. 3 钢水深脱硫 钢水炉外精炼深脱硫是生产低硫品种钢的必要 手段． 攀钢通过开展炉外精炼工艺技术研究，形成 了以转炉出钢预精炼、LF 炉精炼渣系控制以及 RH 脱硫等为核心的低硫钢精炼工艺技术，显著提高了 炉外精炼过程脱硫率． 2. 3. 1 转炉出钢过程钢水预精炼技术 严格控制钢包下渣量是降低钢包渣氧化性的最 有效办法［2］． 攀钢采用挡渣镖挡渣，钢包渣厚度控 制在 80 mm 以内，同时，出钢过程加入高碱度精炼 渣，加入量为 4 ～ 6 kg /t，并采用硅钙钡或铝等还原 剂对钢包渣进行脱氧改性，初步控制钢包渣组份和 降低钢包渣氧化性，达到脱硫、脱氧及去除钢水中非 金属夹杂物的“预精炼”目的，并能缩短 LF 炉化渣 时间，延长白渣精炼时间，提高精炼效果． 所用高碱 度精炼渣的主要化学成份要求见表 6． 表 6 高碱度精炼渣组成( 质量分数) Table 6 Chemical composition of high basicity refining slag % CaO Al2O3 SiO2 CaF2 MgO ≥70 ≤4 ≤5 6 ～ 14 ≤8 2. 3. 2 LF 炉精炼渣系控制 为控制钢水洁净度，精炼渣系的选择是最重要 的研究内容之一． 钢包渣的碱度及组成对精炼过程 的脱氧有较大影响，当 CaO 含量过高后，渣中会有 固相质点析出，使炉渣黏度上升，流动性变差，从而 影响了脱氧的动力学条件． 研究表明［3］，随着炉渣 碱度提高和渣中 SiO2 含量的降低，脱氧能力提高， 钢水中溶解氧含量降低． 钢包渣氧化性对精炼过程的脱氧影响较为显 著． 日本钢管在生产低氧钢时，将 RH 处理前的渣 中( FeO + MnO) 质量分数降至 1. 0% 以下，处理后 T ［O］基本都≤0. 001 0% ; 爱知钢厂在生产轴承钢时 同样得到了相同的结论，甚至要求将渣中( FeO + MnO) 降低至 0. 5% 以下． 攀钢在高速轨的冶炼过程中，为了提高钢水精 炼脱硫效果，控制钢中夹杂物数量及形态，在 LF 工 序采用专用精炼渣，配合还原剂对钢水进行精炼． LF 精炼前后钢包渣、钢水的情况见表 7． 表 7 LF 精炼情况 Table 7 Results of LF refining 钢包渣性质 w( FeO + MnO) /% CaO/SiO2 处理前 处理后 处理前 处理后 T［O］ /% 处理前 处理后 脱硫率/ % 3 ～ 4 ≤2 2 ～ 3 3 ～ 4 0. 011 0. 005 2 20 ～ 40 从表 7 可看出，LF 精炼结束后，钢包渣( FeO + MnO) 从精炼前 3% ～ 4% 降低到了 2% 以下，精炼结 束后钢中 T［O］明显降低，脱硫率达到 20% 以上，表 明钢水通过 LF 精炼，有效去除了钢中的夹杂物． 2. 3. 3 RH 精炼脱硫 对于电工钢这类弱脱氧钢来说，由于钢水中的 氧活度很高，钢水精炼过程不具备脱硫的热力学条 件． 攀钢由于受铁水硫高，以及转炉冶炼和精炼过 程钢水回硫的影响，在钢中硫含量的稳定控制方面 存在较大的困难． 为此，攀钢开展了一系列的探索 研究，建立起“铁水深脱硫、转炉控制回硫、钢包渣 改性、RH 补充脱硫”的工艺路线，实现了低硫电工 钢的批量生产． 为实现弱脱氧电工钢的 RH 脱硫，攀钢采取了 以下措施: ( 1) 钢包渣改性，确保( FeO + MnO) 含量 控制在 15% 以内; ( 2) 选用脱硫效率高的 CaO--Al2 O3--CaF2渣系; ( 3) 合理选择脱硫时机． 钢中氧活度 ·154·

增刊1 杨森祥：洁净钢生产中硫的控制 ·155· 越高，脱硫效率越低，脱硫剂的加入一般选在钢水脱 性(Fe0+MnO)≤2%，确保了精炼脱硫率达到20% 氧、合金化后进行 ~40%,在转炉钢水S含量较高的情况下，成品S≤ RH精炼前后钢包渣、钢水脱硫的情况见表8. 0.008%的合格率达到95%以上，转炉冶炼Ar后至 表8RH精炼脱硫情况 LF出站钢水S含量的变化情况见图5. Table 8 Results of desulphurization in RH refining 0.025 钢包渣性质 0.020 脱硫率/ LF炉出站 RH出站 % 0.015 (1%CaO/SiO2 Fo M1%CaO/SiOz =0.010 12~17 4-6 9~13 4-6 15~35 0.005 3攀钢洁净钢生产硫的控制效果 r后 L出站RH出站 成品 T序 攀钢通过开展铁水深脱硫处理、控制转炉冶炼 图5各工序S含量变化 Fig.5 Variation of sulfur content 过程回硫、钢水精炼硫的控制技术等研究，形成了提 高钢的纯净度和控制钢中非金属夹杂物的洁净钢生 3.1.2钢中T[0]及夹杂物控制 产工艺技术，实现了以350kmh高速铁路用钢、电 通过采取在出钢过程“预精炼”、精炼过程加入 工钢等为代表的洁净钢批量生产. 专用精炼渣等措施，将钢包渣组成控制在适宜的范 3.1高速铁路钢轨硫的控制效果 围内，精炼后的T[0]去除率提高到48%左右，使得 3.1.1钢中硫含量控制 钢轨T[0]降至0.0015%以下，夹杂物的分布形态 通过控制钢包渣碱度(Ca0/Si02)在3~4，氧化 也得到了有效控制，见表9及图6. 表9非金属夹杂和T[O]、[H)检验结果 Table 9 Test results of non-metal inclusions and the contents of T[O]and hydrogen 非金属夹杂评级/级 项目 T[o]/% [H/% A B D 范围 1.0-2.0 0.51.5 0.51.0 0.51.0 0.00071~0.00177 0.00070~0.00015 平均值 1.42 0.81 0.90 0.69 0.001017 0.000115 (a b 20m 100m 图6硫化物夹杂在铸坯(a)和钢轨(b)中的典型分布 Fig.6 Typical distribution of sulfide inclusions in bloom a)and rail b) 由表9及图6可见，高速轨钢非金属夹杂和T 10,转炉冶炼至RH各工序钢中硫含量的变化情况 [0]均控制较好.铸坯中硫化物夹杂呈点、球状弥 见图7. 散分布，铸坯轧制后，钢轨金相面上夹杂的分布较为 表10RH脱硫前后硫含量的变化情况（质量分数） 弥散，夹杂条数少和总长度短 Table 10 Variation of sulfur content before and after RH refining 3.2电工钢硫的控制效果 通过采取钢包渣改性、合理控制RH脱硫剂的 类别LF出站RH脱硫前RH脱硫后成品 加入时间等措施，攀钢实现了低硫电工钢的批量生 范围 0.006≈ 0.0058 0.0028 0.0031≈ 0.009 0.0088 0.0067 0.0068 产.电工钢RH脱硫前后硫含量的变化情况见表 平均值0.0078 0.0076 0.0058 0.0057

增刊 1 杨森祥: 洁净钢生产中硫的控制 越高，脱硫效率越低，脱硫剂的加入一般选在钢水脱 氧、合金化后进行． RH 精炼前后钢包渣、钢水脱硫的情况见表 8． 表 8 RH 精炼脱硫情况 Table 8 Results of desulphurization in RH refining 钢包渣性质 LF 炉出站 RH 出站 w( FeO + MnO) /% CaO/SiO2 w( FeO + MnO) /% CaO/SiO2 脱硫率/ % 12 ～ 17 4 ～ 6 9 ～ 13 4 ～ 6 15 ～ 35 3 攀钢洁净钢生产硫的控制效果 攀钢通过开展铁水深脱硫处理、控制转炉冶炼 过程回硫、钢水精炼硫的控制技术等研究，形成了提 高钢的纯净度和控制钢中非金属夹杂物的洁净钢生 产工艺技术，实现了以 350 km·h － 1 高速铁路用钢、电 工钢等为代表的洁净钢批量生产． 3. 1 高速铁路钢轨硫的控制效果 3. 1. 1 钢中硫含量控制 通过控制钢包渣碱度( CaO/SiO2 ) 在 3 ～ 4，氧化 性( FeO + MnO) ≤2% ，确保了精炼脱硫率达到 20% ～ 40% ，在转炉钢水 S 含量较高的情况下，成品 S≤ 0. 008% 的合格率达到 95% 以上，转炉冶炼 Ar 后至 LF 出站钢水 S 含量的变化情况见图 5． 图 5 各工序 S 含量变化 Fig． 5 Variation of sulfur content 3. 1. 2 钢中 T［O］及夹杂物控制 通过采取在出钢过程“预精炼”、精炼过程加入 专用精炼渣等措施，将钢包渣组成控制在适宜的范 围内，精炼后的 T［O］去除率提高到 48% 左右，使得 钢轨 T［O］降至 0. 001 5% 以下，夹杂物的分布形态 也得到了有效控制，见表 9 及图 6． 表 9 非金属夹杂和 T［O］、［H］检验结果 Table 9 Test results of non-metal inclusions and the contents of T［O］and hydrogen 项目 非金属夹杂评级/级 A B C D T［O］/% ［H］/% 范围 1. 0 ～ 2. 0 0. 5 ～ 1. 5 0. 5 ～ 1. 0 0. 5 ～ 1. 0 0. 000 71 ～ 0. 001 77 0. 000 70 ～ 0. 000 15 平均值 1. 42 0. 81 0. 90 0. 69 0. 001 017 0. 000 115 图 6 硫化物夹杂在铸坯( a) 和钢轨( b) 中的典型分布 Fig． 6 Typical distribution of sulfide inclusions in bloom ( a) and rail ( b) 由表 9 及图 6 可见，高速轨钢非金属夹杂和 T ［O］均控制较好． 铸坯中硫化物夹杂呈点、球状弥 散分布，铸坯轧制后，钢轨金相面上夹杂的分布较为 弥散，夹杂条数少和总长度短［4］． 3. 2 电工钢硫的控制效果 通过采取钢包渣改性、合理控制 RH 脱硫剂的 加入时间等措施，攀钢实现了低硫电工钢的批量生 产． 电工钢 RH 脱硫前后硫含量的变化情况见表 10，转炉冶炼至 RH 各工序钢中硫含量的变化情况 见图 7． 表 10 RH 脱硫前后硫含量的变化情况( 质量分数) Table 10 Variation of sulfur content before and after RH refining % 类别 LF 出站 RH 脱硫前 RH 脱硫后 成品 范围 0. 006 ～ 0. 009 0. 005 8 ～ 0. 008 8 0. 002 8 ～ 0. 006 7 0. 003 1 ～ 0. 006 8 平均值 0. 007 8 0. 007 6 0. 005 8 0. 005 7 ·155·