管线钢LF脱氧脱硫热力学及实验分析

D0I:10.13374/i.issnl00113.2009.s1.029 第31卷增刊1 北京科技大学学报 Vol.31 Suppl.1 2009年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dee.2009 管线钢F脱氧脱硫热力学及实验分析 储莹) 郭汉杰)杨学民)陈君) 1)北京科技大学冶金与生态工程学院，北京1000832)中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室，北京100190 摘要通过对LF冶炼高级别管线钢的脱氧热力学分析和脱硫影响的研究，确定了合理的脱氧剂量，为对比改进效果进行 了工业实验，同时分析了渣中各氧化物和造渣工艺对脱硫效率的影响，给出了首钢迁钢要达到高脱硫效率所需的最佳渣系和 各指标值，并指出进站20mim内是脱硫最关键的时段.改进后的工艺可以使LF治炼周期缩短约8min 关键词管线钢：脱硫；脱氧：热力学 Industrial experiment and thermodynamic analysis of deoxidization and desulfur- ization in the LF refining process of clean pipe steel CHU Ying,GUO Hanjie),YANG Xue-min2).CHEN Jun) 1)School of Metallurgical and Ecological Engineering.University of Science and Technology Beijing Beijing 100083,China 2)State Key Lab of Multiphase Complex System,Institute of Process Engineering:Chinese Academy of Sciences,Beijing 100190.China ABSTRACT Deoxidization reaction of high grade pipe steel refining in LF was calculated and analyzed in thermodynamics.The rea- sonable deoxidizer dosage was obtained.The effects of oxides in slag and the slagging process on desulphurization were investigated by comparing the different factors in industrial experiments.A better slag system and indexes were recommended to increase the desul- phurization efficiency.The results indicate that the first 20 min during the LF process is the most important period of desulphuriza- tion.The new method can shorten the melting time by nearly 8min. KEY WORDS pipeline steel:desulphurization:deoxidization:thermodynamics 管线钢属于超低硫钢，目前其平均硫含量（质量 关重要的.Richardson给出了炉渣硫容量Cs的 分数)要求控制在0.0010%以下.首钢迁钢生产高 定义： 级别管线钢工艺为：转炉LFRH一连铸，LF精炼进 行深脱硫.有研究认为四，LF一VD,RH一LF,LF一 Cs= K·a=(%S)· (1) fs RH三种精炼流程生产管线钢平均硫含量（质量分 数)分别为0.0023%、0.0020%和0.0018%，可见 式中，K为脱硫反应平衡常数：ao,为渣相中0的 LFRH流程是合理的，但生产X80管线钢时，经过 活度∫s,为渣相中s的活度系数：(%S)为渣中s 长达约80min处理，仍有3%的炉次不能达到平均 含量；Po,和Ps,分别为脱硫反应中的氧分压和硫 硫含量（质量分数）低于0.0020%的基本要求.本 分压， 文通过热力学分析和工业实验，确定脱氧和脱硫精 可以看出，当温度一定时，Cs只与炉渣组成有 炼渣成分与剂量 关，由此Cs可以反映炉渣的脱硫能力，殷瑞钰3]等 人推导出硫在渣钢间的分配比(Ls)关系式为： 1精炼中的A脱氧问题 1.1脱氧热力学分析 冶炼超低硫钢种时，LF中钢水平均硫含量是至 1,467-2-+gfat与与o (2) 收稿日期：2009-07-26 作者简介：储莹(1986一)，女，硕士研究生，Email:cyhoo4733@yahoo.com-cn

管线钢 LF 脱氧脱硫热力学及实验分析 储 莹1） 郭汉杰1） 杨学民2） 陈 君1） 1） 北京科技大学冶金与生态工程学院‚北京100083 2） 中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室‚北京100190 摘 要 通过对 LF 冶炼高级别管线钢的脱氧热力学分析和脱硫影响的研究‚确定了合理的脱氧剂量．为对比改进效果进行 了工业实验‚同时分析了渣中各氧化物和造渣工艺对脱硫效率的影响‚给出了首钢迁钢要达到高脱硫效率所需的最佳渣系和 各指标值‚并指出进站20min 内是脱硫最关键的时段．改进后的工艺可以使 LF 冶炼周期缩短约8min． 关键词 管线钢；脱硫；脱氧；热力学 Industrial experiment and thermodynamic analysis of deoxidization and desulfur￾ization in the LF refining process of clean pipe steel CHU Y ing 1）‚GUO Han-jie 1）‚Y A NG Xue-min 2）‚CHEN Jun 1） 1） School of Metallurgical and Ecological Engineering‚University of Science and Technology Beijing‚Beijing100083‚China 2） State Key Lab of Multiphase Complex System‚Institute of Process Engineering‚Chinese Academy of Sciences‚Beijing100190‚China ABSTRACT Deoxidization reaction of high grade pipe steel refining in LF was calculated and analyzed in thermodynamics．T he rea￾sonable deoxidizer dosage was obtained．T he effects of oxides in slag and the slagging process on desulphurization were investigated by comparing the different factors in industrial experiments．A better slag system and indexes were recommended to increase the desul￾phurization efficiency．T he results indicate that the first 20min during the LF process is the most important period of desulphuriza￾tion．T he new method can shorten the melting time by nearly 8min． KEY WORDS pipeline steel；desulphurization；deoxidization；thermodynamics 收稿日期：2009-07-26 作者简介：储 莹（1986—）‚女‚硕士研究生‚E-mail：cyhoo4733＠yahoo．com．cn 管线钢属于超低硫钢‚目前其平均硫含量（质量 分数）要求控制在0∙0010％以下．首钢迁钢生产高 级别管线钢工艺为：转炉—LF—RH—连铸‚LF 精炼进 行深脱硫．有研究认为［1］‚LF—VD‚RH—LF‚LF— RH 三种精炼流程生产管线钢平均硫含量（质量分 数）分别为0∙0023％、0∙0020％和0∙0018％‚可见 LF—RH 流程是合理的．但生产 X80管线钢时‚经过 长达约80min 处理‚仍有3％的炉次不能达到平均 硫含量（质量分数）低于0∙0020％的基本要求．本 文通过热力学分析和工业实验‚确定脱氧和脱硫精 炼渣成分与剂量． 1 精炼中的 Al 脱氧问题 1∙1 脱氧热力学分析 冶炼超低硫钢种时‚LF 中钢水平均硫含量是至 关重要的．Richardson ［2］ 给出了炉渣硫容量 CS 的 定义： CS＝ K·a（O 2— ） f （S 2— ） ＝（％S）· PO2 PS2 （1） 式中‚K 为脱硫反应平衡常数；a（O 2— ）为渣相中 O 的 活度；f （S 2— ）为渣相中 S 的活度系数；（％S）为渣中 S 含量；PO2和 PS2分别为脱硫反应中的氧分压和硫 分压． 可以看出‚当温度一定时‚CS 只与炉渣组成有 关‚由此 CS 可以反映炉渣的脱硫能力．殷瑞钰［3］等 人推导出硫在渣钢间的分配比（ LS）关系式为： lg LS＝lg （％S） ［％S ］ ＝ 1∙467— 828∙6 T ＋lg f ［S ］＋lg CS—lg a［O］ （2） 第31卷 增刊1 2009年 12月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．31Suppl．1 Dec．2009 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2009．s1．029

Vol.31 Suppl.I 储莹等：管线钢F脱氧脱硫热力学及实验分析 .63. 式中，[%S]为钢水中的s含量；T为治炼温度：fs] 4.5 为钢中S的活度系数；ao1为钢中0的活度. 从上式可以看出，硫在钢渣间的分配比除了与 3.0 Cs有关外，还与钢液氧活度有很大关系，根据迁钢 渣成分，代入式(2)得到硫分配比与钢液氧活度即钢 液中溶解氧含量([%0])的关系（如图1所示），从 图可以看出，若要得到高脱硫率，必须将钢液氧含量 进站 造渣后强搅后 结束 降至很低，在进行超低硫精炼时，如希望Ls大于 250,则与此平衡的钢液氧含量必须在5×10一6以 图2精炼过程中Fe0十Mn0含量（质量分数）变化 下.由于实际化学反应与平衡条件下的化学反应还 有距离，因此钢液氧含量须脱除至1×10-6~3× 表1缓释脱氧剂成分（质量分数） 号 10-6.这要求使用Al做脱氧剂，这是因为用Ca0做 光 Cao Al203 SiO2 Mgo 1520 18-25 30-50 5-6 脱硫剂时，在石灰颗粒表面形成了致密的高熔点 15-18 3Ca0Si02(熔点2130℃)反应层，阻碍了钢水中硫 2[A1]+3[0]=Al203( 的进一步向石灰颗粒内部扩散，而脱硫的同时加入 △G9=-1218799+394.13T (3) Al和Ca0,过量的Ca0与被氧化的Al可以生成更 △G663655 稳定、熔点更低的钙铝酸盐（如12Ca0.7Al203,熔点 -20.58 (4) 1415℃)， 1gK=-2.303RTT 式中，△G°为化学反应的标准吉布斯自由能：T为 反应温度；R为理想气体常数，A1203可视为纯物 5009 质，近似活度a,0,=1:因铝和氧的含量较低，活度 400 系数可视为1.将[%0]设定为目标值3×10-6，由 300 平衡常数与活度关系得到，当T=1600℃时，钢中 200 A1的质量分数为0.039%. 100 每100g钢液脱氧剂（纯铝）用量(W([A1])为 0 下式所示： 01020 304050607080 钢中氧含量/106 W()=2Mu[6O%0+[%(⑤) 3Mo 图1钢中氧含量与硫分配比理论关系 式中，M为Al的摩尔质量，MAu=27gmol1;Mo 为0的摩尔质量，Mo=16gmol-1;[%0]o为初始 炉渣的氧化程度取决于渣中Fe0及MnO的含 钢水中的0含量：[%0]为设定的结束钢中0含量 量，其在渣中的含量影响着脱硫反应的进行，因此 的目标值；[%A1]为反应平衡时钢水中的Al含量. 渣中全铁含量((%F0),质量分数)应降至0.4%~ 计算可求得W([A1])=0.129g,即210t钢液 1.0%,最好低于0.5%.对实际生产进行取样 需纯A1量271kg:取下渣量约3kgt1,渣需纯A1 (图2)发现Fe0及Mn0含量在结束时较高，对于 量为138kg,这表示在保持LF进站加铝粒不变并 此渣，脱氧剂的利用率及剂量是否欠缺就成为需要 考虑利用率的情况下，转炉出钢时需加330kg纯 考察的重点， A1.因此认为缓释脱氧剂的用量从1.4kgt增加 需要注意的是虽然用A]直接脱氧熔炼超低硫 到1.8kgt-1才能满足渣和钢对极低氧含量的 钢最合适，但A1以铝粒的形式进行脱氧，动力学条 要求. 件不好，顶渣局部有铝富集，回硅、回磷严重，易增 1.2实验操作要点 铝闺，因此改进时不建议增加剂量，事实证明，以缓 转炉出钢时加入脱氧剂（缓释脱氧剂和Fe一 释脱氧剂的形式（成分见表1），在出钢时加入效果 A),LF精炼炉进站时补充脱氧剂，吹氩正常后，进 良好，既能均匀连续的熔化又提供充分的反应时间， 行测温取样并加入造渣剂，加入量为：石灰1000~ 有利于反应进行，因此，本研究主要集中在增加缓 1200kg,铝矾土500kg,合成渣1000kg·加热过程 释脱氧剂的用量上面 中分两批加渣，分别在到站、造渣后、强搅后、结束四

式中‚［％S ］为钢水中的 S 含量；T 为冶炼温度；f ［S ］ 为钢中 S 的活度系数；a［O］为钢中 O 的活度． 从上式可以看出‚硫在钢渣间的分配比除了与 CS 有关外‚还与钢液氧活度有很大关系．根据迁钢 渣成分‚代入式（2）得到硫分配比与钢液氧活度即钢 液中溶解氧含量（［％O］）的关系（如图1所示）．从 图可以看出‚若要得到高脱硫率‚必须将钢液氧含量 降至很低．在进行超低硫精炼时‚如希望 LS 大于 250‚则与此平衡的钢液氧含量必须在5×10—6以 下．由于实际化学反应与平衡条件下的化学反应还 有距离‚因此钢液氧含量须脱除至1×10—6～3× 10—6．这要求使用 Al 做脱氧剂‚这是因为用 CaO 做 脱硫剂时‚在石灰颗粒表面形成了致密的高熔点 3CaO·SiO2（熔点2130℃）反应层‚阻碍了钢水中硫 的进一步向石灰颗粒内部扩散．而脱硫的同时加入 Al 和 CaO‚过量的 CaO 与被氧化的 Al 可以生成更 稳定、熔点更低的钙铝酸盐（如12CaO·7Al2O3‚熔点 1415℃）． 图1 钢中氧含量与硫分配比理论关系 炉渣的氧化程度取决于渣中 FeO 及 MnO 的含 量‚其在渣中的含量影响着脱硫反应的进行．因此 渣中全铁含量（（％FetO）‚质量分数）应降至0∙4％～ 1∙0％［3］‚最好低于0∙5％．对实际生产进行取样 （图2）发现 FeO 及 MnO 含量在结束时较高．对于 此渣‚脱氧剂的利用率及剂量是否欠缺就成为需要 考察的重点． 需要注意的是虽然用 Al 直接脱氧熔炼超低硫 钢最合适‚但 Al 以铝粒的形式进行脱氧‚动力学条 件不好‚顶渣局部有铝富集‚回硅、回磷严重‚易增 铝［4］‚因此改进时不建议增加剂量．事实证明‚以缓 释脱氧剂的形式（成分见表1）‚在出钢时加入效果 良好‚既能均匀连续的熔化又提供充分的反应时间‚ 有利于反应进行．因此‚本研究主要集中在增加缓 释脱氧剂的用量上面． 图2 精炼过程中 FeO＋MnO 含量（质量分数）变化 表1 缓释脱氧剂成分（质量分数） ％ Al CaO Al2O3 SiO2 MgO 15～20 18～25 30～50 5～6 15～18 2［Al］＋3［O］＝Al2O3（s） ΔG ○—＝—1218799＋394∙13T （3） lg K＝ ΔG ○— —2∙303RT ＝ 63655 T —20∙58 （4） 式中‚ΔG ○—为化学反应的标准吉布斯自由能；T 为 反应温度；R 为理想气体常数．Al2O3 可视为纯物 质‚近似活度 aAl2 O3＝1；因铝和氧的含量较低‚活度 系数可视为1．将［％O］设定为目标值3×10—6‚由 平衡常数与活度关系得到‚当 T ＝1600℃时‚钢中 Al 的质量分数为0∙039％． 每100g 钢液脱氧剂（纯铝）用量（ W （［Al］））为 下式所示： W（［Al］）＝2MAl ［％O］0—［％O］ 3MO ＋［％Al］ （5） 式中‚MAl为 Al 的摩尔质量‚MAl＝27g·mol —1 ；MO 为 O 的摩尔质量‚MO＝16g·mol —1 ；［％O］0 为初始 钢水中的 O 含量；［％O］为设定的结束钢中 O 含量 的目标值；［％Al］为反应平衡时钢水中的 Al 含量． 计算可求得 W （［Al］）＝0∙129g‚即210t 钢液 需纯 Al 量271kg；取下渣量约3kg·t —1‚渣需纯 Al 量为138kg．这表示在保持 LF 进站加铝粒不变并 考虑利用率的情况下‚转炉出钢时需加330kg 纯 Al．因此认为缓释脱氧剂的用量从1∙4kg·t —1增加 到1∙8kg·t —1才能满足渣和钢对极低氧含量的 要求． 1∙2 实验操作要点 转炉出钢时加入脱氧剂（缓释脱氧剂和 Fe— Al）．LF 精炼炉进站时补充脱氧剂‚吹氩正常后‚进 行测温取样并加入造渣剂‚加入量为：石灰1000～ 1200kg‚铝矾土500kg‚合成渣1000kg．加热过程 中分两批加渣‚分别在到站、造渣后、强搅后、结束四 Vol．31Suppl．1 储 莹等： 管线钢 LF 脱氧脱硫热力学及实验分析 ·63·

64 北京科技大学学报 2009年增刊1 个点对钢水测温和取样，加热后期对钢液进行合金 1.3实验结果和分析 化，使之达到钢种要求的成分，造渣原料成分如表2 在现有条件下对LF进行7炉现场实验，从7 所示 炉实验渣氧化性看出，渣中全铁含量（质量分数）较 表2精炼原料成分（质量分数） % 改进前降低了0.3%.钢中改进前后脱氧、脱硫效果 项目 Cao+Mgo Si02 Al203 CaF2 对比见表3，从实验结果看出，改进后的平均脱氧率 合成渣 67-76 5 6-10 815 <0.05 提高了3.4个百分点，平均脱硫率更是提高了9,6 石灰 ≥91 ≤2.5 ≤0.05 个百分点，结束时的钢中平均S含量在9×10一6，达 铝矾土 ≤10 ≥15 到了优质水平，精炼效果提高显著， 表3改进前后精炼效果对比 进站[%0]/X10-6 进站[%s]/×10-6 结束[%0]/×10-6 结束[%s]/X10-6 脱氧率/% 脱硫率/% 改进前 9.3 55 5.2 18 44.1 67.3 改进后 5.9 39 3.1 9 47.5 76.9 2精炼渣脱硫问题 看到，当二元碱度2=7.55时，脱硫率为84.62%， 当二元碱度2=9.56时，脱硫率为67.65%.但是 精炼结束钢中硫含量分布见图3，可见实验的 渣中Ca0能吸附Al2O3,降低其活度，有助于脱氧， 脱硫稳定性有了很大提高，虽然良好的脱氧能保证 所以稍增加Ca0的质量分数到55%57%较合理 较强的脱硫效果(7炉数据见表4)，但脱硫渣系及操 240 作工艺也是LF精炼的关键点，因此研究合理脱硫 200 渣系对进一步稳定和提高脱硫效果有着重要意义， 14% ■8x106 口8x10610x106 ■>10x106 80 40 43% 43% 49505152535455565758 渣中CaO含量% 图3精炼结束时钢中的硫含量分布 图4熔渣中Ca0含量（质量分数）和硫的分配比的关系 表4精炼前后钢中硫含量（质量分数）对比 温度/ 精炼前S 精炼后$ 脱硫 炉次号 MgO也是碱性氧化物，在铝酸钙中含有少量 含量/% 含量/% 率/% MgO对改善熔渣脱硫效率是有益的.因少量的 08206311 1624 0.0039 0.0006 84.615 Mg0对脱硫效率影响不大，可保持原定的质量分数 08206312 1618 0.0023 0.0007 69.565 (7%~8%), 08106775 1590 0.0045 0.0009 80.000 Si02可以调节渣的碱度和黏度，生产中SiO2的 08106776 1605 0.0048 0.0007 85.417 质量分数约为7%，$02在此邻近范围内对硫的分 08206315 1575 0.0034 0.0011 67.647 配比的影响不大，因此实验时未做改变 08306880 1585 0.0040 0.0009 77.50 有关文献认为，精炼脱硫渣中A1203含量（质量 08306881 1590 0.0044 0.0008 81.818 分数)的最佳范围是20%~25%.生产中A1203 平均 1583 0.0039 0.0009 76.850 含量高于28%，实验时降低到了23%.A203可做 2.1渣成分分析 稀释剂，从精炼效果来看适当的含量能降低脱硫产 为得到适合的熔渣成分，对渣中不同氧化物的 物熔点，降低CS活度，因此其值约25%时较合理 脱硫影响进行了研究，随着Ca0含量的提高，硫含 钢液中初始硫含量越高，脱硫率越大，但高初始 量基本降低，当然Ca0含量不可过高，7炉数据所 硫含量经LF处理后的硫含量是低初始硫含量处理 绘熔渣中Ca0含量与硫的分配比关系如图4所示. 后的近两倍（见图5），因此必须降低初始硫含量，数 碱度过高炉渣熔化困难，流动性不好，从实验数据中 据显示，转炉出钢温度相对高20℃的炉次，可使进

个点对钢水测温和取样‚加热后期对钢液进行合金 化‚使之达到钢种要求的成分．造渣原料成分如表2 所示． 表2 精炼原料成分（质量分数） ％ 项目 CaO＋MgO SiO2 Al2O3 CaF2 S 合成渣 67～76 ＜5 6～10 8～15 ＜0∙05 石灰 ≥91 ≤2∙5 — — ≤0∙05 铝矾土 — ≤10 ≥15 — — 1∙3 实验结果和分析 在现有条件下对 LF 进行7炉现场实验．从7 炉实验渣氧化性看出‚渣中全铁含量（质量分数）较 改进前降低了0∙3％．钢中改进前后脱氧、脱硫效果 对比见表3．从实验结果看出‚改进后的平均脱氧率 提高了3∙4个百分点‚平均脱硫率更是提高了9∙6 个百分点‚结束时的钢中平均 S 含量在9×10—6‚达 到了优质水平‚精炼效果提高显著． 表3 改进前后精炼效果对比 进站［％O］／×10—6 进站［％S ］／×10—6 结束［％O］／×10—6 结束［％S ］／×10—6 脱氧率／％ 脱硫率／％ 改进前 9∙3 55 5∙2 18 44∙1 67∙3 改进后 5∙9 39 3∙1 9 47∙5 76∙9 2 精炼渣脱硫问题 精炼结束钢中硫含量分布见图3‚可见实验的 脱硫稳定性有了很大提高．虽然良好的脱氧能保证 较强的脱硫效果（7炉数据见表4）‚但脱硫渣系及操 作工艺也是 LF 精炼的关键点‚因此研究合理脱硫 渣系对进一步稳定和提高脱硫效果有着重要意义． 图3 精炼结束时钢中的硫含量分布 表4 精炼前后钢中硫含量（质量分数）对比 炉次号 温度／ ℃ 精炼前 S 含量／％ 精炼后 S 含量／％ 脱硫 率／％ 08206311 1624 0∙0039 0∙0006 84∙615 08206312 1618 0∙0023 0∙0007 69∙565 08106775 1590 0∙0045 0∙0009 80∙000 08106776 1605 0∙0048 0∙0007 85∙417 08206315 1575 0∙0034 0∙0011 67∙647 08306880 1585 0∙0040 0∙0009 77∙50 08306881 1590 0∙0044 0∙0008 81∙818 平均 1583 0∙0039 0∙0009 76∙850 2∙1 渣成分分析 为得到适合的熔渣成分‚对渣中不同氧化物的 脱硫影响进行了研究．随着 CaO 含量的提高‚硫含 量基本降低‚当然 CaO 含量不可过高．7炉数据所 绘熔渣中 CaO 含量与硫的分配比关系如图4所示． 碱度过高炉渣熔化困难‚流动性不好‚从实验数据中 看到‚当二元碱度 R2＝7∙55时‚脱硫率为84∙62％‚ 当二元碱度 R2＝9∙56时‚脱硫率为67∙65％．但是 渣中 CaO 能吸附 Al2O3‚降低其活度‚有助于脱氧‚ 所以稍增加 CaO 的质量分数到55％～57％较合理． 图4 熔渣中 CaO 含量（质量分数）和硫的分配比的关系 MgO 也是碱性氧化物‚在铝酸钙中含有少量 MgO 对改善熔渣脱硫效率是有益的．因少量的 MgO 对脱硫效率影响不大‚可保持原定的质量分数 （7％～8％）． SiO2 可以调节渣的碱度和黏度‚生产中 SiO2 的 质量分数约为7％‚SiO2 在此邻近范围内对硫的分 配比的影响不大‚因此实验时未做改变． 有关文献认为‚精炼脱硫渣中 Al2O3 含量（质量 分数）的最佳范围是20％～25％［5］．生产中 Al2O3 含量高于28％‚实验时降低到了23％．Al2O3 可做 稀释剂‚从精炼效果来看适当的含量能降低脱硫产 物熔点‚降低 CaS 活度‚因此其值约25％时较合理． 钢液中初始硫含量越高‚脱硫率越大‚但高初始 硫含量经 LF 处理后的硫含量是低初始硫含量处理 后的近两倍（见图5）‚因此必须降低初始硫含量．数 据显示‚转炉出钢温度相对高20℃的炉次‚可使进 ·64· 北 京 科 技 大 学 学 报 2009年 增刊1

Vol.31 Suppl.I 储莹等：管线钢F脱氧脱硫热力学及实验分析 .65. 站硫含量明显降低，结束时平均低2×10一6，且造渣 中硫含量的变化情况，可看出到站后20min内是脱 阶段化渣更快，缩短精炼周期25min. 硫效率最高的时段，充分把握此时段脱硫效果就能 0.0024 保证高脱硫率，这就要求钢中氧含量在很短时间内 0.0022 脱除，由于LF炉到站后取样的回样时间为6~ 0.0020 是0.0018 8min,这时LF造渣过程已进行一半，错过了最佳的 00.0016 渣调整阶段，所以应通过钢水初始氧含量预判此炉 0.014 能否达标，对不达标炉次进行处理， ￥0.0012 =0.0010 0.005 0.0008 一原生产 0.0006F 30.004 …·…工业试验 0.0030.0040.0050.0060.0070.008 钢中初始硫含量% 图5钢中初始硫含量与终点硫含量（质量分数）关系 系002 一般采用(%Ca0)/[(%Si02)·(%Al203)]表示 0.001- 熔渣成分对脱硫的影响，其值称为MI指数.在本 BOF 0 20 40 60 80 精炼时间min 实验条件下，M1值在0.34~0.37时，对应的脱硫效 率最高 图6原生产和工业试验情况下精炼周期内硫含量（质量分数） 2.2造渣工艺分析 的变化比较 LF精炼渣根据其功能由基础渣、脱硫剂、还原 3结论 剂、发泡剂和助熔剂等组成。渣熔点一般控制在 1300~1450℃.高级别管线钢采用出钢挡渣，下渣 (1)钢液氧含量须脱除至1×10-6~3×10-6， 量厚度一般控制在50~70mm.顶渣量大，必定会 渣中全铁含量（质量分数）也应降低至0.4%~ 带来温降的增加 1.0%. 氩气搅拌是LF炉一个重要功能，迁钢为双孔 (2)缓释脱氧剂的用量增加到1.8kgt后，平 底吹氩，双孔同时操作时吹氩情况良好，强搅时为流 均脱氧率提高了3.4个百分点， 量500~800 NL'min,需要注意的是吹氩孔堵塞 (3)LF进站温度最好保证在1585℃以上，进 问题 站20min内是脱硫效率最高的时段 LF精炼每炉钢水通常需要45min,但进行超低 (4)建议LF精炼最佳渣系为：Ca0=55%~ 硫精炼和夹杂物控制时，分两批次投入2.6t左右的 57%(质量分数)，Si02=8%~10%(质量分数)， 渣料，同时受到$和0传递速度的限制，即使在电 Mg0=7%~8%(质量分数)，A203=25%(质量分 极助熔的条件下，每批次加料也需3min后再加下 数)，(Fe0十Mn0)<0.5%(质量分数)；h2=6~ 批料，从两个批次加完到完全熔化需8min,周期较 7.5,R4=1.82,M1=0.30.4. 长，迁钢原平均每炉LF冶炼周期为80min,实验证 (5)改进后的LF冶炼周期可以缩短约8min, 明可缩短为平均72min,并采用双工位操作，使平均 满足连铸需要. 每炉周期达到36min.研究指出[6]，要想满足连铸 参考文献 生产的顺利进行就必须满足LF精炼周期(T4)十钢 [1]Liu J H.Bao Y P.LiT Q.Han L N.et al.Refining process 水从LF精炼炉起吊到方坯开浇状态的中间衔接时 analysis of clean pipe steel.J Unie Sci Technol Beijing.2007. 间≤浇铸周期(T2)· 29(8):789 T2=-G (刘建华，包燕平，李太全，韩丽娜，等，高级别管线钢精炼工艺 advPn (6) 分析.北京科技大学学报，2007,29(8)：789) 式中，G为平均出钢量，t·炉；a、b为铸坯断面尺 [2]Richardson F D.Fincham C JB.Sulphur in silicate and aluminate 寸，mm;”为平均拉速，m'min;p为钢的密度， slags.J Iron Steel Inst,1954.178(9):4 kgm-3;n为铸机流数.当T3=8min,T4=36min [3]Yin R Y,Wang X H.Discussion on proper secondary refining methods of steel grades for cold rolled sheets.IRON STEEL, 时可以满足连铸需要. 2007,42(5):3 图6为原生产和工业试验情况下LF精炼过程 (殷瑞钰，王新华.适用于冷轧薄板类钢种的合理炉外精炼工

站硫含量明显降低‚结束时平均低2×10—6‚且造渣 阶段化渣更快‚缩短精炼周期2～5min． 图5 钢中初始硫含量与终点硫含量（质量分数）关系 一般采用（％CaO）／［（％SiO2）·（％Al2O3）］表示 熔渣成分对脱硫的影响‚其值称为 MI 指数．在本 实验条件下‚MI 值在0∙34～0∙37时‚对应的脱硫效 率最高． 2∙2 造渣工艺分析 LF 精炼渣根据其功能由基础渣、脱硫剂、还原 剂、发泡剂和助熔剂等组成．渣熔点一般控制在 1300～1450℃．高级别管线钢采用出钢挡渣‚下渣 量厚度一般控制在50～70mm．顶渣量大‚必定会 带来温降的增加． 氩气搅拌是 LF 炉一个重要功能‚迁钢为双孔 底吹氩‚双孔同时操作时吹氩情况良好‚强搅时为流 量500～800NL·min —1‚需要注意的是吹氩孔堵塞 问题． LF 精炼每炉钢水通常需要45min‚但进行超低 硫精炼和夹杂物控制时‚分两批次投入2∙6t 左右的 渣料‚同时受到 S 和 O 传递速度的限制．即使在电 极助熔的条件下‚每批次加料也需3min 后再加下 批料‚从两个批次加完到完全熔化需8min‚周期较 长．迁钢原平均每炉 LF 冶炼周期为80min‚实验证 明可缩短为平均72min‚并采用双工位操作‚使平均 每炉周期达到36min．研究指出［6］‚要想满足连铸 生产的顺利进行就必须满足 LF 精炼周期（ T4）＋钢 水从 LF 精炼炉起吊到方坯开浇状态的中间衔接时 间≤浇铸周期（ T2）． T2＝ G advρn （6） 式中‚G 为平均出钢量‚t·炉—1 ；a、b 为铸坯断面尺 寸‚mm；v 为平均拉速‚m·min —1 ；ρ为钢的密度‚ kg·m —3 ；n 为铸机流数．当 T3＝8min‚T4＝36min 时可以满足连铸需要． 图6为原生产和工业试验情况下 LF 精炼过程 中硫含量的变化情况．可看出到站后20min 内是脱 硫效率最高的时段‚充分把握此时段脱硫效果就能 保证高脱硫率‚这就要求钢中氧含量在很短时间内 脱除．由于 LF 炉到站后取样的回样时间为6～ 8min‚这时 LF 造渣过程已进行一半‚错过了最佳的 渣调整阶段‚所以应通过钢水初始氧含量预判此炉 能否达标‚对不达标炉次进行处理． 图6 原生产和工业试验情况下精炼周期内硫含量（质量分数） 的变化比较 3 结论 （1） 钢液氧含量须脱除至1×10—6～3×10—6‚ 渣中全铁含量（质量分数） 也应降低至 0∙4％ ～ 1∙0％． （2） 缓释脱氧剂的用量增加到1∙8kg·t —1后‚平 均脱氧率提高了3∙4个百分点． （3） LF 进站温度最好保证在1585℃以上‚进 站20min 内是脱硫效率最高的时段． （4） 建议 LF 精炼最佳渣系为：CaO＝55％～ 57％（质量分数）‚SiO2＝8％～10％（质量分数）‚ MgO＝7％～8％（质量分数）‚Al2O3＝25％（质量分 数）‚（FeO＋MnO）＜0∙5％（质量分数）；R2＝6～ 7∙5‚R4＝1∙8～2‚MI＝0∙3～0∙4． （5） 改进后的 LF 冶炼周期可以缩短约8min‚ 满足连铸需要． 参 考 文 献 ［1］ Liu J H‚Bao Y P‚Li T Q‚Han L N‚et al．Refining process analysis of clean pipe steel．J Univ Sci Technol Beijing‚2007‚ 29（8）：789 （刘建华‚包燕平‚李太全‚韩丽娜‚等．高级别管线钢精炼工艺 分析．北京科技大学学报‚2007‚29（8）：789） ［2］ Richardson F D‚Fincham C J B．Sulphur in silicate and aluminate slags．J Iron Steel Inst‚1954‚178（9）：4 ［3］ Yin R Y‚Wang X H．Discussion on proper secondary refining methods of steel grades for cold rolled sheets．IRON STEEL‚ 2007‚42（5）：3 （殷瑞钰‚王新华．适用于冷轧薄板类钢种的合理炉外精炼工 Vol．31Suppl．1 储 莹等： 管线钢 LF 脱氧脱硫热力学及实验分析 ·65·

66, 北京科技大学学报 2009年增刊1 艺的探讨.钢铁，2007,42(5)：3) properties.Ironmaking Steelmaking.1992.19(6):456 [4]Song M T.Wang HZ.Ma C S.Development and application of [6]Wu H M.Effect of Converter Final Control on Refining of LF gradually release of deoxidizer.Steelmaking.2006,22(3):4 [Dissertation].Shenyang:Northeastern University.2006 (宋满堂，王会中，马春生·缓释脱氧剂的开发与利用，炼钢， (吴华民，转炉终点控制对LF精炼的影响[学位论文】沈阳： 2006,22(3):4) 东北大学，2006) [5]Gladman T.Developments in inclusion and their effects on steel

艺的探讨．钢铁‚2007‚42（5）：3） ［4］ Song M T‚Wang H Z‚Ma C S．Development and application of gradually release of deoxidizer．Steelmaking‚2006‚22（3）：4 （宋满堂‚王会中‚马春生．缓释脱氧剂的开发与利用．炼钢‚ 2006‚22（3）：4） ［5］ Gladman T．Developments in inclusion and their effects on steel properties．Ironmaking Steelmaking‚1992‚19（6）：456 ［6］ Wu H M．Ef fect of Converter Final Control on Refining of LF ［Dissertation］．Shenyang：Northeastern University‚2006 （吴华民．转炉终点控制对 LF 精炼的影响［学位论文］．沈阳： 东北大学‚2006） ·66· 北 京 科 技 大 学 学 报 2009年 增刊1