梅雪輝,許海亮,劉磊,金龍,張志文,張立宏,鄒寧
(1.鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠,遼寧 鞍山 114021;2.鞍鋼集團(tuán)眾元產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司,遼寧 鞍山 114010)
在LF精煉過(guò)程中,螢石常作為助熔劑用于快速熔化精煉白灰,降低LF頂渣的粘度,提高其流動(dòng)性,以改善LF的脫硫動(dòng)力學(xué)條件。螢石的主要成分CaF與原料或頂渣中的水和SiO等物質(zhì)反應(yīng),生成HF和SiF等有毒的氟化物氣體,既污染環(huán)境,又危害人體健康。而且,螢石對(duì)鋼水罐渣線侵蝕嚴(yán)重,影響爐襯壽命,增加煉鋼耐材消耗。鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠(以下簡(jiǎn)稱“煉鋼總廠”)3生產(chǎn)線總產(chǎn)量的50%左右為低硅鋁鎮(zhèn)靜鋼,全部經(jīng)LF處理上機(jī)。為了解決環(huán)保問(wèn)題,LF采用無(wú)氟化造渣工藝,以鋁礬土作為助熔劑代替螢石。由于鋁礬土化渣效果不如螢石,造渣時(shí)需要提高其與石灰的配比,結(jié)果導(dǎo)致精煉渣堿度降低,不利于脫硫反應(yīng),LF平均處理周期長(zhǎng)達(dá)38.92 min。隨著鑄機(jī)拉速的提高,LF處理周期長(zhǎng)與鑄機(jī)拉鋼周期縮短的矛盾日益突出。因此,本文對(duì)影響鋼水脫硫速度的因素進(jìn)行了分析,研究并開(kāi)發(fā)了低硅鋁鎮(zhèn)靜鋼的LF無(wú)氟化快速脫硫工藝,縮短了此類鋼種的LF處理時(shí)間,取得較好的效果。本文對(duì)此做一介紹。
煉鋼總廠3生產(chǎn)線現(xiàn)有2座135 mm厚的單流中薄板坯鑄機(jī),2座90 t LF,2座90 t RH。LF承擔(dān)著該生產(chǎn)線精煉工序90%以上的生產(chǎn)任務(wù)。LF主要設(shè)備及工藝參數(shù)見(jiàn)表1。
表1 LF主要設(shè)備及工藝參數(shù)Table 1 Key Equipment to LF and Parameters for LF
提高頂渣流動(dòng)性,將使乳化渣滴的平均直徑隨之減小,從而使鋼-渣的反應(yīng)界面變大,有利于提高鋼水脫硫速度。
煉鋼總廠3生產(chǎn)線LF使用鋁礬土代替螢石化渣,相同數(shù)量的白灰需要配加更多的鋁礬土,從而造成渣堿度降低,脫硫困難。為了減輕對(duì)脫硫的不利影響,減少鋁礬土加入量后,又導(dǎo)致部分頂渣偏干,流動(dòng)性下降,反而不利于鋼水脫硫。
頂渣堿度高有利于脫硫。隨著堿度的增加,硫的分配系數(shù)也隨之提高。LF爐脫硫渣的堿度應(yīng)大于4.0。硫的分配系數(shù)在爐渣堿度為14時(shí)達(dá)到極大值。堿度進(jìn)一步增大,硫的分配系數(shù)反而有所減小。
煉鋼總廠3生產(chǎn)線LF采用鋁礬土造渣后,LF終渣堿度情況見(jiàn)圖1。由圖1可知,終渣堿度達(dá)到5.0以上,均值約為6.392,能夠滿足脫硫條件。
圖1 LF終渣堿度Fig.1 Alkalinity of Final Slag in LF
鋼水的脫硫反應(yīng)是吸熱反應(yīng),高溫有利于脫硫反應(yīng)的進(jìn)行。另外,高溫也利于LF化渣,提高脫硫的速度。統(tǒng)計(jì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)得到鋼水溫度與脫硫率的關(guān)系見(jiàn)圖2。由圖2看出,脫硫率隨著鋼水溫度的升高而提高。低硅鋁鎮(zhèn)靜鋼的生產(chǎn)實(shí)踐表明,1 590℃以上進(jìn)行脫硫較為有利。
圖2 鋼水溫度與脫硫率的關(guān)系Fig.2 Relationship between Molten Steel Temperature and Desulfurization Rate
LF 的脫硫反應(yīng)為:
由式(1)可以看出,鋼水中Als含量高有利于脫硫反應(yīng)向右進(jìn)行。統(tǒng)計(jì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)得到鋼水中Als含量與脫硫率的關(guān)系見(jiàn)圖3。
圖3 鋼中Als含量與脫硫率的關(guān)系Fig.3 Relationship between Content of Als in Molten Steel and Desulfurization Rate
由圖3可以看出,鋼水中Als含量大于0.02%時(shí),脫硫率明顯提高。低硅鋁鎮(zhèn)靜鋼生產(chǎn)實(shí)踐中,鋼水中Als含量控制約為0.05%時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)快速脫硫。如果鋼水中Als含量高于0.08%,則鋼水回硅嚴(yán)重,易造成硅成分超標(biāo);如果鋼水中Als含量低于0.04%,則脫硫速率緩慢,會(huì)延長(zhǎng)LF處理時(shí)間。
鋼水脫硫反應(yīng)是在渣-鋼界面上進(jìn)行的,鋼中硫向渣中傳質(zhì)是該反應(yīng)的限制性環(huán)節(jié)。鋼水?dāng)嚢柙絼×遥撛旌系男Ч驮胶?。脫硫反?yīng)界面大,有利于鋼水快速脫硫。
(1)轉(zhuǎn)爐擋渣出鋼,能夠減少高含量SiO的氧化性轉(zhuǎn)爐渣進(jìn)入鋼水罐。
(2)為了減輕LF造渣負(fù)荷,將部分造渣材料的熔化任務(wù)轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)爐工序。轉(zhuǎn)爐出鋼過(guò)程采用快速預(yù)成渣技術(shù),可以利用轉(zhuǎn)爐出鋼預(yù)成渣,為L(zhǎng)F化渣創(chuàng)造條件。
具體作法是:在出鋼過(guò)程中向鋼水內(nèi)加入3.5~4.0 kg/t鋼的小粒白灰 (一種價(jià)格低廉的轉(zhuǎn)爐石灰篩下料)或白灰球(一種價(jià)格低廉的轉(zhuǎn)爐石灰篩下料制成的小球),利用出鋼時(shí)鋼水的沖擊攪拌和鋼水的高溫化渣,實(shí)現(xiàn)出鋼過(guò)程的快速成渣。以此減少LF加入渣料的數(shù)量,實(shí)現(xiàn)節(jié)省LF處理時(shí)間的目的。
當(dāng)鋼水溫度、頂渣堿度、鋼水中Als含量、鋼水吹氬攪拌強(qiáng)度符合脫硫熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的要求后,頂渣的流動(dòng)性就成為提高脫硫速度的決定性因素。頂渣過(guò)稀,夾雜物的吸附能力差;頂渣過(guò)粘,鋼-渣反應(yīng)界面小,同樣不利于快速脫硫。生產(chǎn)上通過(guò)保持白灰和化渣劑的一定比例來(lái)獲得流動(dòng)性較好的頂渣。
白渣的硫分配比最高,但白渣的流動(dòng)性較差,脫硫速度慢。玻璃渣的流動(dòng)性較好,采用玻璃渣可以達(dá)到良好的脫硫效果。生產(chǎn)實(shí)踐中,一般使用氧氣管粘取渣樣來(lái)判斷渣的流動(dòng)性,以此來(lái)判斷玻璃渣快速脫硫的能力。氧氣管表面粘渣的厚度決定渣流動(dòng)性的好壞,一般白灰和化渣劑的重量配比為3∶1~4∶1,可得到合適厚度即 0.5~1.0 mm 的玻璃渣。為了提高LF脫硫率及終渣吸附夾渣的能力,采取頂渣先稀后干的操作。在第一次脫硫結(jié)束并取過(guò)程樣后,根據(jù)頂渣的流動(dòng)性,加入0.5~1.0 kg/t鋼的白灰,使終渣渣樣的厚度達(dá)到約1.0 mm。
針對(duì)SPHC鋼種,取LF無(wú)氟化快速脫硫工藝采用前后各20爐爐渣化驗(yàn),頂渣組成平均值對(duì)比見(jiàn)表2。由表2可見(jiàn),采用LF無(wú)氟化快速脫硫工藝后,頂渣組成中AlO和CaO的比值升高,提高了頂渣的流動(dòng)性,有利于鋼水快速脫硫。
表2 頂渣組成平均值對(duì)比Table 2 Contrast of Average Values of Compositions in Top Slag %
采用無(wú)氟化快速脫硫工藝前后的LF處理時(shí)間對(duì)比見(jiàn)圖4。
圖4 采用無(wú)氟化快速脫硫工藝前后的LF處理時(shí)間對(duì)比Fig.4 Contrast of Treatment Time in LF before and after Using Rapid Desulfurization Process with No Fluoride
由圖4看出,采用無(wú)氟化快速脫硫工藝生產(chǎn)低硅鋁鎮(zhèn)靜鋼后,LF精煉時(shí)間明顯縮短,平均處理周期由38.92 min縮短到30.87 min。
統(tǒng)計(jì)采用該工藝前、后1個(gè)月的初始S含量和搬出S含量數(shù)據(jù),脫硫率對(duì)比見(jiàn)表3。
表3 采用無(wú)氟化快速脫硫工藝前后LF脫硫率對(duì)比Table 3 Contrast of Desulfurization Rates by LF before and after Using Rapid Desulfurization Process with No Fluoride%
由表3看出,脫硫率及搬出S含量均值達(dá)到采用該工藝前的水平,能夠滿足連鑄生產(chǎn)的需要。如適當(dāng)延長(zhǎng)處理時(shí)間,脫硫率還有提高空間。該工藝可應(yīng)用于多數(shù)LF鋼種。
3生產(chǎn)線 LF升溫速度約為 5℃/min。鋼水溫降按1℃/min計(jì)算,LF爐每分鐘耗電245 (kW·h),電價(jià)為 0.55 元/(kW·h),鋼水重量為92 t/罐。LF平均處理時(shí)間約由38.92 min縮短到約30.87 min。則LF電耗降低:
(38.92-30.87)×1/5×245×0.55/92=2.36 元/t鋼
(1)鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠針對(duì)LF精煉低硅鋁鎮(zhèn)靜鋼時(shí)采用鋁礬土代替螢石作為助熔劑,導(dǎo)致LF處理周期長(zhǎng)的問(wèn)題,研究并應(yīng)用了LF無(wú)氟化快速脫硫工藝。
(2)玻璃渣有利于LF無(wú)氟化快速脫硫,白灰和化渣劑的重量配比為3∶1~4∶1即可得到合適的玻璃渣。
(3)采用LF無(wú)氟化快速脫硫工藝后,低硅鋁鎮(zhèn)靜鋼LF平均處理周期由38.92 min縮短到30.87 min,LF電耗降低2.36元/t鋼。
(4)該工藝可應(yīng)用于多數(shù)LF鋼種,具有廣闊的應(yīng)用前景。