1影響LF爐脫硫效率因素分析
相對轉爐氧化性爐渣而言，LF爐脫硫是在還原渣條件下進行的，因而其脫硫效率要遠遠高于轉爐，其反應主要發(fā)生在爐渣和鋼水界面之間，通過鋼渣反應，使硫由鋼水向爐渣的擴散轉移，其基本反應為：[FeS]+(CaO)＝(CaS)+(FeO)。
LF爐精煉脫硫，首先要形成還原性的白渣，將氧化性鋼包渣子進行還原，渣中w(FeOH-MnO)<1％原才比較充分，然后鋼水和爐渣中的氧以FeO形式被渣子吸收，在白渣中還原，并達到一定的平衡值，這是脫硫去夾雜的基本條件，在一定堿度和氬氣環(huán)境下，CaO被還原渣中A1、C、Si等元素還原出Ca與鋼水中的硫反應形成高熔點CaS進入爐渣。LF爐脫硫效率受鋼水條件、爐渣狀況、動力攪拌及操作多方面影響。
1.1轉爐鋼水氧化性
轉爐吹煉過程控制，終點加料、溫度和C含量等因素直接影響鋼水氧化性，從而影響鋼水及爐渣脫氧還原時間及鋼水夾雜物控制，對鋼水精煉脫硫有所影響，實際操作中采取措施主要是根據鋼種要求，優(yōu)化合金結構，減少合金增c來最大限度提高出鋼c含量；通過合金烘烤、鋼包烘烤、控制合適出鋼時間來降低出鋼溫度，有效降低鋼水初始氧化性。
1.2轉爐出鋼控制
轉爐鋼渣含∑FeO在20％左右，不利于還原渣快速形成，同時易造成鋼水回磷，影響鋼水爐渣攪拌效果地提高和低P鋼生產。為防止下渣，一方面強化出鋼操作，避免出鋼夾渣，一方面強化擋渣操作，控制出鋼下渣，同時為避免出鋼口后期下渣量較大，鋼水初始氧含量偏高現(xiàn)象，規(guī)定走LF爐次出鋼時間控制在2min以上。
1.3轉爐脫氧合金化工藝控制
鋼水終脫氧直接影響LF爐鋼水和爐渣還原效率，應強化LF爐鋼種終脫氧，實際生產中對LF精煉鋼水有效增加了終脫氧劑用量，同時對脫氧合金化操作嚴格控制程序符合規(guī)定。
1.4LF爐前期化渣慢
LF爐進站鋼水溫度偏低，鋼包未加頂渣是造成LF爐前期加料多化渣慢的主要原因，需要進行改進。
1.5精煉吹氬控制
原鋼包為單透氣磚，由于透氣磚質量原因，部分爐次底吹氬不透氣或透氣量太低，不能滿足精煉強吹氬過程化渣脫硫要求，需要調整。同時吹氬過程壓力流量變化對化渣脫硫去夾雜起著關鍵作用，需對吹氬過程控制進行規(guī)范。
1.6精煉造渣工藝
精煉造渣主要包括合理控制渣量，爐渣氧化性和爐渣堿度3個方面，實際生產中受鋼包凈空(鋼包凈空300mm)限制，實際渣量控制在500kg左右，而堿度通過采用高活性小顆粒石灰基本都能保證在3—4左右。
轉爐爐渣FeO含量一般在15—20％左右，因此轉爐爐渣脫硫能力較差，為提高LF爐脫硫能力，必須將爐渣中氧含量降低，實踐證明當爐渣中FeO含量低于2．5％后，爐渣的脫硫能力逐步提高，特別是當FeO含量低于1％后，爐渣脫硫能力顯著提高。根據其他廠家經驗工藝，初期使用鋁粒造還原渣，用鋁粒造還原渣造渣較快，脫氧程度較高，但其使用成本高，渣子稀，無泡沫，渣層薄，加熱增C現(xiàn)象，不能提高吹氬強度，造成脫硫速度慢。熔渣堿度影響，需要對精煉造渣工藝改進。
1.7精煉過程溫度控制
LF爐精煉初期采用邊化渣邊提溫，最終達到出站溫度的操作工藝，由于對精煉初期和過程無嚴格溫度控制要求，造成實際鋼水前期溫度偏低，過程溫度較不穩(wěn)定，、影響了精煉脫硫效率，需要進行改進。
1.8糟煉討程時間控制
正常情況下LF精煉隨著時間的延長鋼水中硫含量不斷降低，鋼水精煉40min以后受渣量和S容量影響，脫硫速率大幅降低，同時由于工藝結構上要求兩臺LF爐供一臺連鑄機，精煉周期相對固定，即要求精煉周期必須控制在40min以內，否則無法滿足鑄機正常生產要求，從實際情況看，精煉周期應控制在35min左右，以保證正常的鑄機銜接生產。
1.9精煉還原氣氛控制
保持精煉過程鋼包上面還原氣氛有利于減少鋼水二次氧化，保持爐渣還原狀態(tài)，同時有效減少鋼水吸氮現(xiàn)象，保證鋼水純凈度。LF爐采用罩式除塵，可有效將精練過程煙氣排走，但相應造成鋼水表面空氣流動，爐蓋內為氧化性氣氛，不利于鋼水質量控制。
1.10精煉喂線控制控制
根據鋼種需要精煉后期喂Ca線，統(tǒng)計喂Ca線100爐前后鋼水硫含量，喂線脫硫率為5％，對脫硫有一定影響，但過分增加SiCa量嚴重增加生產成本，同時影響鋼水成分穩(wěn)定性，不作為重點改進方面。
2提高精煉脫硫效率的改進措施
2.1改進精煉造渣還原工藝
2.1.1精煉頂渣配加出鋼前向鋼包配加適量頂渣，利用鋼流沖擊動能及鋼水顯熱將頂渣熔化，有利于鋼包精煉渣前期熔化，減少了在LF加人的渣量，縮短了LF化渣時間。為保證加入石灰有效熔化，經多次試驗，采用了石灰：螢石為4：1比例混合渣料，在精煉跨吹氬平臺上部出鋼主線位設稱量加料設備，在出鋼前按規(guī)定量分散加入鋼包，加入后的頂渣對鋼包內渣子起到改質及預脫氧的作用，使頂渣堿度提高，氧化性降低，起到了早化渣，預脫氧和預脫硫的效果。
2.1.2精煉還原劑改進為進一步降低成本，提高LF爐脫硫效率，試驗應用了高品位粉狀SiC造還原渣，在精煉過程中代替鋁粒灑到爐渣表面，配合合理地吹氬攪拌，進行還原渣造渣工藝操作，取得了良好的使用效果。
1)使用高品位粉狀SiC造還原渣，Si和C元素均能迅速脫出爐渣中氧，從而形成還原渣，同時形成SiO2與前期加人頂渣反應，進一步促進了化渣。2)使用高品位SiC造還原渣，由于C—O反應形成氣泡，使流動性良好的爐渣發(fā)泡，增大了鋼渣接觸面，提高了鋼渣反應脫硫能力，同時提高了爐渣吸附夾雜能力和減少了鋼水吸氣。3)精煉過程適時加人SiC造還原渣產生CO氣體能持續(xù)保持爐氣的還原性，防止爐渣中(FeO)上升。4)適時加入SiC造還原渣泡沫比加入發(fā)泡劑持續(xù)穩(wěn)定，使電極埋弧效果良好，電極加熱和保溫效果提高，同時有效避免了電極加熱造成的鋼水增C現(xiàn)象。5)原生產中鋁粒加入量為0．8kg／t，噸鋼成本為14元。調整脫氧劑后實際使用平均SiC噸鋼2kg，使用成本為5．5元，比使用鋁粒降低成本8．5元／噸鋼。取樣化驗使用SiC爐次，爐渣脫氧效果、爐渣堿度、流動性和脫硫效果良好。
2.2精煉過程溫度控制
LF爐提溫是在非氧化性氣氛下利用電弧加熱來提高鋼水溫度，補償處理過程鋼水溫降及造渣、合金化的吸熱，便于形成有利于脫硫、脫氧、去除夾雜的鋼包渣。還可以精確控制溫度，為連鑄機提供溫度合適的鋼水溫度。脫硫反應是一個吸熱反應，提高溫度有利于脫硫反應的進行，同時加熱使渣產生較高的溫度，較好地提供了脫硫反應的熱力學條件。但過分提高鋼水爐渣溫度，不利于鋼包包襯使用壽命的提高和電耗成本控制。
根據實際情況對精煉過程溫度控制制定了規(guī)范：1)為保證精煉前期化渣脫硫，適當提高鋼水到站溫度，從制度上規(guī)定鋼水進LF爐溫度控制在1560℃以上。2)鋼水到站后迅速提溫操作，避免加渣料造成的鋼水和渣子溫降，保持精煉過程鋼水溫度在1580～1590℃之間。3)過程采用頻繁短時間提溫，目的是保持鋼水爐渣溫度的穩(wěn)定性，避免溫度大幅度波動，保證渣子有效活性，促進爐渣脫硫去夾雜。4)出站前將鋼水溫度提高到規(guī)定到站溫度的10℃以上，軟吹氬5min，開出鋼水上鑄機。
2.3優(yōu)化吹氬工藝控制
要提高脫硫率，除熱力學上的保證外，還要改善反應的動力學條件，而底吹氬系統(tǒng)正好做到了這一點，增大了鋼渣接觸面積及反應的碰撞機率，使反應充分進行。
原包吹氬系統(tǒng)為單管控制雙磚，實際生產中經常出現(xiàn)因管子開裂、碰壞或因透氣磚的透氣性較差造成鋼包不透氣和透氣不良情況，影響了吹氬效果，實際透氣率為97％左右。為此，結合水模試驗情況，把鋼包吹氬單管改為雙管，對快速接頭進行改造，實現(xiàn)雙氣路控制雙磚，采用微機有效控制氬氣流量壓力，達到了透氣率100％的目標，同時有效提高了吹氬可控性。
2.4精煉過程還原氣氛控制
精煉還原氣氛主要受除塵抽氣量和底吹氬量影響，為保持爐蓋內還原性氣氛，對除塵閥門設計了微機調整控制，實際生產中，根據電極環(huán)煙氣外溢情況及時調整閥門開度，保持爐蓋電極環(huán)上部煙氣能溢出又被收回狀態(tài)，以此保持爐內還原氣氛。
2.5爐渣性能判斷及調整
由于感應電爐爐渣成分化驗滯后和運行成本問題，實際生產中不能及時對爐渣進行理化性質檢測，而主要通過經驗來了解爐渣性質并采取措施予以調整，保證爐渣最佳脫硫狀態(tài)。正常情況下LF爐渣子顏色隨著氧化性變化，渣子氧化性不同，其顏色也不同。同時爐渣堿度不同，其物理狀態(tài)也不同，因此可以利用對渣子狀態(tài)觀察來判斷其氧化性和堿度情況情況。為及時了解渣子特性，需要對渣子外觀物理特性有所了解，實際生產中，使用燒氧管粘鋼包內渣子，觀察渣子顏色形狀來判斷渣子氧化性和堿度等化學性質，然后做相應調整，保證爐渣合適的理化性能。
3結論
3.1通過對LF精煉爐脫硫工藝的改進，有效提高了LF爐脫硫能力和精煉效率，統(tǒng)計2007年共生產低S精煉鋼種70萬余噸，平均脫硫率為63％，脫硫率在70％以上爐次達到40％左右，平均精煉周期為32min，滿足了生產精煉鋼種要求和正常的鑄機銜接。
3.2通過精煉造渣工藝的改進，精煉造還原渣由原來鋁粒改為高品位SiC，噸鋼精煉成本降低3.25元，合計降低還原劑成本227余萬元。
3.3LF爐精煉脫硫工藝的改進有效促進了高附加值專用品種鋼的生產開發(fā)，2007年生產低S高附加值專用品種鋼同比提高50％。
3.4通過對LF精煉爐脫硫工藝的改進，有效提高了LF爐鋼水精煉質量，促進了精煉鋼水純凈度提高，為開發(fā)牛產高純凈度鋼打下良好基礎。
相對轉爐氧化性爐渣而言，LF爐脫硫是在還原渣條件下進行的，因而其脫硫效率要遠遠高于轉爐，其反應主要發(fā)生在爐渣和鋼水界面之間，通過鋼渣反應，使硫由鋼水向爐渣的擴散轉移，其基本反應為：[FeS]+(CaO)＝(CaS)+(FeO)。
LF爐精煉脫硫，首先要形成還原性的白渣，將氧化性鋼包渣子進行還原，渣中w(FeOH-MnO)<1％原才比較充分，然后鋼水和爐渣中的氧以FeO形式被渣子吸收，在白渣中還原，并達到一定的平衡值，這是脫硫去夾雜的基本條件，在一定堿度和氬氣環(huán)境下，CaO被還原渣中A1、C、Si等元素還原出Ca與鋼水中的硫反應形成高熔點CaS進入爐渣。LF爐脫硫效率受鋼水條件、爐渣狀況、動力攪拌及操作多方面影響。
1.1轉爐鋼水氧化性
轉爐吹煉過程控制，終點加料、溫度和C含量等因素直接影響鋼水氧化性，從而影響鋼水及爐渣脫氧還原時間及鋼水夾雜物控制，對鋼水精煉脫硫有所影響，實際操作中采取措施主要是根據鋼種要求，優(yōu)化合金結構，減少合金增c來最大限度提高出鋼c含量；通過合金烘烤、鋼包烘烤、控制合適出鋼時間來降低出鋼溫度，有效降低鋼水初始氧化性。
1.2轉爐出鋼控制
轉爐鋼渣含∑FeO在20％左右，不利于還原渣快速形成，同時易造成鋼水回磷，影響鋼水爐渣攪拌效果地提高和低P鋼生產。為防止下渣，一方面強化出鋼操作，避免出鋼夾渣，一方面強化擋渣操作，控制出鋼下渣，同時為避免出鋼口后期下渣量較大，鋼水初始氧含量偏高現(xiàn)象，規(guī)定走LF爐次出鋼時間控制在2min以上。
1.3轉爐脫氧合金化工藝控制
鋼水終脫氧直接影響LF爐鋼水和爐渣還原效率，應強化LF爐鋼種終脫氧，實際生產中對LF精煉鋼水有效增加了終脫氧劑用量，同時對脫氧合金化操作嚴格控制程序符合規(guī)定。
1.4LF爐前期化渣慢
LF爐進站鋼水溫度偏低，鋼包未加頂渣是造成LF爐前期加料多化渣慢的主要原因，需要進行改進。
1.5精煉吹氬控制
原鋼包為單透氣磚，由于透氣磚質量原因，部分爐次底吹氬不透氣或透氣量太低，不能滿足精煉強吹氬過程化渣脫硫要求，需要調整。同時吹氬過程壓力流量變化對化渣脫硫去夾雜起著關鍵作用，需對吹氬過程控制進行規(guī)范。
1.6精煉造渣工藝
精煉造渣主要包括合理控制渣量，爐渣氧化性和爐渣堿度3個方面，實際生產中受鋼包凈空(鋼包凈空300mm)限制，實際渣量控制在500kg左右，而堿度通過采用高活性小顆粒石灰基本都能保證在3—4左右。
轉爐爐渣FeO含量一般在15—20％左右，因此轉爐爐渣脫硫能力較差，為提高LF爐脫硫能力，必須將爐渣中氧含量降低，實踐證明當爐渣中FeO含量低于2．5％后，爐渣的脫硫能力逐步提高，特別是當FeO含量低于1％后，爐渣脫硫能力顯著提高。根據其他廠家經驗工藝，初期使用鋁粒造還原渣，用鋁粒造還原渣造渣較快，脫氧程度較高，但其使用成本高，渣子稀，無泡沫，渣層薄，加熱增C現(xiàn)象，不能提高吹氬強度，造成脫硫速度慢。熔渣堿度影響，需要對精煉造渣工藝改進。
1.7精煉過程溫度控制
LF爐精煉初期采用邊化渣邊提溫，最終達到出站溫度的操作工藝，由于對精煉初期和過程無嚴格溫度控制要求，造成實際鋼水前期溫度偏低，過程溫度較不穩(wěn)定，、影響了精煉脫硫效率，需要進行改進。
1.8糟煉討程時間控制
正常情況下LF精煉隨著時間的延長鋼水中硫含量不斷降低，鋼水精煉40min以后受渣量和S容量影響，脫硫速率大幅降低，同時由于工藝結構上要求兩臺LF爐供一臺連鑄機，精煉周期相對固定，即要求精煉周期必須控制在40min以內，否則無法滿足鑄機正常生產要求，從實際情況看，精煉周期應控制在35min左右，以保證正常的鑄機銜接生產。
1.9精煉還原氣氛控制
保持精煉過程鋼包上面還原氣氛有利于減少鋼水二次氧化，保持爐渣還原狀態(tài)，同時有效減少鋼水吸氮現(xiàn)象，保證鋼水純凈度。LF爐采用罩式除塵，可有效將精練過程煙氣排走，但相應造成鋼水表面空氣流動，爐蓋內為氧化性氣氛，不利于鋼水質量控制。
1.10精煉喂線控制控制
根據鋼種需要精煉后期喂Ca線，統(tǒng)計喂Ca線100爐前后鋼水硫含量，喂線脫硫率為5％，對脫硫有一定影響，但過分增加SiCa量嚴重增加生產成本，同時影響鋼水成分穩(wěn)定性，不作為重點改進方面。
2提高精煉脫硫效率的改進措施
2.1改進精煉造渣還原工藝
2.1.1精煉頂渣配加出鋼前向鋼包配加適量頂渣，利用鋼流沖擊動能及鋼水顯熱將頂渣熔化，有利于鋼包精煉渣前期熔化，減少了在LF加人的渣量，縮短了LF化渣時間。為保證加入石灰有效熔化，經多次試驗，采用了石灰：螢石為4：1比例混合渣料，在精煉跨吹氬平臺上部出鋼主線位設稱量加料設備，在出鋼前按規(guī)定量分散加入鋼包，加入后的頂渣對鋼包內渣子起到改質及預脫氧的作用，使頂渣堿度提高，氧化性降低，起到了早化渣，預脫氧和預脫硫的效果。
2.1.2精煉還原劑改進為進一步降低成本，提高LF爐脫硫效率，試驗應用了高品位粉狀SiC造還原渣，在精煉過程中代替鋁粒灑到爐渣表面，配合合理地吹氬攪拌，進行還原渣造渣工藝操作，取得了良好的使用效果。
1)使用高品位粉狀SiC造還原渣，Si和C元素均能迅速脫出爐渣中氧，從而形成還原渣，同時形成SiO2與前期加人頂渣反應，進一步促進了化渣。2)使用高品位SiC造還原渣，由于C—O反應形成氣泡，使流動性良好的爐渣發(fā)泡，增大了鋼渣接觸面，提高了鋼渣反應脫硫能力，同時提高了爐渣吸附夾雜能力和減少了鋼水吸氣。3)精煉過程適時加人SiC造還原渣產生CO氣體能持續(xù)保持爐氣的還原性，防止爐渣中(FeO)上升。4)適時加入SiC造還原渣泡沫比加入發(fā)泡劑持續(xù)穩(wěn)定，使電極埋弧效果良好，電極加熱和保溫效果提高，同時有效避免了電極加熱造成的鋼水增C現(xiàn)象。5)原生產中鋁粒加入量為0．8kg／t，噸鋼成本為14元。調整脫氧劑后實際使用平均SiC噸鋼2kg，使用成本為5．5元，比使用鋁粒降低成本8．5元／噸鋼。取樣化驗使用SiC爐次，爐渣脫氧效果、爐渣堿度、流動性和脫硫效果良好。
2.2精煉過程溫度控制
LF爐提溫是在非氧化性氣氛下利用電弧加熱來提高鋼水溫度，補償處理過程鋼水溫降及造渣、合金化的吸熱，便于形成有利于脫硫、脫氧、去除夾雜的鋼包渣。還可以精確控制溫度，為連鑄機提供溫度合適的鋼水溫度。脫硫反應是一個吸熱反應，提高溫度有利于脫硫反應的進行，同時加熱使渣產生較高的溫度，較好地提供了脫硫反應的熱力學條件。但過分提高鋼水爐渣溫度，不利于鋼包包襯使用壽命的提高和電耗成本控制。
根據實際情況對精煉過程溫度控制制定了規(guī)范：1)為保證精煉前期化渣脫硫，適當提高鋼水到站溫度，從制度上規(guī)定鋼水進LF爐溫度控制在1560℃以上。2)鋼水到站后迅速提溫操作，避免加渣料造成的鋼水和渣子溫降，保持精煉過程鋼水溫度在1580～1590℃之間。3)過程采用頻繁短時間提溫，目的是保持鋼水爐渣溫度的穩(wěn)定性，避免溫度大幅度波動，保證渣子有效活性，促進爐渣脫硫去夾雜。4)出站前將鋼水溫度提高到規(guī)定到站溫度的10℃以上，軟吹氬5min，開出鋼水上鑄機。
2.3優(yōu)化吹氬工藝控制
要提高脫硫率，除熱力學上的保證外，還要改善反應的動力學條件，而底吹氬系統(tǒng)正好做到了這一點，增大了鋼渣接觸面積及反應的碰撞機率，使反應充分進行。
原包吹氬系統(tǒng)為單管控制雙磚，實際生產中經常出現(xiàn)因管子開裂、碰壞或因透氣磚的透氣性較差造成鋼包不透氣和透氣不良情況，影響了吹氬效果，實際透氣率為97％左右。為此，結合水模試驗情況，把鋼包吹氬單管改為雙管，對快速接頭進行改造，實現(xiàn)雙氣路控制雙磚，采用微機有效控制氬氣流量壓力，達到了透氣率100％的目標，同時有效提高了吹氬可控性。
2.4精煉過程還原氣氛控制
精煉還原氣氛主要受除塵抽氣量和底吹氬量影響，為保持爐蓋內還原性氣氛，對除塵閥門設計了微機調整控制，實際生產中，根據電極環(huán)煙氣外溢情況及時調整閥門開度，保持爐蓋電極環(huán)上部煙氣能溢出又被收回狀態(tài)，以此保持爐內還原氣氛。
2.5爐渣性能判斷及調整
由于感應電爐爐渣成分化驗滯后和運行成本問題，實際生產中不能及時對爐渣進行理化性質檢測，而主要通過經驗來了解爐渣性質并采取措施予以調整，保證爐渣最佳脫硫狀態(tài)。正常情況下LF爐渣子顏色隨著氧化性變化，渣子氧化性不同，其顏色也不同。同時爐渣堿度不同，其物理狀態(tài)也不同，因此可以利用對渣子狀態(tài)觀察來判斷其氧化性和堿度情況情況。為及時了解渣子特性，需要對渣子外觀物理特性有所了解，實際生產中，使用燒氧管粘鋼包內渣子，觀察渣子顏色形狀來判斷渣子氧化性和堿度等化學性質，然后做相應調整，保證爐渣合適的理化性能。
3結論
3.1通過對LF精煉爐脫硫工藝的改進，有效提高了LF爐脫硫能力和精煉效率，統(tǒng)計2007年共生產低S精煉鋼種70萬余噸，平均脫硫率為63％，脫硫率在70％以上爐次達到40％左右，平均精煉周期為32min，滿足了生產精煉鋼種要求和正常的鑄機銜接。
3.2通過精煉造渣工藝的改進，精煉造還原渣由原來鋁粒改為高品位SiC，噸鋼精煉成本降低3.25元，合計降低還原劑成本227余萬元。
3.3LF爐精煉脫硫工藝的改進有效促進了高附加值專用品種鋼的生產開發(fā)，2007年生產低S高附加值專用品種鋼同比提高50％。
3.4通過對LF精煉爐脫硫工藝的改進，有效提高了LF爐鋼水精煉質量，促進了精煉鋼水純凈度提高，為開發(fā)牛產高純凈度鋼打下良好基礎。
