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。