CN113832296B

CN113832296B - 一种板坯钢在lf精炼炉内的快速脱硫方法

Info

Publication number: CN113832296B
Application number: CN202111156994.2A
Authority: CN
Inventors: 梁森泉; 张建平; 肖双林; 胡现锋; 徐友顺; 陈兵; 江育民
Original assignee: SGIS Songshan Co Ltd
Current assignee: SGIS Songshan Co Ltd
Priority date: 2021-09-30
Filing date: 2021-09-30
Publication date: 2022-10-14
Anticipated expiration: 2041-09-30
Also published as: CN113832296A

Abstract

一种板坯钢在LF精炼炉内的快速脱硫方法，包括如下步骤：(1)氩站取样，根据氩站样测量的硫含量计算石灰、萤石的加入量；(2)控制LF精炼炉内钢液温度在液相线温度+15℃以上，氩气流量为50‑70立方/小时，添加石灰、萤石，调整氩气流量为30‑50立方/小时，送电起弧20‑60s，送电有功功率为6700‑9500KW；(3)调整送电有功功率为12300‑15000KW，升温9分钟以上；(4)调整氩气流量为15‑30立方/小时，送电有功功率为8400‑10500KW，化渣60‑120秒，抬起电极；(5)断电后，用高压氩气进行搅拌，搅拌过程中添加石灰，铝渣，间隔60‑90s后再次添加石灰，铝渣，完成脱硫工艺。该方法能够显著降低板坯钢脱硫的脱硫时间，提高脱硫率，降低脱硫后钢水的增氮量以及生产成本。

Description

一种板坯钢在LF精炼炉内的快速脱硫方法

技术领域

本发明属于炼钢技术领域，具体涉及一种板坯钢在LF精炼炉内的快速脱硫方法。

背景技术

LF炉冶炼方法是日本大同特种钢公司于1971年开发的钢水精炼方法，具有电弧加热，去除杂质、脱硫、吹氮搅拌等功能，开始主要建于电弧炉炼钢车间，用于冶炼高级优质钢，其后逐步应用于转炉冶炼车间。板坯钢对硫的含量要求较高，一般要脱到0.01％以内，在生产LF炉板坯低硫钢时，往往需要两座LF炉才能满足生产需要，这样会增加设备运行成本，而不能实现单座LF生产的限制环节为钢水脱硫环节，要实现单座LF炉生产板坯低硫钢，必须提高钢水脱硫效率。

CN2017106762197《LF精炼炉冶炼过程快速脱硫的方法》公开了一种钢液快速脱硫方法，包括(1)钢液及顶渣脱氧完成后，及时调整氩气流量至正常冶炼流量，正常冶炼流量100～150L/min，送电提温；(2)根据钢液中的硫含量按要求加入相应的活性石灰及萤石，将顶渣中的CaO含量提高至55％以上，调整顶渣的流动性；(3)当钢液温度至1570℃以上时停止送电，首次加入0.4～0.5KG/T的活性石灰，将氩气流量调整至550-650L/min，搅拌30～35秒后蘸渣并观察钢包内顶渣状况，若顶渣化学反应活跃且呈泡沫状，则氩气继续搅拌且补加钢水脱氧剂或萤石，保持顶着泡沫状，当炉渣开始出现稀薄，蘸渣后炉渣成玻璃状且透气性不良，立即加入0.5～0.7KG/T的活性石灰，使顶渣保持良好的透气性顶渣中的氧化钙含量维持55％以上，如此反复操作，直至硫去除为止。该技术方案通过多批次加入活性石灰，增加或保持顶渣中的氧化钙含量，能够有效抑制顶渣中的硅元素不被置换出进入钢液中，加入活性石灰的同时加入少量的钢水脱氧剂，保持顶渣泡沫化，有效保护钢液不大面积裸露，不过多的吸收空气中的氮，从而提高了脱硫效率，降低了钢水中的氮含量。但该技术中缺少对供电和氩气控制的优化。该工艺过程中进行了多次反复操作，造成大氩气搅拌时间长，长时间的大氩气搅拌会增加钢水的吸氮。同时，供电强度以及氩气流量会显著影响熔渣的发泡性能，对供电模式和氩气流量控制进行优化将有利于确保实现精炼各阶段的控制目标，进一步提高脱硫效率和钢水质量。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的脱硫效率低，脱硫过程中钢液增氮量大，脱硫成本高等缺点提供一种板坯钢在LF精炼炉内的快速脱硫方法。该方法能够显著降低板坯钢脱硫的脱硫时间，提高脱硫率，降低脱硫后钢水的增氮量以及降低整个脱硫工艺的生产成本。

为了实现上述目的，本发明提供了一种板坯钢在LF精炼炉内的快速脱硫方法，包括如下步骤：

(1)氩站取样，根据氩站样测量的硫含量计算石灰、萤石的加入量；

(2)控制LF精炼炉内钢液温度在液相线温度+15℃以上，氩气流量为50-70立方/小时，添加石灰、萤石，调整氩气流量为30-50立方/小时，送电起弧20-60s，送电有功功率为6700-9500KW；

(3)调整送电有功功率为12300-15000KW，升温9分钟以上；

(4)调整氩气流量为15-30立方/小时，送电有功功率调整为8400-10500KW，化渣60-120秒，抬起电极；

(5)断电后，用高压氩气进行搅拌，搅拌过程中添加石灰，铝渣，间隔60-90s后再次添加石灰，铝渣，完成脱硫工艺。

其中步骤(2)至步骤(5)石灰总加入量为步骤(1)中计算所得的石灰加入量。

进一步的，石灰总加入量的计算方式为:石灰总加入量(公斤/120t钢液)＝(W_S-0.005％)*10000/a，其中W_S为氩站样测量的硫百分含量，当W_S≤0.02％时，a＝0.0019；当W_S>0.02％时，a＝0.003。

进一步的，步骤(1)中萤石的加入量计算方式为萤石加入量为石灰总加入量的1/5-1/3。

进一步的，步骤(2)中石灰加入量为(石灰总加入量-300)公斤/120t钢液至(石灰总加入量-400)公斤/120t钢液。

进一步的，步骤(5)中两步石灰添加量各自独立的为100-200公斤/120t钢液。

进一步的，步骤(5)中两步铝渣的添加量各自独立的为45-70公斤/120t钢液。

进一步的，步骤(5)的具体操作方法为用高压氩气进行搅拌，前60s加第一批石灰，铝渣，间隔60-90s后再次添加石灰，铝渣，继续搅拌120-150s，完成脱硫工艺，总搅拌时间为240-300s。

进一步的，所述板坯钢经所述脱硫方法脱硫后硫含量小于0.007％。

进一步的，所述脱硫方法所用的脱硫时间为16-21min。

根据LF工艺的脱硫原理，硫在钢中是从[S]到渣中(S)，然后与渣中的CaO反应，生成稳定的化合物CaS。钢中[O]对脱硫反应有抑制作用，而铝、硅等脱氧合金能提高脱S的分配系数，有利于加速脱硫反应，因此，本发明选用石灰、萤石和铝渣作为造渣剂进行脱硫，有利于提升工艺的脱硫效率。

造泡沫渣可以增加钢-渣的反应界面，LF工艺中将渣化得越细小，越容易形成细密的泡沫渣，越有利于提高脱硫效率。同时，电弧炉冶炼过程中吸氮是在电弧区。这是由于电极加热时，电弧的阴极和阳极轮流位于石墨和钢液上。当氮分压一定时，钢液中氮的溶解度与氮溶解反应常数及其活度系数有关，因此当电弧区钢液裸露时极易发生吸氮情况。本发明通过设置特定的送电功率与氩气流量控制程序对脱硫工艺进行了优化。送电前期使用低功率，在化渣埋弧好后再转用高功率升温，配合较小的氩气流量送电，通过9分钟以上的化渣，把渣化得很细小，在提升脱硫效率的同时可以有效减少送电过程钢水吸氮；随后的脱硫搅拌过程，如果不造泡沫渣，脱硫效率会大大降低，钢水在翻滚的过程也会很容易吸氮，因此本发明在搅拌过程中再次加入石灰，并添加铝渣，让渣子继续发泡，在增加渣子与钢水反应界面的同时，也可以减少钢水裸露。通过以上措施，本发明的快速脱硫方法能够显著降低板坯钢脱硫的脱硫时间，提高脱硫率，同时降低脱硫后钢水的增氮量。

另一方面，现有技术中缺少对渣料添加量的精确控制，普遍采用的方法是根据氩站测定的硫含量添加相对于硫含量反应配比足够过量的渣料，脱硫后的硫含量往往远低于相应钢种的硫含量要求，浪费了过多的渣料成本。同时，过多的渣料加入会降低钢水温度，增加之后的升温成本。本发明通过大数据分析设计了根据氩站测定的硫含量调整渣料加入量的加入公式，能够在满足板坯低硫钢硫含量的基础上避免渣料浪费，降低脱硫工艺的成本。

附图说明

图1是本发明方法氩站硫含量与每100公斤氧化钙所得脱硫率的关系图。

具体实施方式

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

如前所述，本发明提供了一种板坯低硫钢在LF精炼炉内的快速脱硫方法，包括如下步骤：

(3)调整送电有功功率为12300-15000KW，升温9分钟以上，优选升温11分钟以上；

现有技术中的造渣起弧方法多采用高功率大氩气送电，这样操作的缺点是前期容易造成电极端面磨损或断电极，并且送电的功率越高，越容易出现弧光外溢，穿透渣面的问题，由此导致了埋弧不好。同时前期渣料刚加进钢包，无法迅速化开，渣子成分散的块状，块与块中间的间隙大，电弧区裸露面积大，在高温下易发生吸氮现象。泡沫渣是由气体被停留在渣中使得渣发泡而形成的，渣子的颗粒越细小，越能阻止气泡的排出，获得的泡沫渣发泡性越好，持续时间越长。后期持续高功率送电会导致造泡沫渣具有持续时间短，发泡性差的缺陷。

本发明造渣料的选取与添加方式、送电档位与氩气流量控制的配合是提升泡沫渣发泡性能，减少钢水吸氮的关键操作。钢水在没完全脱氧和脱硫时，氧和硫对钢水吸氮有阻碍作用，可减少钢水增氮，本发明前期先加入不完全量的石灰和萤石进行造渣，不添加铝，此时钢中氧和硫没有被完全去除，可以利用钢中氧和硫起到阻止吸氮的作用；同时，送电过程氩气越大，越容易出现埋弧不好的现象，所以加料完成后即调小氩气流量进行升温，确保埋弧效果好。送电前期用低功率送电，在化渣埋弧好后才转高功率升温化渣，这可以有效避免电极磨损，提高埋弧质量，同时有效减少送电过程钢水吸氮。将渣子进行化渣需要一定时间，如果送电时间太短，体系中渣子状态主要还是块状渣，即渣化得不够细腻，对形成泡沫渣不利。本发明化渣过程使用较小的氩气送电，通过9分钟以上，优选11分钟以上的化渣，能够将渣有效细化。研究表明，功率越低，化出来的渣越细腻，有利于形成泡沫渣。因此本发明在送电后期采用低功率送电让渣子充分乳化，以保证形成细密、停留时间长的泡沫渣。随后是完全脱硫过程，该过程中如果泡沫渣消失，脱硫效率会大幅下降，同时钢水在翻滚的过程会很容易吸氮，因此本发明在搅拌过程中加入剩余量的石灰和铝渣，让渣子多次发泡，增加了渣子与钢水反应界面的同时减少钢水裸露。本发明通过对造渣料的加入方式、送电模型与氩气通入模型进行优化，有效的提升了脱硫效率，减小了钢水的吸氮量，避免了电极磨损。同时，由于添加了低功率送电工艺流程与降低了部分时间的氮气吹送流量，整体脱硫工艺成本有所降低。

由图1所示，本发明通过大数据分析后发现，氩站样初始硫含量在一定范围内时，同样添加量的氧化钙所获得的脱硫率相差不大。氩站样初始硫含量的高低与精炼脱硫率有一定的比例关系，初始硫含量越高，越容易脱硫，脱硫率越高，由于硫在钢中扩散速度慢，初始硫含量越低，脱硫越困难，脱硫率越低。特别是在氩站硫含量小于0.02％时，在同样的氧化钙添加量下，脱硫率有了明显的下降。对大数据进行统计分析后发现，当氩站初始硫含量大于0.02％时，每加100公斤石灰能脱硫0.003％左右，当氩站初始硫含量在0.02％以下时，每加100公斤石灰能脱硫0.0019％左右。

基于上述研究成果以及板坯钢脱硫后硫含量的要求(板坯低硫钢对于硫含量一般要求在0.01％以内，因此选用0.005％作为脱硫后的理论硫含量)，本发明提供了一种石灰总加入量的计算公式：石灰总加入量(公斤/120t钢液)＝(W_S-0.005％)*10000/a，其中W_S为氩站样测量的硫百分含量，当W_S≤0.02％时，a＝0.0019；当W_S>0.02％时，a＝0.003。

萤石能够降低石灰熔点，提高脱硫分配系数，进而提高脱硫率，研究表明，萤石添加量在大于石灰总量的1/3时，渣子会偏稀，不利于渣子发泡，且容易吸氮，同时萤石成本高，对环境污染大，不宜大量添加；另一方面，若萤石加入量过少，小于石灰总量的1/5，石灰会结团，渣子会偏稠，失去流动性，从而导致脱硫反应动力不足，严重影响脱硫效果。

通过大数据分析可知，本发明脱硫方法对于120t钢液的石灰总加入量在600-700公斤左右，本发明需要进行多次造泡沫渣，并且前期利用钢中氧和硫起到阻止吸氮。前期投入约半数量的石灰能够在保证造泡沫渣质量的基础上避免吸氮。

进一步的，步骤(5)中两步石灰添加量各自独立的为100-200公斤/120t钢液。上述石灰添加量能够保证每步石灰添加后形成足量的泡沫渣，增加脱硫效率的同时避免吸氮。

铝渣在加入钢包时，会使渣子发泡，加入量越大，发泡越明显，发泡持续时间越长，脱硫效果越好，但铝渣添加量越多，成本越高。因此需要综合考虑脱硫要求与成本对铝渣添加量进行优化。

搅拌过程除了加铝渣能使渣发泡外，还需要加石灰补碱度，前期由于要控制脱硫量，石灰添加量不足，送电后，渣子会偏稀，同时钢中或渣中氧会将钢水中的硅氧化成二氧化硅，进一步降低了渣的碱度。研究表明，维持碱度在3-4.5有利于保证良好的脱硫率。本发明脱硫方法对于120t钢液石灰总加入量在600-700公斤左右，从渣样分析来看，前、后期分别加入300公斤左右石灰能控制整个体系在适宜的碱度范围中。

通过本发明工艺，所述获得的板坯低硫钢硫含量小于0.007％，整个脱硫过程用时20min左右，脱硫效率大大提升。

下面结合实施例对本发明进行更详细的阐述

采用韶钢现有的LF炉进行脱硫工艺，LP炉容量为120吨。

实施例1：氩站样S：0.0155％(预算石灰添加量为553公斤，萤石添加量为111-184公斤)，保证精炼炉到站温度≥液相线+15℃，60立方/小时氩气搅拌，加石灰308公斤，萤石138公斤，调小氩气到40立方/小时，有功功率8000KW送电38秒，换有功功率13000KW送电793秒，再换有功功率8000KW用25立方/小时的氩气电68秒，断电后，用高压氩气搅拌，加122公斤石灰，65公斤铝渣，渣子瞬间发泡，约1分钟后，发泡效果基本消失，再加122公斤石灰，62公斤铝渣，渣子再次发泡，加完继续搅拌100秒，总搅拌时间为270秒，泡沫渣基本消失，取样测温。测得S：0.0051％，脱硫用时20分钟。

实施例2：氩站样S：0.0254％，(预算石灰添加量为680公斤，萤石添加量为136-227公斤)，保证精炼炉到站温度≥液相线+15℃，先用60立方/小时的氩气搅拌，加326公斤石灰，137公斤萤石，用35立方/小时的氩气，有功功率8000KW送电21秒，换有功功率13000KW送电579秒，再用20立方/小时的氩气换有功功率8000KW送电96秒，断电后，用高压氩气搅拌，搅拌时加175公斤石灰，28公斤铝渣，80秒后再加石灰180公斤，铝渣61公斤，渣子再次发泡，加完继续搅拌120秒，总共搅拌260秒，泡沫渣基本消失，取样测温，测得S：0.0063％，脱硫用时18分钟。

实施例3：氩站样S：0.0244％，(预算石灰添加量为647公斤，萤石添加量为129-216公斤)，保证精炼炉到站温度≥液相线+15℃，先用60立方/小时氩气搅拌，加石灰294公斤，萤石137公斤，氩气流量换40立方/小时，有功功率8000KW送电54秒，换有功功率13000KW送电212秒，再换有功功率14500KW送电536秒，最后氩气流量25立方/小时换有功功率8000KW送电60秒，断电后，用高压氩气搅拌，搅拌加石灰182公斤，铝渣55公斤，等60秒后再加石灰170公斤，铝渣64公斤，渣子再次发泡，继续搅拌100秒，总共搅拌270秒，泡沫渣基本消失，取样测温，测得S：0.038％，脱硫用时21分钟。

实施例4：氩站样S：0.0167％(预算石灰添加量为616公斤，预算萤石添加量为＝123-205公斤)，保证精炼炉到站温度≥液相线+15℃，先用60立方/小时氩气搅拌，加石灰300公斤，萤石129公斤，氩气流量换35立方/小时，有功功率8000KW送电21秒，换有功功率13000KW送电583秒，最后氩气流量20立方/小时换有功功率8000KW送电96秒，断电后，用高压氩气搅拌，搅拌加石灰159公斤，铝渣53公斤，等60秒后再加石灰158公斤，铝渣61公斤，渣子再次发泡，继续搅拌100秒，总共搅拌280秒，泡沫渣基本消失，取样测温，测得S：0.0061％，脱硫用时17分钟。

实施例5：氩站样S：0.0177，(预算石灰添加量为668公斤，预算萤石添加量为134-223公斤)，保证精炼炉到站温度≥液相线+15℃，先用60立方/小时的氩气搅拌，加石灰388公斤，萤石138公斤，用45立方/小时的氩气，有功功率8000KW送电22秒，换有功功率13000KW送电99秒，再换有功功率14500KW送电594秒，最后氩气流量25立方/小时，换有功功率8000KW送电85秒，断电后，用高压氩气搅拌，搅拌加石灰140公斤，铝渣52公斤，等60秒后再加石灰140公斤，铝渣52公斤，继续搅拌150秒，总共搅拌270秒，泡沫渣基本消失，取样测温，测得S：0.0033％，脱硫用时20分钟。

对比例1：韶钢原脱硫技术：保证精炼炉到站温度≥液相线+30℃，氩站样S：0.0215。LF前期加入1246kg石灰，350kg铝矾土造渣，过程脱氧使用铝渣和铝钙碳脱氧，铝渣加入量106kg，铝钙碳加入量30kg，有功功率8000KW送电22秒，转有功功率14500KW送电1324秒，升温至1600℃时保持氩气流量60立方/小时搅拌5分钟以上，待泡沫渣基本消失，取样测温，测得S：0.0017％，脱硫用时30分钟。

对比例2：韶钢原脱硫技术：保证精炼炉到站温度≥液相线+30℃，氩站样S：0.015。LF前期加入797kg石灰，350kg铝矾土造渣，过程脱氧使用铝渣和铝钙碳脱氧，铝渣加入量30kg/t，铝钙碳加入量30kg，有功功率8000KW送电47秒，换有功功率14500KW送电1348秒，升温至1600℃时保持氩气流量60立方/小时搅拌5分钟以上，待泡沫渣基本消失，取样测温，测得S：0.0022％，脱硫用时28分钟。

实施例1-5与对比例精炼时间与脱硫时间的对比如表1所示，由表1可以看出，使用本发明的脱硫方法，平均脱硫时间为19分钟，相对于使用原脱硫技术的对比例1与对比例2分别节省11分钟、9分钟，节省比例高达37％和32％，并且实施例1-5脱硫后的硫含量满足板坯低硫钢对于硫含量一般在0.01％以内的要求。本发明提供的脱硫方法能够有效进行板坯低硫钢的脱硫，脱硫效率大大提高。

表1：实施例1-5与对比例1-2工艺的精炼时间与脱硫时间

炉号	钢种	初始硫含量％	脱硫所需时间/min	脱硫后S含量％
					实施例1	Q345T	0.0155	20	0.0051
实施例2	Q345T	0.0254	18	0.0063
					实施例3	Q345T	0.0244	21	0.0038
实施例4	Q345T	0.0167	17	0.0061
					实施例5	Q345T	0.0177	20	0.0033
对比例1	Q345T	0.0215	30	0.0017
					对比例2	Q345T	0.015	27	0.0022

表2：实施例1-5与对比例1-2增氮情况

炉号	初始氮(氩站样)	精炼脱硫后的氮	结果分析
				实施例1	37ppm	37ppm	0ppm
实施例2	66ppm	68ppm	+2ppm
				实施例3	50ppm	55ppm	+5ppm
实施例4	46ppm	55ppm	+9ppm
				实施例5	37ppm	40ppm	+3ppm
对比例1	37ppm	51ppm	+14ppm
				对比例2	50ppm	62ppm	+12ppm

实施例1-5与对比例1-2增氮情况如表2所示，可以看出实施例1-5的平均增氮为3.8ppm，较对比例1、2分别减少10.2ppm和8.2ppm，降幅巨大，本发明的脱硫方法能够非常有效的降低钢水脱硫过程中的吸氮量。

同时，按照本发明的石灰添加量计算方法指导石灰的添加量，平均石灰添加量为639kg，较对比例1、2分别减少1246-639＝607公斤、797-639＝158公斤，减少比例为49％、20％。同时，本发明工艺中减低了高档位送电时间和大氩气流量通入时间，减少了脱硫的整体时间，工艺成本大大降低。

Claims

1.一种板坯钢在LF精炼炉内的快速脱硫方法，包括如下步骤：

(3)调整送电有功功率为12300-15000KW，升温9分钟以上；

(5)断电后，用高压氩气进行搅拌，搅拌过程中添加石灰，铝渣，间隔60-90s后再次添加石灰，铝渣，完成脱硫工艺；

其中步骤(2)至步骤(5)石灰总加入量为步骤(1)中计算所得的石灰加入量，其中所述石灰总加入量的计算方式为:石灰总加入量(公斤/120t钢液)＝(WS-0.005％)*10000/a，其中WS为氩站样测量的硫百分含量，当WS≤0.02％时，a＝0.0019；当WS>0.02％时，a＝0.003。

2.如权利要求1所述的快速脱硫方法，其中步骤(1)中萤石的加入量计算方式为萤石加入量为石灰总加入量的1/5-1/3。

3.如权利要求1所述的快速脱硫方法，其中步骤(2)中石灰加入量为(石灰总加入量-300)公斤/120t钢液至(石灰总加入量-400)公斤/120t钢液。

4.如权利要求1所述的快速脱硫方法，其中步骤(3)升温11分钟以上。

5.如权利要求3所述的快速脱硫方法，其中步骤(5)中两步石灰添加量各自独立的为100-200公斤/120t钢液。

6.如权利要求1所述的快速脱硫方法，其中步骤(5)中两步铝渣的添加量各自独立的为45-70公斤/120t钢液。

7.如权利要求1所述的快速脱硫方法，其中步骤(5)的具体操作方法为用高压氩气进行搅拌，前60s加第一批石灰，铝渣，间隔60-90s后再次添加石灰，铝渣，继续搅拌120-150s，完成脱硫工艺，总搅拌时间为240-300s。

8.如权利要求1所述的快速脱硫方法，其中所述板坯钢经所述脱硫方法脱硫后硫含量小于0.007％。

9.如权利要求1所述的快速脱硫方法，其中所述脱硫方法所用脱硫时间为16-21min。