2009年 8月

#38 # 第25卷第4期炼 钢

Steelmaking Aug.2009Vol.25 No.4

LF钢渣返回利用的脱硫研究

赵俊学,李小明,郭家林,黄 敏,马 杰

(西安建筑科技大学冶金工程学院,陕西西安710055)

摘 要:结合生产中LF渣的典型成分,对LF渣返回利用时的脱硫性能及其影响因素进行了研究,探讨

了炉渣的初始w(S)、w(Al2O3),钢水的初始w(S)变化对脱硫的影响。实验结果表明,钢水w(Als)=

0.025%~0.033%时,采用模拟的LF返回精炼渣,可以实现对钢水的脱硫。在炉渣初始w(S)>

0.61%时,随渣中硫含量的增大,脱硫率快速下降,w(Al2O3)<25%时对脱硫的影响不大。在实际应

用中,采用精炼终渣部分返回的模式,可以保证LF精炼的脱硫要求。

关键词:LF渣;返回利用;脱硫

中图分类号:TF703.6 文献标识码:A 文章编号:1002-1043(2009)04-0038-04

StudyonLFslagrecyclingusefordesulphurization

ZHAOJun-xue,LIXiao-ming,GUOJia-lin,HUANGMin,MAJie

(SchoolofMetallurgicalEngineering,Xi.anUniversityofArchitecture

andTechnology,Xi.an710055,China)

Abstract:BasedontheanalysisofthetypicalcompositionsofLFslag,recyclinguseof

theLFslagfordesulphurizationisstudied.Theinfluenceofinitial(S)content,initial

[S]content,aswellasinitial(Al2O3)ondesulphurizationisdiscussedandverifiedwith

test.ItisfoundthatdesulphurizationispossiblewiththerecycledLFslagwhendis-

solved[Al]atthelevelof0.025%-0.033%.Thedesulphurizationratewilldecrease

distinctlyduetothetheincreaseofsulphurcontentinthecarry-overslagwheninitial

(S)ismorethan0.61%.Theinfluenceof(Al2O3)contentisnotveryevidentwhenit

isbelow25%.WithpartlyrecyclingofLFslag,desulphurizationresultcanbeguaran-

teedinpractice.

Keywords:LFslag;recyclinguse;desulphurization

钢铁工业炉渣的处理和利用是环境治理和保

护的重要部分,是绿色制造、循环经济的生态工业

工程发展的要求。为了控制冶金炉渣的产出,目

前主要采取以下措施:一是采用精料等措施减少

固体废弃物排出,即在选矿环节提高精矿品位,减

少冶炼排渣量;二是大力推进综合利用,如用钢渣

生产钢渣水泥、作烧结熔剂和高炉炼铁熔剂等。

目前不同冶金炉渣的利用程度不同,炼钢炉渣的

利用还很不充分。研究新的炼钢炉渣的综合利用

途径是近年的一个研究重点。理论和实践表明,LF熔炼过程炉渣达不到脱硫的最大限度,但具有很大的脱硫潜力。为尽可能实现循环利用,以减少炼钢过程的造渣材料消耗,减少炉渣外排,提高企业效益,本文对钢渣返回利用的脱硫性能进行了研究。1 钢铁企业的LF渣基本状况LF处理已经成为现代钢铁工艺的基本配置,可以在精炼和炼钢与连铸之间起到弹性衔接作用。部分钢铁企业LF精炼渣组成如表1所示。基金项目:国家自然科学基金(50644040)和陕西省教育厅专项基金(05JK251)

作者简介:赵俊学(1962-),男,西安建筑科技大学冶金工程学院,教授,博士,从事钢铁工艺优化和炉外精炼,钢铁生产过程固体废弃物控制和利用的研究。

第4期赵俊学,等:LF钢渣返回利用的脱硫研究

表1 部分钢铁厂部分炉号的LF精炼渣成分

#39 #

编号1

23456

CaO56.8957.7656.7351.0844.2452.31

SiO212.1322.5813.3925.3920.7219.31

MgO8.358.815.9812.0210.968.57

wB/%Al2O311.656.6216.467.8810.2215.84

MnO0.570.330.500.490.610.29

FeO1.220.630.851.830.430.46

S0.480.430.530.310.780.59

光学碱度0.800.760.780.730.730.74

由表1可以看出,企业之间差异很大。其LF渣中的w(S)在0.31%~0.78%,w(SiO2)在12.13%~25.39%,w(CaO)在44.24%~57.76%,w(MgO)在5.98%~12.02%,w(FeO+MnO)在0.75%~2.32%,w(Al2O3)在6.62%~16.46%。经计算可以看出,部分炉渣的曼内斯曼指数M=R/(%Al2O3)已经偏离了脱硫最佳值0.25~0.35。因此在炉渣成分选择上,应适当提高碱度或降低Al2O3含量。部分企业已经就LF渣的返回利用进行了工业应用试验,取得了很好的效果[1-2]。本文对此进行了实验研究。

35%。实验用渣料采用化学纯试剂配制,渣中的S由硫化铁配入。不同初始S含量的炉渣在按照要求配制好后,在石墨坩埚中预熔后备用,取预熔后的炉渣中S含量为实验用渣的初始S含量。Fe2O3和Al2O3单独配入。实验在硅钼棒加热炉进行。采用535mm@70mm刚玉坩埚和MgO坩埚,外套高石墨坩埚,以LL-2(铂铑30-铂铑6)作控温热偶。金属量约为300~350g/炉,渣量按照5%配入。实验步骤如下:(1)按照实验要求配制渣料;(2)称取金属和渣料;(3)金属放入炉内熔化,熔化过程氮气保护,防止氧化;(4)全部熔化并达到要求的温度后插铝脱氧;(5)加入渣料,开始记时;(6)根据要求取过程试样;(7)取出坩埚,冷却,分别取金属和炉渣样;(8)金属和炉渣成分分析。

2 实验方案

LF冶炼的主要功能之一是脱硫,同时要有效吸收钢水中脱氧产物,提高钢水的纯净度。在LF渣返回应用前,首先要解决以下问题:(1)炉渣是否具有继续脱硫的能力,脱硫的极限值是多少;(2)LF渣在吸收脱氧产物后,对脱硫的影响。针对这两个问题,本实验设计将考察金属和炉渣中的硫含量、炉渣中的Al2O3含量对脱硫的影响。实验用金属和基础炉渣成分如表2~3所示。

表2 实验用钢Q235各主要成分的质量分数类别钢料1钢料2

wB/%

C

0.170.14

Si0.210.25

Mn0.560.49

P0.0280.030

S0.0360.025

%M0.243

3 实验结果及分析3.1 实验结果

实验结果如图1~4。

表3 实验用炉渣各主要成分的质量分数CaO58

MgO8

Al2O316

Fe2O3(FeO)0.88(0.8)

图1 不同硫含量初渣精炼脱硫过程钢中硫随时间的变化曲线(钢水初始w(S)=0.036%)

由图1~4可以看出,采用模拟的LF返回精炼渣,可以实现对钢水的脱硫。钢水中初始S含量一定的情况下,随炉渣中初始S含量的增加,炉渣的脱硫能力逐渐下降。在炉渣中初始S含量一,, 根据生产实践,确定本实验的各参数的变化范围。钢水w(S)为0.005%~0.060%,渣中w(S)=

(2O

# 40 #炼 钢第25卷

3.2 实验结果的分析

硫容量是钢铁冶金理论分析常用的一个概念,采用光学碱度和硫容量结合可以较好地反映炉渣组成和炉渣脱硫能力之间的关系。比较典型的有D.J.Sosinsky和RWYoung等归纳得出的硫容量与熔渣光学碱度的关系。D.J.Sosinsky等归纳得出的硫容量与熔渣光学碱度的关系式为lgCs=(22960-54640+)/T+43.6+-25.2

(1)

图2 不同初始硫含量的精炼渣和不同初始

硫含量的钢水对脱硫率的影响

[1-3]

RWYoung等归纳得出的硫容量与熔渣光学碱度的关系为,当+<0.8时:

lgCs=-13.913+42.84+-23.82+2-(11710/T)-0.02223(%SiO2)-0.02275(%Al2O3)

(2)

式中Cs为精炼渣硫容量;+为精炼渣的光学碱度;T为冶炼温度,K。

为便于分析和比较,先对不同企业的LF脱硫状况进行分析。对表1中的炉渣,结合D.J.Sosinsky和RWYoung经验公式进行计算,可得到不同炉渣的硫容量值。结合与不同炉渣对应的钢水中的硫含量,利用如下关系[3-4]

图3 不同Al2O3含量的精炼渣脱硫过程中钢水硫含量随时间变化曲线(钢水初始w(S)=0.036%,精炼渣初始w(S)=0.22%

)

lgCs=lg

o

+-1.375sT

(3)

[%O]=(0.031@10-4T-0.117)@(%FeO)

(4)

考虑到钢水中的S、O含量较低,近似地以浓度替代活度,可以计算在冶炼条件下,实际炉渣所

达到的炉渣容硫量lgCS-real(为和炉渣硫容量区别起见,这里称为炉渣容硫量)。可以看出,实际生产过程的炉渣硫容量和炉渣实际容硫量处于同一水平,炉渣实际容硫量甚至略高于炉渣硫容量,说明依靠炉渣中的w(FeO)确定的w([O])水平下,

图4 精炼渣中Al2O3含量变化对脱硫效果

的影响(钢水初始w(S)=0.036%,

精炼渣初始w(S)=0.22%)

已经无法实现继续脱硫。相关的计算结果如表4所示。

实际生产过程的钢中溶解氧的控制主要是通过喂铝线控制。根据有关文献,喂铝丝脱氧后6~10min,钢中溶解氧质量分数迅速降到(3~4)@10

-6

在炉渣中的初始w(S)<0.61%时,渣中初始S含量的变化对脱硫的影响不明显,在炉渣初始w(S)>0.61%时,随炉渣中硫含量的增大,脱硫率快速下降。随钢水中初始硫含量的降低,这一转折点有降低的趋势。渣中w(Al2O3)<25%时对脱硫的影响不大,但随着Al2O3含量进一步增加,脱硫率明显降低。这除和硫容量的变化相关外,以此作估算,可得到实际的炉渣容硫量

-real2明显低于炉渣的硫容量,可以实现脱硫。lgCs

本实验中测的金属试样中的w(Als)=0.025%

~0.033%时,可以将钢液中的溶解氧控制在足够低的水平,可以保证脱硫的热力学条件。因此,在LF渣返回利用过程,必须注意控制钢液Als的,

第4期赵俊学,等:LF钢渣返回利用的脱硫研究

表4 不同炉号的硫容量和容硫量计算结果

#41 #

编号12

3456

w(S)/%0.480.430.530.310.780.59

w([S])/%0.0180.0160.0090.0210.0180.025

lgCs-1-1.39955-1.97665-1.68810-2.40948-2.40948-2.26520

lgCs-2-1.67249-2.01759-1.91401-2.32917-2.27859-2.29686

w([O])/%0.01129720.00280980.00379100.00816180.00191780.0020516

lgCs-real-1.3968613-1.9977770-1.5270137-1.7948725-1.9561754-2.1907962

lgCs-real2-2.84777-2.84439-2.50371-3.10460-2.63692-2.900

83

注:lgCs-1,lgCs-real是用D.J.Sosinsky经验公式求得,lgCs-2,lgCs-real2是用RWYoung经验公式求得。

从硫容量和炉渣组元的关系可以看出,w(Al2O3)增大将降低炉渣的硫容量,碱度的提高则有利于硫容量的提高。根据图5所示的等硫容量曲线可以看出,随w(Al2O3)增大,可适当提高炉渣碱度,将硫容量保持在一定水平。

3.3 工业应用结果

基于上述研究结果,在30tLF精炼炉上,针对精炼渣组成设计了50%精炼渣回用并补充石灰的造渣模式,确保炉渣中的Al2O3和S含量在保持在较低水平。通过23炉试验,试验结果如表5所示。