攀钢超低碳钢深脱硫实验研究

摘要

电工钢等部分超低碳钢在转炉出钢采用弱脱氧工艺，从出钢到RH工位之前钢水氧活度较高，LF精炼过程中不仅无法实行有效的脱硫，甚至有回硫现象的发生，脱硫主要是在RH脱氧合金化之后进行，但RH脱硫时间较短，脱硫比较困难。
　　本文主要针对攀钢超低碳电工钢冶炼工程中，由于转炉出钢采用弱脱氧工艺，RH冶炼过程中回硫严重，RH脱硫时间短、加入RH脱硫剂后浸渍管侵蚀严重等问题，通过热力学计算和实验研究，得到了高效的RH脱硫剂各组分的控制范围和顶渣成分的控制范围，同时提出了减缓RH浸渍管侵蚀的措施，研究结果如下：
　　利用FACTSage热力学软件计算了顶渣中各组分对硫分配比Ls的影响，结果表明：①过高的（FeO+MnO）含量是造成回硫现象的主要原因，随着FeO含量的降低，钢水氧活度迅速降低，Ls增大，（FeO+MnO）含量必须控制在15％以下，RH脱硫之后需控制在10%以下；②CaO/Al2O3比值的增加不仅提高炉渣的硫容量，还可降低顶渣FeO的活度，应该控制在2.5～4；③MgO含量对Ls的影响不大，基本趋于稳定，但一定的MgO含量有助于缓解侵蚀，应控制在9%左右；④SiO2不仅会降低炉渣的硫容量，而且还会增加顶渣中FeO的活度，因此要严格控制顶渣中的SiO2含量。
　　通过在硅钼棒为发热体的高温炉上（以下称为硅钼棒炉）进行钢渣接触实验，分析了CaO-Al2O3-CaF2系脱硫剂中不同CaO/Al2O3、不同CaF2含量对脱硫剂脱硫能力的影响，结果表明：①CaO/Al2O3的增加可以提高Ls，提高炉渣的脱硫能力；②渣中添加CaF2可以有效的提高炉渣的脱硫能力，但当CaF2含量大于15%，Ls不再增加；③考虑了脱氧产物的上浮对炉渣成分的影响，得到了最佳的脱硫剂配比%CaO/%Al2O3=2.5-4；SiO2<5%；F－控制在8%左右，熔点不大于1350℃。
　　实验室条件采用二次回归正交设计的方法，研究了含BaO和Na2O的脱硫剂中各组分对Ls的影响，结果表明：①CaO/Al2O3比值的增加，Ls先增大后减小，在CaO/Al2O3为1.9时达到最小；②随着MgO含量的增加，Ls先增大后减小，当MgO=6%时，Ls最大；③随着BaO含量的增加，Ls减小，大于10%以后趋于平缓，随着Na2O含量的增加，Ls呈线性增加；④随着CaF2含量的增加，Ls将减小；⑤BaO、Na2O和CaF2含量的增加，均可以有效的降低渣系的熔点；⑥最终确定了脱硫剂中不添加BaO和Na2O，而采用上述确定的CaO-Al2O3-CaF2系脱硫剂。
　　利用FACTSage热力学软件计算分析了RH脱硫剂对采用高铝浇注料的RH浸渍管的侵蚀机理，并通过实验进行了验证，结果表明：①RH脱硫剂在与浇注料接触后，主要生成的相为CaO·6Al2O3（CA6）和CaO·2Al2O3（CA2），继而继续与CaO结合成低熔点物质进入渣中；②CaF2会与渣中的CaO和Al2O3结合成低熔点物质11CaO·7Al2O3·CaF2，加快炉渣的渗透，加重侵蚀；③脱硫剂中添加5%的MgO，不仅可以生成高熔点的MgO·Al2O3（MA）尖晶石相，而且可以降低Al2O3在渣中的溶解度，从而缓解侵蚀，同时在耐火材料中添加一定量的MgO含量之后，也可以生成高熔点的MA相；④实验验证了热力学计算结果，表明在脱硫剂中添加5%MgO之后，脱硫剂对刚玉坩埚的侵蚀减轻。
　　本文分析了RH冶炼条件下脱硫动力学的影响因素，建立了RH投入法脱硫的动力学模型，结果表明RH脱硫的主要影响因素为反应的容积系数，增大RH吹氩流量，提高真空度，提高炉渣的硫容量，均可以提高RH脱硫速率。
　　工业试验结果表明，通过顶渣改质工艺，将顶渣中的FeO含量控制在15%以下，RH冶炼结束在10%以下之后，钢水氧活度有了很大程度的下降，硫分配比Ls增大，避免了RH回硫现象的发生，RH的脱硫效率达到了30%，成品硫含量小于0.005%，达到了钢种的要求。

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1 前 言

2 文献综述

2.1 钢水脱硫的基本概论

2.2 炉渣脱硫影响因素分析

2.3 RH脱硫的国内外研究现状

2.4 论文研究的主要内容及研究意义

3 超低碳钢弱脱氧工艺下顶渣组分的控制

3.1 炉渣氧化性与钢水氧活度的关系

3.2 防止顶渣回硫的热力学分析

3.3 炉渣各组元对硫分配比的影响

3.4 渣量以及初始硫含量对硫分配比的影响

3.5 本章小结

4 RH用脱硫剂的实验研究

4.1 CaO-Al2O3-CaF2系脱硫剂的实验室研究

4.2 含BaO、Na2O的脱硫剂实验室研究

4.3 本章小结

5 RH浸渍管侵蚀机理研究

5.1 RH精炼炉耐材的选择

5.2 RH脱硫剂对高铝浇注料侵蚀的热力学分析

5.3 RH脱硫剂对高铝浇注料侵蚀的试验研究

5.4 MgO组元对侵蚀现象的影响研究

5.5 本章小结

6 RH脱硫过程动力学探讨

6.1 RH脱硫模型的建立

6.2 模型参数

6.3 RH脱硫动力学模型的验证

6.4 RH脱硫动力学模型的计算分析

6.5 本章小结

7 工业试验结果

7.1 原工艺下超低碳钢冶炼过程硫含量调查

7.2 炉渣改质工艺对超低碳钢脱硫的影响

7.3 本章小结

8 结 论

致谢

参考文献