2009年 8月

#38 # 第25卷第4期煉 鋼

Steelmaking Aug.2009Vol.25 No.4

LF鋼渣返回利用的脫硫研究

趙俊學,李小明,郭家林,黃 敏,馬 杰

(西安建筑科技大學冶金工程學院,陜西西安710055)

摘 要:結(jié)合生產(chǎn)中LF渣的典型成分,對LF渣返回利用時的脫硫性能及其影響因素進行了研究,探討

了爐渣的初始w(S)、w(Al2O3),鋼水的初始w(S)變化對脫硫的影響。實驗結(jié)果表明,鋼水w(Als)=

0.025%~0.033%時,采用模擬的LF返回精煉渣,可以實現(xiàn)對鋼水的脫硫。在爐渣初始w(S)>

0.61%時,隨渣中硫含量的增大,脫硫率快速下降,w(Al2O3)<25%時對脫硫的影響不大。在實際應

用中,采用精煉終渣部分返回的模式,可以保證LF精煉的脫硫要求。

關(guān)鍵詞:LF渣;返回利用;脫硫

中圖分類號:TF703.6 文獻標識碼:A 文章編號: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

鋼鐵工業(yè)爐渣的處理和利用是環(huán)境治理和保

護的重要部分,是綠色制造、循環(huán)經(jīng)濟的生態(tài)工業(yè)

工程發(fā)展的要求。為了控制冶金爐渣的產(chǎn)出,目

前主要采取以下措施:一是采用精料等措施減少

固體廢棄物排出,即在選礦環(huán)節(jié)提高精礦品位,減

少冶煉排渣量;二是大力推進綜合利用,如用鋼渣

生產(chǎn)鋼渣水泥、作燒結(jié)熔劑和高爐煉鐵熔劑等。

目前不同冶金爐渣的利用程度不同,煉鋼爐渣的

利用還很不充分。研究新的煉鋼爐渣的綜合利用

途徑是近年的一個研究重點。理論和實踐表明,LF熔煉過程爐渣達不到脫硫的最大限度,但具有很大的脫硫潛力。為盡可能實現(xiàn)循環(huán)利用,以減少煉鋼過程的造渣材料消耗,減少爐渣外排,提高企業(yè)效益,本文對鋼渣返回利用的脫硫性能進行了研究。1 鋼鐵企業(yè)的LF渣基本狀況LF處理已經(jīng)成為現(xiàn)代鋼鐵工藝的基本配置,可以在精煉和煉鋼與連鑄之間起到彈性銜接作用。部分鋼鐵企業(yè)LF精煉渣組成如表1所示�；�金項目:國家自然科學基金(50644040)和陜西省教育廳專項基金(05JK251)

作者簡介:趙俊學(1962-),男,西安建筑科技大學冶金工程學院,教授,博士,從事鋼鐵工藝優(yōu)化和爐外精煉,鋼鐵生產(chǎn)過程固體廢棄物控制和利用的研究。

第4期趙俊學,等:LF鋼渣返回利用的脫硫研究

表1 部分鋼鐵廠部分爐號的LF精煉渣成分

#39 #

編號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

光學堿度0.800.760.780.730.730.74

由表1可以看出,企業(yè)之間差異很大。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%。經(jīng)計算可以看出,部分爐渣的曼內(nèi)斯曼指數(shù)M=R/(%Al2O3)已經(jīng)偏離了脫硫最佳值0.25~0.35。因此在爐渣成分選擇上,應適當提高堿度或降低Al2O3含量。部分企業(yè)已經(jīng)就LF渣的返回利用進行了工業(yè)應用試驗,取得了很好的效果[1-2]。本文對此進行了實驗研究。

35%。實驗用渣料采用化學純試劑配制,渣中的S由硫化鐵配入。不同初始S含量的爐渣在按照要求配制好后,在石墨坩堝中預熔后備用,取預熔后的爐渣中S含量為實驗用渣的初始S含量。Fe2O3和Al2O3單獨配入。實驗在硅鉬棒加熱爐進行。采用535mm@70mm剛玉坩堝和MgO坩堝,外套高石墨坩堝,以LL-2(鉑銠30-鉑銠6)作控溫熱偶。金屬量約為300~350g/爐,渣量按照5%配入。實驗步驟如下:(1)按照實驗要求配制渣料;(2)稱取金屬和渣料;(3)金屬放入爐內(nèi)熔化,熔化過程氮氣保護,防止氧化;(4)全部熔化并達到要求的溫度后插鋁脫氧;(5)加入渣料,開始記時;(6)根據(jù)要求取過程試樣;(7)取出坩堝,冷卻,分別取金屬和爐渣樣;(8)金屬和爐渣成分分析。

2 實驗方案

LF冶煉的主要功能之一是脫硫,同時要有效吸收鋼水中脫氧產(chǎn)物,提高鋼水的純凈度。在LF渣返回應用前,首先要解決以下問題:(1)爐渣是否具有繼續(xù)脫硫的能力,脫硫的極限值是多少;(2)LF渣在吸收脫氧產(chǎn)物后,對脫硫的影響。針對這兩個問題,本實驗設計將考察金屬和爐渣中的硫含量、爐渣中的Al2O3含量對脫硫的影響。實驗用金屬和基礎爐渣成分如表2~3所示。

表2 實驗用鋼Q235各主要成分的質(zhì)量分數(shù)類別鋼料1鋼料2

wB/%

C

0.170.14

Si0.210.25

Mn0.560.49

P0.0280.030

S0.0360.025

%M0.243

3 實驗結(jié)果及分析3.1 實驗結(jié)果

實驗結(jié)果如圖1~4。

表3 實驗用爐渣各主要成分的質(zhì)量分數(shù)CaO58

MgO8

Al2O316

Fe2O3(FeO)0.88(0.8)

圖1 不同硫含量初渣精煉脫硫過程鋼中硫隨時間的變化曲線(鋼水初始w(S)=0.036%)

由圖1~4可以看出,采用模擬的LF返回精煉渣,可以實現(xiàn)對鋼水的脫硫。鋼水中初始S含量一定的情況下,隨爐渣中初始S含量的增加,爐渣的脫硫能力逐漸下降。在爐渣中初始S含量一,, 根據(jù)生產(chǎn)實踐,確定本實驗的各參數(shù)的變化范圍。鋼水w(S)為0.005%~0.060%,渣中w(S)=

(2O

# 40 #煉 鋼第25卷

3.2 實驗結(jié)果的分析

硫容量是鋼鐵冶金理論分析常用的一個概念,采用光學堿度和硫容量結(jié)合可以較好地反映爐渣組成和爐渣脫硫能力之間的關(guān)系。比較典型的有D.J.Sosinsky和RWYoung等歸納得出的硫容量與熔渣光學堿度的關(guān)系。D.J.Sosinsky等歸納得出的硫容量與熔渣光學堿度的關(guān)系式為lgCs=(22960-54640+)/T+43.6+-25.2

(1)

圖2 不同初始硫含量的精煉渣和不同初始

硫含量的鋼水對脫硫率的影響

[1-3]

RWYoung等歸納得出的硫容量與熔渣光學堿度的關(guān)系為,當+<0.8時:

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

(2)

式中Cs為精煉渣硫容量;+為精煉渣的光學堿度;T為冶煉溫度,K。

為便于分析和比較,先對不同企業(yè)的LF脫硫狀況進行分析。對表1中的爐渣,結(jié)合D.J.Sosinsky和RWYoung經(jīng)驗公式進行計算,可得到不同爐渣的硫容量值。結(jié)合與不同爐渣對應的鋼水中的硫含量,利用如下關(guān)系[3-4]

圖3 不同Al2O3含量的精煉渣脫硫過程中鋼水硫含量隨時間變化曲線(鋼水初始w(S)=0.036%,精煉渣初始w(S)=0.22%

)

lgCs=lg

o

+-1.375sT

(3)

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

(4)

考慮到鋼水中的S、O含量較低,近似地以濃度替代活度,可以計算在冶煉條件下,實際爐渣所

達到的爐渣容硫量lgCS-real(為和爐渣硫容量區(qū)別起見,這里稱為爐渣容硫量)�？梢钥闯�,實際生產(chǎn)過程的爐渣硫容量和爐渣實際容硫量處于同一水平,爐渣實際容硫量甚至略高于爐渣硫容量,說明依靠爐渣中的w(FeO)確定的w([O])水平下,

圖4 精煉渣中Al2O3含量變化對脫硫效果

的影響(鋼水初始w(S)=0.036%,

精煉渣初始w(S)=0.22%)

已經(jīng)無法實現(xiàn)繼續(xù)脫硫。相關(guān)的計算結(jié)果如表4所示。

實際生產(chǎn)過程的鋼中溶解氧的控制主要是通過喂鋁線控制。根據(jù)有關(guān)文獻,喂鋁絲脫氧后6~10min,鋼中溶解氧質(zhì)量分數(shù)迅速降到(3~4)@10

-6

在爐渣中的初始w(S)<0.61%時,渣中初始S含量的變化對脫硫的影響不明顯,在爐渣初始w(S)>0.61%時,隨爐渣中硫含量的增大,脫硫率快速下降。隨鋼水中初始硫含量的降低,這一轉(zhuǎn)折點有降低的趨勢。渣中w(Al2O3)<25%時對脫硫的影響不大,但隨著Al2O3含量進一步增加,脫硫率明顯降低。這除和硫容量的變化相關(guān)外,以此作估算,可得到實際的爐渣容硫量

-real2明顯低于爐渣的硫容量,可以實現(xiàn)脫硫。lgCs

本實驗中測的金屬試樣中的w(Als)=0.025%

~0.033%時,可以將鋼液中的溶解氧控制在足夠低的水平,可以保證脫硫的熱力學條件。因此,在LF渣返回利用過程,必須注意控制鋼液Als的,

第4期趙俊學,等:LF鋼渣返回利用的脫硫研究

表4 不同爐號的硫容量和容硫量計算結(jié)果

#41 #

編號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經(jīng)驗公式求得,lgCs-2,lgCs-real2是用RWYoung經(jīng)驗公式求得。

從硫容量和爐渣組元的關(guān)系可以看出,w(Al2O3)增大將降低爐渣的硫容量,堿度的提高則有利于硫容量的提高。根據(jù)圖5所示的等硫容量曲線可以看出,隨w(Al2O3)增大,可適當提高爐渣堿度,將硫容量保持在一定水平。

3.3 工業(yè)應用結(jié)果

基于上述研究結(jié)果,在30tLF精煉爐上,針對精煉渣組成設計了50%精煉渣回用并補充石灰的造渣模式,確保爐渣中的Al2O3和S含量在保持在較低水平。通過23爐試驗,試驗結(jié)果如表5所示。