采用LF炉和喷镁脱硫站进行铁水深脱硫的方法与流程

本技术属于钢铁冶金铁水预处理领域，具体地讲是对铁水进行深脱硫，进而冶炼超低硫钢的一种工艺方法。

背景技术：

一般在钢的生产过程中，硫作为引起金属热脆和影响铸坯质量的有害元素必须加以去除,随着对产品性能的要求越来越高，对钢中硫的含量要求越来越严格。武钢一炼钢厂现生产的部分超低碳钢在精炼环节无法脱硫，必须在转炉出钢终点控制[s]<0.004％，如工业纯铁wdt0。但是，铁水经过喷吹镁粉脱硫预处理后易产生回硫，在转炉冶炼时，由于加入的废钢、造渣材料以及铁水残渣中含有较高的硫，部分硫回到钢液中，造成转炉终点硫超标。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种采用lf炉和喷镁脱硫站进行铁水深脱硫的方法，转炉出钢硫可稳定控制在0.004％以内，扒渣铁损降低。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

采用lf炉和喷镁脱硫站进行铁水深脱硫的方法，工艺流程设计如下：铁水深脱硫→折入底吹铁水罐→lf炉加热造渣→返回脱硫站扒渣→兑铁入转炉。

进一步地，采用lf炉和喷镁脱硫站进行铁水深脱硫的方法，其特征在于工艺控制步骤如下：

第一步，铁水喷吹镁粉脱硫：目标硫0.001％，扒渣干净；

第二步，喷镁脱硫后铁水折入底吹铁水罐，准备进lf炉加热；

第三步，铁水进lf炉电极加热、造渣，离站温度1300±50℃，终点渣样为白色或黄色还原渣；

第四步，lf炉铁水返回脱硫站后取样→扒渣→测温，严禁未见样或硫>0.001％兑入转炉。

其中，第一步，对入厂铁水进行喷吹镁粉脱硫处理。根据铁水脱硫之前的试样成分，设置相关参数，重点目标硫0.001％，喷吹完后，取处理后的铁水试样，同步进行扒渣作业，扒渣大于80％后投粘渣剂30-100kg(一炉铁水约110-120吨，每炉铁水投粘渣剂30-100kg)，直至扒除干净。

高炉铁水渣熔化温度在1300-1400℃之间，属于熔点较低的渣系，加入石灰会提高渣的熔点，使渣变黏，在不采取加热措施的条件下，不论如何调整熔渣成分，均难以达到促使石灰熔化的效果，而在电极加热区温度可高达2600℃，加入的石灰可较快成渣，熔渣变化路线如图1所示，渣系由图中a区域(高炉铁水渣)向b区域(熔渣熔点在2200-2400℃左右)转变。且铁水中含碳量高，还原性强，在加热过程中便形成了良好的高碱度还原渣。

第二步，将第一步处理后的铁水挂起，兑入专用铁水罐。为确保铁水罐在lf炉和脱硫站能通用，事先对铁水罐进行相关处理，对透气设施、钢包车、铁水罐渣线耐材进行改造和优化。

铁水罐增加了底吹功能，底吹氩时脱硫产物和气泡相互接近，发生碰撞，产物在气泡表面振荡或者沿气泡表面滑移，存在被气泡吸附或者脱离两种可能，合适的气泡大小可以加快脱硫产物的上浮速度和聚集几率，lf炉工序周期在25min左右，有足够长的时间让产物上浮。

第三步，铁水进lf炉后，接通氩气，以便促进加热过程的热交换，钢包车打至加热位加热，使用高档位弧流化渣，待铁水温度升至1300±50℃时，观察渣况，终点渣样为白色或黄色还原渣即可终止lf炉操作，准备返脱硫站。

由于加热过程中，熔渣碱度高，在电极加热区附件存在大量的[ca]，在2200℃的条件下，可促使反应cao+mgs＝mgo+cas向右发生，形成更为稳定的cas，减少转炉吹炼回硫几率。

第四步，lf炉铁水返回脱硫站后取样→扒渣→测温，严禁未见样或硫>0.001％兑入转炉。

本发明的主要构思：为了在现有设备的基础上提高超低硫钢出钢硫合格比例，必须解决喷吹镁粉脱硫生产超低硫钢最大的难题：铁水纯镁脱硫渣稀，如何扒除干净。

根据各工艺环节取样化验ω[s]的结果以及物料平衡计算，可以得出转炉各种入炉物料所带入硫的重量所占比例，在低硫钢生产模式下，铁水渣占原材料带入钢液硫比例最大，带入硫重量为3.34kg，所占比例为43.5％。

在喷吹纯镁工艺下，溶于铁水中的[mg]与硫反应生成固态mgs，颗粒细小，大量的mgs聚集后上浮，脱硫产物的上浮遵循stockes公式：

式中ν—脱硫产物上浮速度，m/s；g—重力加速度，9.18m/s；

η—铁水的黏度，pa·s；ρ1、ρ2—铁水和脱硫产物密度，kg·m-3

r—脱硫剂颗粒半径，m；k—表观速度常数。

脱硫剂颗粒上浮速度与其半径大小的二次方成正比，与cao系脱硫剂相比，cao的粒度在0.2-1.0mm左右，而mg气泡的脱硫产物如不考虑聚集，单颗粒单量直径80-100μm[1]，cao颗粒的直径是纯镁脱硫产物的8-50倍，因此纯镁脱硫产物的上浮速度远小于cao系脱硫剂。这也是石灰系预脱硫控制出钢硫稳定的原因之一。

其次，镁脱硫属铁液内反应，脱硫程度越深，铁水中[s]浓度越低，脱硫产物越难聚集成核，在同样上浮距离的情况下，上浮时间越长，而石灰系脱硫属渣面反应，反应产物上浮距离短，只需将表面渣扒干净即可达到稳定控制硫元素的目的。

为了解决排除喷镁脱硫产物的难题，必须优化脱硫站石灰造渣的数量和加入时机，发挥cao的脱硫能力，造高碱度熔渣，稀释并吸附镁脱硫产物，在促进上浮方面，采取延长镇静时间来解决。在当前脱硫设备情况下，使用cao最大的难题是石灰熔点高(2580℃)，即便添加caf等助熔剂也不易熔化，且无喷吹石灰装置，因此，本发明通过将喷镁脱硫后的铁水送至lf炉加热造渣，提出使用lf炉电极加热，利用电极加热区的高温、铁水的强还原性，造高碱度渣，使得铁水脱硫产物mgs进入渣中或生产更稳定的cas，达到吸附和固化脱硫产物的目的，再返回脱硫站扒渣，然后兑入转炉冶炼超低硫钢。

和现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)转炉出钢硫可稳定控制在0.004％以内，成功几率较传统喷吹纯镁脱硫工艺提高了29.6％；

2)经lf炉处理后的铁水渣面结壳，易于被扒除，扒渣铁损降低；

3)由于铁水本身还原性强，经lf造渣后极易形成脱硫热力学条件，达到造白渣吸附脱硫产物的目的。

附图说明

图1为铁水进lf炉造渣前后熔渣成分及熔点变化。

图2为lf炉工序结束后的炉渣外观。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。

实施例

某钢厂实施本发明所述技术方案，按此工艺生产了128炉超低硫钢，其流程是铁水深脱硫→折入底吹铁水罐→lf炉造渣→返回脱硫站扒渣→兑铁入转炉。具体工艺过程控制分四步：

第一步，对入厂铁水进行喷吹镁粉脱硫处理。根据铁水脱硫之前的试样成分，设置相关参数，重点目标硫0.001％，喷吹完后，取处理后的铁水试样，同步进行扒渣作业，扒渣大于90％后投粘渣剂(主要成分cao)50kg(一炉铁水约115吨，按炉投粘渣剂)，直至扒除干净；

第二步，将第一步处理后的铁水挂起，兑入专用铁水罐。为确保铁水罐在lf炉和脱硫站能通用，事先对专用铁水罐进行相关处理，对透气设施、钢包车、铁水罐渣线耐材进行改造和优化；

第三步，铁水进lf炉后，使用lf炉电极加热，接通氩气，以便促进加热过程的热交换，钢包车打至加热位加热，使用高档位弧流化渣，待铁水温度升至1300±20℃时，观察渣况，终点渣样为白色或黄色还原渣即可终止lf炉操作，准备返脱硫站；

第四步，lf炉铁水返回脱硫站后取样→扒渣→测温，严禁未见样或硫>0.001％兑入转炉。

本实施例实行上述工艺，全程跟踪铁水中硫成分，均较稳定，未出现硫含量波动的情况，转炉终点硫小于0.005％的比例达到97.6％，达到内控要求(硫≤0.004％)的比例达88.3％，较原工艺达到内控要求(硫≤0.004％)的比例58.7％，提高了29.6％。

在lf炉加热过程中，铁水渣较容易形成还原性白渣，表1为lf炉造渣后的炉渣成分，渣中mno+feo含量1.32％，碱度4.65，满足脱硫的条件。图2为lf炉工序结束后的渣样外观，在返回脱硫站扒渣过程中，发现加热处理后的铁水表面熔渣易冷却结块，便于扒除，可以实现扒渣不带铁。

表1lf炉造渣后的炉渣成分

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。