CN103233096A - Lf炉低碳深脱硫精炼方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了LF炉低碳深脱硫精炼方法，包括如下步骤：1）进站提温化渣；2）停电强搅拌深脱硫；3）调渣及调整成分；4）第二次停电强搅拌深脱硫；5）送电调温。本发明通过优化LF炉全程吹氩供气模型，分阶段动态控制氩气流量，以确保有足够的吹氩搅拌功来保证脱硫效果的同时，避免了在加热过程中氩气流量过大而导致钢、渣剧烈翻腾，使得钢、渣与石墨电极接触反应而导致增碳；采用送电和停电交替进行的间歇加热方式，并对送电期间和停电期间的任务进行重新分配，在送电期间通过减小氩气流量来降低搅拌强度，脱硫的同时减少增碳，同时，在停电期间增大氩气流量来加强搅拌，完成深脱硫。从而整个精炼过程中，既完成了深脱硫又有效控制了增碳。
Description
技术领域
本发明涉及炼钢技术领域，具体地指一种LF炉低碳深脱硫精炼方法。
背景技术
LF炉（即钢包精炼炉）是钢铁生产中主要的炉外精炼设备，它的主要任务是：脱硫、温度调节、精确的成分微调、改善钢水纯净度，及造渣。其中，LF炉精炼主要依靠桶内的白渣，在低氧的还原气氛中，使钢液脱硫，同时，通过吹氩装置向桶内吹送氩气进行搅拌，以加速白渣与钢液之间的化学反应，并由石墨电极对经过初炼炉的钢水加热进行温度补偿，以保证足够的精炼时间。
目前，深脱硫技术主要有铁水深脱硫、初炼炉控制增硫、钢水深脱硫、防止回硫等，钢水深脱硫的方式主要采用LF与RH（真空循环脱气精炼）组合技术。LF炉实现超低硫必须依靠良好的动力学条件，即较强的底吹氩搅拌，但底吹氩采用强搅拌会直接造成钢液液面明显波动，液面波动会导致电极与钢水接触而产生接触式增碳；另外，较强的底吹氩搅拌使炉渣与电极接触还会造成钢水产生间接增碳。电极带来的增碳主要有两种形式，其一，剧烈搅拌使得钢液或炉渣冲刷电极表面，致使电极表层部分碳粉脱落而合金化；其二，剧烈搅拌使得电极与炉渣接触，加热时，进入渣中的电极与渣中的氧化物，如：FeO、MnO、V2O5等进行如下反应：
C+FeO→CO+Fe
C+ MnO→CO+Mn
5C+V2O5→5CO+2V
其结果是，渣中不稳定的氧化物减少，提高了炉渣的还原性与脱硫效果，同时，也进一步使得钢水中产生了增碳。因此，在实际生产低碳超低硫钢时经常会出现因LF炉底吹氩控制不当等操作性因素造成碳含量过高，导致RH炉被迫采用吹氧脱碳模式进行成分挽救，从而对钢水质量以及生产效率造成不利影响。
目前，国内外对LF炉深脱硫精炼工艺有一些研究，如：公开号为CN102002554A，公开日为2011年4月6日的中国专利申请，其采用喷粉冶金的方式脱硫，达到了较好的脱硫效果，但其处理终点硫含量不稳定，而且喷粉冶金增加了设备投入；公开号为JP6145764A，公开日为1994年5月27日的日本专利申请，其主要侧重于精炼渣系的研究和精炼渣的重复利用，与本发明方法明显不同。而关于LF炉如何实现超深脱硫的同时有效地控制增碳则未见相关报道，尚属技术空白。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题提供一种LF炉低碳深脱硫精炼方法，该精炼方法在实现钢水深脱硫的同时能有效控制增碳量。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种LF炉低碳深脱硫精炼方法，其包括如下步骤：
1）进站提温化渣：接通LF钢包吹氩装置后，加入适当量的Al线和萤石，并一次性加入用量为15～20Kg/t钢的石灰，使底吹氩流量保持在750～850NL/min直至石灰为熔融态后降至200～250NL/min，然后送电提温一段时间，直至石灰彻底化透实现炉渣白渣化后，停止送电；
2）停电强搅拌深脱硫：停电后，将底吹氩流量升至750～850NL/min，采用该大气量搅拌6～10min，同时调节除尘风机风量，将炉压控制在微正压状态；
3）调渣及调整成分：将底吹氩流量降至200～250NL/min后开始第二次送电，送电期间视钢水和炉渣状况调整成分，送电提温一段时间后，第二次停止送电；
4）第二次停电强搅拌深脱硫：第二次停电后，再将底吹氩流量升至750～850NL/min，采用该大气量搅拌3～6min，同时调节除尘风机风量，将炉压控制在微正压状态；
5）送电调温：将底吹氩流量降至150～200NL/min后开始第三次送电，直至将钢液温度调整至出站温度范围，软吹后关闭钢包吹氩装置，完成LF炉精炼。
所述步骤1）中，所述Al线通过喂线的方式将Alt%控制在重量百分含量0.065～0.075%，所述萤石按其与石灰重量比为1:6的量加入，所述送电提温时间为11～15min。Al用于调节炉渣熔化温度和粘度；合理量的萤石可助熔，降低炉渣的熔点，并调节炉渣粘度，改善其流动性，促进脱硫反应。
所述步骤1）中，所述炉渣的成分及其重量百分比含量为：CaO：45～49%；SiO2：5～9%；Al2O3：30～35%；MnO+FeO≤1%。CaO- Al2O3渣系具有较强的脱硫能力；为提高LF炉的脱硫能力，需将炉渣中氧含量降低，当炉渣中FeO含量低于2.5%后，炉渣的脱硫能力逐步提高，当FeO含量低于1%后，炉渣脱硫能力显著提高。
所述步骤1）中，在送电期间加入铝丸0.2～0.47Kg/t钢、萤石0.2～0.33Kg/t钢进行调渣。补充的铝丸能起到脱氧作用，并能结合脱硫产生的氧，从而提高脱硫效率。
所述步骤２）中，将炉压控制在20～50Pa的微正压状态，搅拌期间加入铝丸0.067～0.33Kg/t钢。
所述步骤３）中，所述炉渣的成分及其重量百分比含量为：CaO：46～50%；SiO2：4～7%；Al2O3：33～38%；MnO+FeO≤1%。
所述步骤３）中，所述送电提温时间为待钢水温度升至出站要求温度以上20～30℃止，在送电期间加入铝丸0.13～0.33Kg/t钢。
所述LF炉低碳深脱硫精炼方法的精炼周期控制在39～49min。
所述步骤4）中，将炉压控制在20～50Pa的微正压状态。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
其一，本发明通过优化LF炉全程吹氩供气模型，分阶段动态控制氩气流量，以确保有足够的吹氩搅拌功来保证脱硫效果的同时，避免了在加热过程中氩气流量过大而导致钢、渣剧烈翻腾，使得钢、渣与石墨电极接触反应而导致增碳。
其二，本发明采用送电和停电交替进行的间歇加热方式，并对送电期间和停电期间的任务进行重新分配，在送电期间通过减小氩气流量来降低搅拌强度，脱硫的同时减少增碳，同时，在送电期间完成造渣、钢水升温，及调整成分等任务；在停电期间增大氩气流量来加强搅拌，完成深脱硫。从而整个精炼过程中，既完成了深脱硫又有效控制了增碳。
其三，本发明造渣工艺优良，该白渣碱度高、流动性好，本发明方法脱硫率达90%以上，增碳控制在50ppm以下，可稳定生产硫含量在8 ppm以下的钢产品。
其四，本发明用仅用铝、石灰，及萤石等几种常规材料便完成了钢水深脱硫任务，药剂投入少，节约了成本。
其五，本发明工艺流程简单清晰，精炼周期控制合理，可操作性强，易于控制。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的说明，但是本发明并不限于下述实施例。除非另有说明，本发明中所采用的百分数均为重量百分数。
实施例1：
LF炉进站钢水初始碳和硫的含量：C：0.045%，S：0.0086%。
1）进站提温化渣：钢水进LF炉站后，开大氩气破渣，氩气流量750NL/min（目测钢液面渣层氩花在300～400mm范围），喂Al线将Alt%调整至0.065%。并一次性加入石灰，石灰用量为15Kg/t钢，萤石用量2.5Kg/t钢，大氩气量搅拌至石灰为熔融态后将氩气流量调整至200NL/min（目测钢液面渣层氩花在150～200mm范围），送电提温11min，送电过程保持氩气流量在200NL/min，根据炉渣状况可加入铝丸0.2Kg/t钢、萤石0.2Kg/t钢调渣。在第一次送电结束前需保证石灰彻底化透且实现白渣。炉渣成分及各自含量为：CaO：45%，SiO2：9%，Al2O3：30%，MnO+FeO：0.76%。
2）停电强搅拌深脱硫：停电，调整氩气流量为750NL/min（目测钢液面渣层氩花在300～400mm范围），采用该大气量搅拌6min，同时调节除尘风机风量，将炉压控制在20Pa。搅拌期间补加铝丸0.067Kg/t钢。大气量搅拌后取样，钢水中碳和硫的含量为：C，0.047%，S 0.0013%，至此，增碳量为0.002%，脱硫率为85%。
3）调渣及调整成分：第二次送电，送电前将氩气流量调整至200NL/min（目测钢液面渣层氩花在150～200mm范围），送电升温，送电时间12min，钢水温度达到出站温度标准以上20℃，在送电过程中视钢水Alt%补加铝丸0.13Kg/t钢。炉渣成分及各自含量为：CaO：46%，SiO2：7%，Al2O3：33%，MnO+FeO：0.73%。
4）第二次停电强搅拌深脱硫：第二次停电，调整氩气流量至750NL/min（目测钢液面渣层氩花在300～400mm范围），采用大气量搅拌，同时调节除尘风机风量，将炉压控制在20Pa。根据前样中硫含量，搅拌3min后取样，钢水中碳和硫的含量为：C：0.048%，S：0.0008%，至此，增碳为0.003%，脱硫率为91%。
5）送电调温：第三次送电，送电前将氩气流量调整至150NL/min（目测钢液面渣层氩花在100～150mm范围），送电5min后温度达出站条件，软吹后停气完成LF炉精炼，精炼周期39min左右即可完成低碳、超低硫精炼操作。
LF炉出站钢水中碳和硫的含量为：C：0.049%，S：0.0008%。LF炉精炼过程增碳量为0.004%，脱硫率为91%。
实施例2：
LF炉进站钢水初始碳和硫的含量：C：0.046%，S：0.0089%。
1）进站提温化渣：钢水进LF炉站后，开大氩气破渣，氩气流量770NL/min（目测钢液面渣层氩花在300～400mm范围），喂Al线将Alt%调整至0.068%。并一次性加入石灰，石灰用量为17Kg/t钢，萤石用量2.8Kg/t钢，大氩气量搅拌至石灰为熔融态后将氩气流量调整至220NL/min（目测钢液面渣层氩花在150～200mm范围），送电提温12min，送电过程保持氩气流量在220NL/min（目测钢液面渣层氩花在150～200mm范围），根据炉渣状况可加入铝丸0.27Kg/t钢、萤石0.23Kg/t钢调渣。在第一次送电结束前需保证石灰彻底化透且实现白渣。炉渣成分及各自含量为：CaO：46%，SiO2：8%，Al2O3 ：31%，MnO+FeO：0.74%。
2）停电强搅拌深脱硫：停电，调整氩气流量770NL/min（目测钢液面渣层氩花在300～400mm范围），采用大气量搅拌8min，同时调节除尘风机风量，将炉压控制在25Pa。搅拌期间可适量补加铝丸0.13Kg/t钢。大气量搅拌后取样，钢水中碳和硫的含量为：C：0.048%，S：0.0011%，至此，增碳0.002%，脱硫率88%。
3）调渣及调整成分：第二次送电，送电前将氩气流量调整至220NL/min（目测钢液面渣层氩花在150～200mm范围），送电升温，送电时间12min，钢水温度达到出站温度标准以上22℃，送电过程视钢水Alt%补加铝丸0.2Kg/t钢。炉渣成分及各自含量为：CaO：47%，SiO2：6%，Al2O3：34%，MnO+FeO：0.71%。
4）第二次停电强搅拌深脱硫：第二次停电，调整氩气流量至770NL/min（目测钢液面渣层氩花在300～400mm范围），采用大气量搅拌，同时调节除尘风机风量，将炉压控制在25Pa。根据前样中硫含量，搅拌4min后取样，钢水中碳和硫的含量为：C：0.049%，S：0.0007%，至此，增碳为0.003%，脱硫率为92%。
5）送电调温：第三次送电，送电前将氩气流量调整至170NL/min（目测钢液面渣层氩花在100～150mm范围），送电5min后温度达出站条件，软吹后停气完成LF炉精炼，精炼周期43min即可完成低碳、超低硫精炼操作。
LF炉出站钢水中碳和硫的含量为：C：0.050%，S：0.0007%。LF炉精炼过程增碳量为0.004%，脱硫率为92%。
实施例3：
LF炉进站钢水初始碳和硫的含量：C：0.047%，S：0.0094%。
1）进站提温化渣：钢水进LF炉站后，开大氩气破渣，氩气流量800NL/min（目测钢液面渣层氩花在300～400mm范围），喂Al线将Alt%调整至0.070%。并一次性加入石灰，石灰用量为18Kg/t钢，萤石用量3Kg/t钢，大氩气量搅拌至石灰为熔融态后将氩气流量调整至230NL/min（目测钢液面渣层氩花在150～200mm范围），送电提温13min，送电过程保持氩气流量在230NL/min（目测钢液面渣层氩花在150～200mm范围），根据炉渣状况可加入铝丸0.33Kg/t钢、萤石0.27Kg/t钢调渣。在第一次送电结束前需保证石灰彻底化透且实现白渣。炉渣成分及各自含量为：CaO：47%，SiO2：7%，Al2O3：33%，MnO+FeO：0.71%。
2）停电强搅拌深脱硫：停电，调整氩气流量800NL/min（目测钢液面渣层氩花在300～400mm范围），采用大气量搅拌8min，同时调节除尘风机风量，将炉压控制在30Pa。搅拌期间可适量补加铝丸0.2Kg/t钢。大气量搅拌后取样，钢水中碳和硫的含量为：C：0.049%，S：0.0010%，至此，增碳量为0.002%，脱硫率为89%。
3）调渣及调整成分：第二次送电，送电前将氩气调整至230NL/min（目测钢液面渣层氩花在150～200mm范围），送电升温，送电时间12min，钢水温度达到出站温度标准以上25℃，送电过程视钢水Alt%补加铝丸0.2Kg/t钢。炉渣成分及各自含量为：CaO：48%，SiO2：5%，Al2O3 ：36%，MnO+FeO：0.68%。
4）第二次停电强搅拌深脱硫：第二次停电，调整氩气流量至800NL/min（目测钢液面渣层氩花在300～400mm范围），采用大气量搅拌，同时调节除尘风机风量，将炉压控制在30Pa。根据前样中硫含量，搅拌4min后取样，钢水中碳和硫的含量为：C：0.050%，S：0.0007%，至此，增碳量为0.003%，脱硫率为93%。
5）送电调温：第三次送电，送电前将氩气流量调整至180NL/min（目测钢液面渣层氩花在100～150mm范围），送电5min后温度达出站条件，软吹后停气完成LF炉精炼，精炼周期44min即可完成低碳、超低硫精炼操作。
LF炉出站钢水中碳和硫的含量为：C：0.052%，S：0.0007%。LF炉精炼过程增碳量为0.005%，脱硫率为93%。
实施例4：
LF炉进站钢水初始碳和硫的含量：C：0.048%，S：0.0096%。
1）进站提温化渣：钢水进LF炉站后，开大氩气破渣，氩气流量820NL/min（目测钢液面渣层氩花在300～400mm范围），喂Al线将Alt%调整至0.072%。并一次性加入石灰，石灰用量为19Kg/t钢，萤石用量3.2Kg/t钢，大氩气量搅拌至石灰为熔融态后将氩气流量调整至240NL/min（目测钢液面渣层氩花在150～200mm范围），送电提温14min，送电过程保持氩气流量在240NL/min（目测钢液面渣层氩花在150～200mm范围），根据炉渣状况可加入铝丸0.4Kg/t钢、萤石0.3Kg/t钢调渣。在第一次送电结束前需保证石灰彻底化透且实现白渣。炉渣成分及各自含量为：CaO：48%，SiO2：6%，Al2O3：34%，MnO+FeO：0.69%。
2）停电强搅拌深脱硫：停电，调整氩气流量820NL/min（目测钢液面渣层氩花在300～400mm范围），采用大气量搅拌9min，同时调节除尘风机风量，将炉压控制在40Pa。搅拌期间可适量补加铝丸0.27Kg/t钢。大气量搅拌后取样，钢水中碳和硫的含量为：C：0.050%，S：0.0009%，至此，增碳量为0.002%，脱硫率为91%。
3）调渣及调整成分：第二次送电，送电前将氩气流量调整至240NL/min（目测钢液面渣层氩花在150～200mm范围），送电升温，送电时间12min，钢水温度达到出站温度标准以上27℃，送电过程视钢水Alt%补加铝丸0.2Kg/t钢。炉渣成分及各自含量为：CaO：49%，SiO2：5%，Al2O3：37%，MnO+FeO：0.65%。
4）第二次停电强搅拌深脱硫：第二次停电，调整氩气流量至820NL/min（目测钢液面渣层氩花在300～400mm范围），采用大气量搅拌，同时调节除尘风机风量，将炉压控制在40Pa。根据前样中硫含量，搅拌5min后取样，钢水中碳和硫的含量为：C：0.051%，S：0.0006%，至此，增碳量为0.003%，脱硫率为94%。
5）送电调温：第三次送电，送电前将氩气流量调整至190NL/min（目测钢液面渣层氩花在100～150mm范围），送电5min后温度达出站条件，软吹后停气完成LF炉精炼，精炼周期47min即可完成低碳、超低硫精炼操作。
LF炉出站钢水中碳和硫的含量为：C：0.053%，S：0.0006%。LF炉精炼过程增碳量为0.005%，脱硫率为94%。
实施例5：
LF炉进站钢水初始碳和硫的含量：C：0.049%，S：0.0097%。
1）进站提温化渣：钢水进LF炉站后，开大氩气破渣，氩气流量850NL/min（目测钢液面渣层氩花在300～400mm范围），喂Al线将Alt%调整至0.075%。并一次性加入石灰，石灰用量为20Kg/t钢，萤石用量3.3Kg/t钢，大氩气量搅拌至石灰为熔融态后将氩气流量调整至250NL/min（目测钢液面渣层氩花在150～200mm范围），送电提温15min，送电过程保持氩气流量在250NL/min（目测钢液面渣层氩花在150～200mm范围），根据炉渣状况可加入铝丸0.47Kg/t钢、萤石0.33Kg/t钢调渣。在第一次送电结束前需保证石灰彻底化透且实现白渣。炉渣成分及各自含量为：CaO：49%，SiO2：5%，Al2O3：35%，MnO+FeO：0.67%。
2）停电强搅拌深脱硫：停电，调整氩气流量850NL/min（目测钢液面渣层氩花在300～400mm范围），采用大气量搅拌10min，同时调节除尘风机风量，将炉压控制在50Pa。搅拌期间可适量补加铝丸0.33Kg/t钢。大气量搅拌后取样，钢水中碳和硫的含量为：C：0.051%，S：0.0008%，至此，增碳量为0.002%，脱硫率为92%。
3）调渣及调整成分：第二次送电，送电前将氩气流量调整至250NL/min（目测钢液面渣层氩花在150～200mm范围），送电升温，送电时间12min，钢水温度达到出站温度标准以上30℃，送电过程视钢水Alt%补加铝丸0.33Kg/t钢。炉渣成分及各自含量为：CaO：50%，SiO2：4%，Al2O3：38%，（MnO+FeO）：0.63%。
4）第二次停电强搅拌深脱硫：第二次停电，调整氩气流量至850NL/min（目测钢液面渣层氩花在300～400mm范围），采用大气量搅拌，同时调节除尘风机风量，将炉压控制在50Pa。根据前样中硫含量，搅拌6min后取样，钢水中碳和硫的含量为：C：0.052%，S：0.0005%，至此，增碳量为0.003%，脱硫率为95%。
5）送电调温：第三次送电，送电前将氩气流量调整至200NL/min（目测钢液面渣层氩花在100～150mm范围），送电4min后温度达出站条件，软吹后停气完成LF炉精炼，精炼周期控制在49min即可完成低碳、超低硫精炼操作。
LF炉出站钢水中碳和硫的含量为：C：0.054%，S：0.0005%。LF炉精炼过程增碳量为0.005%，脱硫率为95%。
将实施例1～5与LF炉常规的低硫钢处理模式进行对比，处理效果对比如下表1：
表1
分析表1数据可知：采用本发明的深脱硫工艺，脱硫效率可达90%以上，LF炉出站硫含量可以控制在8ppm以内，且增碳量小于50ppm。而采用LF炉的常规处理模式处理实施例1~5中的样品，LF炉出站硫含量为15～20ppm，增碳量达100～200ppm，因此，本发明能在实现钢水深脱硫的同时有效控制增碳量。
Claims (9)
1.一种LF炉低碳深脱硫精炼方法，其包括如下步骤：
1）进站提温化渣：接通LF钢包吹氩装置后，加入适当量的Al线和萤石，并一次性加入用量为15～20Kg/t钢的石灰，使底吹氩流量保持在750～850NL/min直至石灰为熔融态后降至200～250NL/min，然后送电提温一段时间，直至石灰彻底化透实现炉渣白渣化后，停止送电；
2）停电强搅拌深脱硫：停电后，将底吹氩流量升至750～850NL/min，采用该大气量搅拌6～10min，同时调节除尘风机风量，将炉压控制在微正压状态；
3）调渣及调整成分：将底吹氩流量降至200～250NL/min后开始第二次送电，送电期间视钢水和炉渣状况调整成分，送电提温一段时间后，第二次停止送电；
4）第二次停电强搅拌深脱硫：第二次停电后，再将底吹氩流量升至750～850NL/min，采用该大气量搅拌3～6min，同时调节除尘风机风量，将炉压控制在微正压状态；
5）送电调温：将底吹氩流量降至150～200NL/min后开始第三次送电，直至将钢液温度调整至出站温度范围，软吹后关闭钢包吹氩装置，完成LF炉精炼。
2.根据权利要求1所述的LF炉低碳深脱硫精炼方法，其特征在于：所述步骤1）中，所述Al线通过喂线的方式将Alt%控制在重量百分含量0.065～0.075%，所述萤石按其与石灰重量比为1:6的量加入，所述送电提温时间为11～15min。
3.根据权利要求1或２所述的LF炉低碳深脱硫精炼方法，其特征在于：所述步骤1）中，所述炉渣的成分及其重量百分含量为：CaO：45～49%；SiO2：5～9%；Al2O3：30～35%；MnO+FeO≤1%。
4.根据权利要求1或２所述的LF炉低碳深脱硫精炼方法，其特征在于：所述步骤1）中，在送电期间加入铝丸0.2～0.47Kg/t钢、萤石0.2～0.33Kg/t钢进行调渣。
5.根据权利要求1或2所述的LF炉低碳深脱硫精炼方法，其特征在于：所述步骤２）中，将炉压控制在20～50Pa的微正压状态，搅拌期间加入铝丸0.067～0.33Kg/t钢。
6.根据权利要求1或2所述的LF炉低碳深脱硫精炼方法，其特征在于：所述步骤３）中，所述炉渣的成分及其重量百分比含量为：CaO：46～50%；SiO2：4～7%；Al2O3：33～38%；MnO+FeO≤1%。
7.根据权利要求1或2所述的LF炉低碳深脱硫精炼方法，其特征在于：所述步骤３）中，所述送电提温时间为待钢水温度升至出站要求温度以上20～30℃止，在送电期间加入铝丸0.13～0.33Kg/t钢。
8.根据权利要求1或2所述的LF炉低碳深脱硫精炼方法，其特征在于：所述LF炉低碳深脱硫精炼方法的精炼周期控制在39～49min。
9.根据权利要求1或2所述的LF炉低碳深脱硫精炼方法，其特征在于：所述步骤4）中，将炉压控制在20～50Pa的微正压状态。
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