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        LF鋼渣返回利用的脫硫研究

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        LF鋼渣返回利用的脫硫研究

        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(xué),李小明,郭家林,黃 敏,馬 杰

        (西安建筑科技大學(xué)冶金工程學(xué)院,陜西西安710055)

        摘 要:結(jié)合生產(chǎn)中LF渣的典型成分,對(duì)LF渣返回利用時(shí)的脫硫性能及其影響因素進(jìn)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(duì)脫硫的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,鋼水w(Als)=

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

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

        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(hào):TF703.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):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(hù)的重要部分,是綠色制造、循環(huán)經(jīng)濟(jì)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(jìn)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(gè)研究重點(diǎn)。理論和實(shí)踐表明,LF熔煉過程爐渣達(dá)不到脫硫的最大限度,但具有很大的脫硫潛力。為盡可能實(shí)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(duì)鋼渣返回利用的脫硫性能進(jìn)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;痦(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金(50644040)和陜西省教育廳專項(xiàng)基金(05JK251)

        作者簡(jiǎn)介:趙俊學(xué)(1962-),男,西安建筑科技大學(xué)冶金工程學(xué)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(xué),等:LF鋼渣返回利用的脫硫研究

        表1 部分鋼鐵廠部分爐號(hào)的LF精煉渣成分

        #39 #

        編號(hào)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(xué)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(jì)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(yīng)適當(dāng)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(jìn)行了工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn),取得了很好的效果[1-2]。本文對(duì)此進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。

        35%。實(shí)驗(yàn)用渣料采用化學(xué)純?cè)噭┡渲?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(yù)熔后備用,取預(yù)熔后的爐渣中S含量為實(shí)驗(yàn)用渣的初始S含量。Fe2O3和Al2O3單獨(dú)配入。實(shí)驗(yàn)在硅鉬棒加熱爐進(jìn)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?zé)崤。金屬量約為300~350g/爐,渣量按照5%配入。實(shí)驗(yàn)步驟如下:(1)按照實(shí)驗(yàn)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?dú)獗Wo(hù),防止氧化;(4)全部熔化并達(dá)到要求的溫度后插鋁脫氧;(5)加入渣料,開始記時(shí);(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(shí)驗(yàn)方案

        LF冶煉的主要功能之一是脫硫,同時(shí)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(yīng)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(duì)脫硫的影響。針對(duì)這兩個(gè)問題,本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)將考察金屬和爐渣中的硫含量、爐渣中的Al2O3含量對(duì)脫硫的影響。實(shí)驗(yàn)用金屬和基礎(chǔ)爐渣成分如表2~3所示。

        表2 實(shí)驗(yàn)用鋼Q235各主要成分的質(zhì)量分?jǐn)?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(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析3.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

        實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1~4。

        表3 實(shí)驗(yàn)用爐渣各主要成分的質(zhì)量分?jǐn)?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(shí)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)踐,確定本實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析

        硫容量是鋼鐵冶金理論分析常用的一個(gè)概念,采用光學(xué)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(xué)堿度的關(guān)系。D.J.Sosinsky等歸納得出的硫容量與熔渣光學(xué)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(duì)脫硫率的影響

        [1-3]

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

        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(xué)堿度;T為冶煉溫度,K。

        為便于分析和比較,先對(duì)不同企業(yè)的LF脫硫狀況進(jìn)行分析。對(duì)表1中的爐渣,結(jié)合D.J.Sosinsky和RWYoung經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算,可得到不同爐渣的硫容量值。結(jié)合與不同爐渣對(duì)應(yīng)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(shí)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(jì)算在冶煉條件下,實(shí)際爐渣所

        達(dá)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(shí)際生產(chǎn)過程的爐渣硫容量和爐渣實(shí)際容硫量處于同一水平,爐渣實(shí)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(duì)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(shí)現(xiàn)繼續(xù)脫硫。相關(guān)的計(jì)算結(jié)果如表4所示。

        實(shí)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(xiàn),喂鋁絲脫氧后6~10min,鋼中溶解氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)迅速降到(3~4)@10

        -6

        在爐渣中的初始w(S)<0.61%時(shí),渣中初始S含量的變化對(duì)脫硫的影響不明顯,在爐渣初始w(S)>0.61%時(shí),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(diǎn)有降低的趨勢(shì)。渣中w(Al2O3)<25%時(shí)對(duì)脫硫的影響不大,但隨著Al2O3含量進(jìn)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(shí)際的爐渣容硫量

        -real2明顯低于爐渣的硫容量,可以實(shí)現(xiàn)脫硫。lgCs

        本實(shí)驗(yàn)中測(cè)的金屬試樣中的w(Als)=0.025%

        ~0.033%時(shí),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(xué)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(xué),等:LF鋼渣返回利用的脫硫研究

        表4 不同爐號(hào)的硫容量和容硫量計(jì)算結(jié)果

        #41 #

        編號(hào)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(yàn)公式求得,lgCs-2,lgCs-real2是用RWYoung經(jīng)驗(yàn)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(dāng)提高爐渣堿度,將硫容量保持在一定水平。

        3.3 工業(yè)應(yīng)用結(jié)果

        基于上述研究結(jié)果,在30tLF精煉爐上,針對(duì)精煉渣組成設(shè)計(jì)了50%精煉渣回用并補(bǔ)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(yàn),試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

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