深脱硫钢在LF炉中的脱硫处理工艺分析
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摘 要 文章主要针对深脱硫钢在LF炉中的脱硫处理工艺展开分析，分别从以下几个方面详细介绍，目的在于提高钢铁企业脱硫处理工艺效率，为钢脱硫技术升级提供参考。
关键词 深脱硫钢；LF炉；脱硫处理；脱硫剂；脱氧剂
对于钢来讲，硫是直接有害元素，硫在钢中会导致钢本身过脆，坚实度下降。与此同时还会影响钢表面特性，出现氢致裂纹或者腐蚀裂纹，严重影响钢韧性。深脱硫钢在LF炉中进行脱硫处理，此工艺一直是国内外研究焦点。国家“西气东输”管线的全面发展，在一定程度上对钢的性能提出更高标准，因此需要进一步加强脱硫处理技术的应用，为钢输出发展奠定基础。
1 LF炉脱硫处理工艺介绍
钢生产加工程序复杂严谨，硫对钢的影响较大，钢厂在生产钢期间，必须进行钢水脱硫。具体方法种类较多，比如钢液渣洗、喂丝、喷粉冶金等。结合钢水脱硫处理机理，主要方法分为两种类型，第一種为直接生成、第二种为钢渣、钢液反应扩散。LF炉脱硫处理主要是第二种[1]。
LF炉脱硫处理，因为处理条件特殊，能够保持脱硫处理全过程都能够通氩气。氩气与钢液产生反映，降低钢液中的氧活度，为钢液脱硫处理提供有利条件。在LF炉中能够直接使用脱硫剂，操作十分便捷。加上氩气可以从底部吹出，能够为钢液提供更多动力完成脱硫。当前钢液脱硫主要应用脱硫剂、喷粉，其中脱硫剂相较于喷粉，不仅操作成本较低，操作也较为简单，是较为理想的脱硫选择[2]。图1为LF炉脱硫处理工艺流程图。
2 深脱硫钢在LF炉中的脱硫处理工艺反映机理
热力学条件：
LF炉中对钢液进行脱硫处理，依据公式：
上述反应公式，包括硫容量（Cs）；钢渣中的氧活度（a0）；钢渣脱硫处理中硫的分配比（Ls）；脱硫反映平衡常数（KA）；硫反应平衡速率（fs）。结合对反应公式的分析可以发现，脱硫处理中，硫容量变化便是脱硫能力的反映。如果钢液中硫容留越来越高，则表示钢液脱硫处理能力也在持续提高。提高脱硫处理效率，需要从渣量的增加与硫分配比的提高实现。故硫容量与钢渣中的氧活度决定钢渣脱硫处理中硫的分配比[3]。具体从以下方面展开：
第一，降低LF炉中钢渣氧活度。在脱硫之前先进行脱氧，使得钢液中FeO、MnO降低，切断LF炉氧源。对此方法的应用，需要注意挡渣处理，尽量将下渣量降到最低，并且还要持续为LF炉补充脱氧剂，抑或是添加CaSi粉、铝粒[4]。
第二，热力学角度出发，对钢渣进行渣系分组，此行为的目的在于将LF炉中的硫容量提高，进而通过渣系予以处理。
动力学条件：
动力学LF炉脱硫处理，依据脱硫速率公式展开：
动力学速率公式中，包含瞬态反应速率、持续反映速率，分别为KT，KP；粉剂反应速率、平衡程度，分别为η1，η2；粉剂加入速度、钢水量，分别为Wf，Wm；有效反映面积、钢水密度、综合传质系数，分别为AT，fp，ρ。结合上述内容，LF炉脱硫工艺其动力条件得到改善，钢渣之间的反映速率明显提高。尤其是钢液中硫含量低的情况下，脱硫最关键阶段是硫的扩散处理。有效限制硫在钢液中扩散，利用动力学条件，提高钢液传质系数，进而硫反映面积加大，脱硫效率得以提高。
3 深脱硫钢在LF炉中钢渣系分析
深脱硫钢的渣系划分，根据硫容量加以区分。主要包括CaO-CaF2、CaO-CaF2-SiO2、CaO-AlO3-SiO2等。脱硫效果最理想，硫容量最高的渣系为CaO-CaF2。LF炉钢渣系脱硫处理，喷粉条件不理想的情况下，一定会选择CaO-CaF2钢渣系进行脱硫。CaF2在脱硫上硫含量为40%，硫容比>170[5]。实际脱硫处理中，必须考虑到侵蚀情况，因此CaF2的含量只能达到30%。确保LF炉脱硫工艺能够脱氧的基础上，则选择CaO-CaF2钢渣系进行脱硫处理最理想。CaO-AlO3-SiO2钢渣系主要由CaO-CaF2延伸而来。利用铝的增加实现脱硫处理。
4 深脱硫钢在LF炉中的脱硫处理实际工艺研究
此次脱硫处理工艺以脱硫剂添加的方式实施，深脱硫钢的脱硫处理，具体操作以出钢阶段为主，出钢过程中在其中添加铝与脱硫剂，将LF炉中酸溶铝容量增加，进而加速脱硫速度。
LF炉脱硫处理工艺在炉渣类型中选择CaO-CaF2-SiO2渣系，因为渣系在脱硫处理中CaF2在化学作用下出现阴离子F-，可以直接将Si-O键进行破坏，将LF炉中炉渣的黏度降低。随之添加脱硫剂，主要材料为白灰、萤石，调整炉渣的CaO、CaF2比例，与此同时还要加入铝与10-15kg/t的钢，理想比例6：4。白灰具有干燥处理功能，并且活度非常大，规定白灰粒度为3-5mm。
LF炉温度迅速上升，炉渣逐渐融化，为脱硫提供了热力学条件，此时以氩气为载体进行脱硫搅拌，补偿LF炉温度需求。温度控制1560-1640℃，炉渣流动性在温度作用下得以提高，3min后向LF炉中添加脱氧剂，主要材料为铝粒与CaSi粉，提高LF炉脱氧效果。搅拌脱氧剂与脱硫剂，为钢渣与硫提供充足反映机会，加大底部吹氩气容量，脱硫速度明显提升。LF炉脱硫处理工艺脱硫率为>60%，满足钢生产需求的同时，还能够保证钢的质量。吹氩强度、时间对脱硫效率的影响见表1。
5 结束语
综上所述，深脱硫钢处理，以LF炉设备为载体，及时进行脱硫处理，脱硫效率明显提升。充分考虑脱硫剂、脱氧剂的使用，掌握脱硫效果与速率关系，进而满足钢脱硫标准。当然此方法还在不断改进与优化中，未来一段时间脱硫效率还会进一步提升。
参考文献
[1] 朱学谨，李建志，郭立新.承钢150tLF炉脱硫因素分析及工艺优化[J].河北冶金，2018，（3）：28-30.
[2] 高阳.P20塑料模具钢的冶炼工艺实践[J].大型铸锻件，2018，（1）：5-6.
[3] 谢学林，傅骏，王泽忠，等.GCr15SiMn钢LF精炼渣系脱硫研究[J].铸造技术，2018，（1）：154-156，162.
[4] 孙亮，朱良，赵晓东.3种铁水脱硫工艺的应用实践[J].中国冶金， 2018，（3）：50-53.
[5] 刘学奇，韦泽，熊云松，等.新型LF精炼扩散脱氧剂的开发[J].宽厚板，2018，（1）：26-29.
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