炼-钢-脱-硫-工-艺-的-发-展

江西冶金职业技术学院毕业设计（论文）题目：炼钢脱硫工艺的发展专业名称：冶金技术班级：10冶金三班学生姓名：学号：指导教师：胡秋芳日期：2012年10月目录摘要.............................................................................................1前言...............................................................................................11.转炉脱硫的基本原理................................................................12.影响脱硫的因素........................................................................13.脱硫工艺....................................................................................23.1吹炼过程中的脱硫..................................................................23.2采用喂丝吹氩的脱硫方法................................................43.3“渣洗”脱硫方法及其脱硫的工艺........................................74结论...........................................................................................8致谢...........................................................................................9参考文献.......................................................................................101摘要：介绍了转炉炼钢中脱硫的原理以及其过程中的相关影响因素，气化脱硫及脱硫的反应动力学。介绍了近年我国国内一些企业转炉炼钢脱硫的工艺现状关键词：转炉炼钢脱硫新工艺前言硫对钢的性能会造成不良影响，钢中硫含量高，会使钢的热加工性能变坏，即造成钢的“热脆”性。硫在钢以FeS的形式存在，FeS的熔点为1193℃，Fe与FeS组成的共晶体的熔点只有985℃。液态Fe与FeS虽然可以无限互溶，但在固溶体中的溶解度很小，仅为0.015％～0.020％。当钢中的硫含量超过0.020％时，钢液在凝固过程中由于偏折使得低熔点Fe-Fes共晶体分布晶界处，在1150～1200℃的热加工过程中，晶界处的共晶体熔化，钢受压时造成晶界破裂，即发生“热脆”现象。如果钢中的氧含量较高，则Fes与FeO形成的共晶体熔点更低(940℃)，更加剧了钢的“热脆”现象的发生。锰可在钢的凝固范围内生成MnS和少量的FeS℃，纯MnS的熔点为1610℃，共晶体FeS—MnS(FeS占93．5％)的熔点为1164℃，它们能疗效地防止钢热加工过程的“热脆”。因此在冶炼一般钢种时，要求将w[Mnl控制在0.4％～0.8％。在实际生产中．还将w[Mn]／w[S]之比作为一个指标进行控制。因为研究发现，钢中的w[Mn]／w[S]比对钢的热塑性影响很大,从低碳钢高温下的拉伸实验结果可以发现提高w[Mn]／w[S]比可以提高钢的热延展性，如图7—2所示。—般w[Mn]／w[S]＞=7时不产生热脆。此外，硫还会明显降低钢的焊接性能，引起高温龟裂，并在金属焊缝中产生许多气孔和疏松．从而降低焊缝的强度。硫含量超过0.06%时，会显著恶化钢的耐蚀性。硫是连铸坯中偏析最为严重的元素，不同钢种对硫含量合营严格的规定。非合金钢中普通质量级纲要求w[S]＜=0.045％，优质级钢w[S]=0.035%，特殊质量级钢w[S]=0.025%，有的钢种要求如管线钢w[S]＜0.005％，甚至更低.1.转炉脱硫的基本原理在氧气顶吹转炉中,脱硫主要是靠碱性泡沫渣进行的,其反应为:[FeS]+CaO=CaS+FeO[FeS]+MnO=MnS+FeO其次是汽化脱硫,但其脱硫所占比例仅占10%～30%,其反应为:3Fe2O3+CaS=CaO+6FeO+SO22CaS+3O2=2CaO+2SO22.影响脱硫的因素（1）炼钢温度的影响。钢渣间的脱硫反应属于吸热反应，吸热反应热在108.2-128KJ/mol之间，因此，高温有利于脱硫反应进行。温度的重要影响主要体现在高温能促进石灰溶解和提高炉渣的流动性。2（2）炉渣碱度的影响。炉渣碱度高，游离Cao多，或a（02-）增大，有利于脱硫。但过高的碱度，常出现炉渣黏度增加，反而降低脱硫效果。（3）炉渣中（FeO）的影响。从热力学角度可以看出，（FeO）高不利于脱硫。当炉渣碱度高、流动性差时，炉渣中一定量的（FeO），可助熔化渣。（4）金属液成分的影响。金属液中[C]、[Si]能增加硫的活度系数f[s],降低氧活度a[O]，有利于脱硫。总之，脱硫的有利条件为：高温、高碱度、低（FeO），好流动性。3.脱硫工艺3.1吹炼过程中的脱硫3.1.1试验条件转炉炼钢脱硫的研究是在宝钢第一炼钢厂进行的。该厂有3座300t氧气复吹转炉。主要产品为深冲钢、管线钢、耐候钢、IF钢等。炼钢用铁水成分0.10。根据所炼钢种进行铁水脱硫。在吹炼过程中用副枪进行取样、测温,以了解吹炼过程中熔池成分和温度的变化。吹炼终点进行取样、测温。对所取的金属和炉渣试样进行化学分析。3.1.2试验结果(1)吹炼过程中熔池硫含量的变化a.冶炼一般钢种(S≤0.015%)吹炼过程中硫的变化宝钢一炼钢所炼钢种多数硫≤0.015%。入炉铁水S≤0.005%,铁水比80%,市场统购废钢20%。吹炼开始后318min液相金属中的硫含量即增加到0.009%,这时增加的硫主要来自铁水脱硫渣和加入的造渣材料。铁水脱硫渣带入的硫约为8～10kg/炉,相当于溶池中增加硫0.003%。吹炼中期废钢大量熔化,使熔池中硫上升到0.017%。吹炼中期炉渣碱度不高,不能有效地进行脱硫。到吹炼后期,石灰熔解加快,终渣碱度达到3以上,渣量增加到约100kg/t,熔池温度升高到1650℃左右,这些条件都有利于脱硫反应的进行。炉渣中的硫在吹炼后期明显增加,钢中硫含量下降到0.011%。转炉吹炼过程中不同时刻脱硫率的变化。炉渣和金属熔池中的硫含量是副枪取样分析数据。吹炼前期(占总吹炼时间25%)脱硫率约为10%。吹炼中期,进入渣中的硫与废钢熔化所增加的硫大致平衡,使脱硫率保持在10%左右。吹炼后期脱硫率迅速提高。图1中的三炉脱硫曲线彼此接近,表明上述脱硫率的变化有较强的规律性。根据对一炼钢134炉吹炼终点的统计,其脱硫率平均为31%。b.冶炼低硫钢种(S0.008%)吹炼过程中硫的变化在生产低硫钢时,主要措施包括采用本厂返回废钢、进行铁水深脱硫(S≤0.005%)、尽量扒净脱硫渣和适当提高炉渣碱度等措施。整个吹炼过程中液体金3属硫含量在0.004%～0.006%范围内波动。液体金属硫含量与入炉铁水硫含量相比增加很少,主要因为采用本厂返回的低硫废钢,对熔池基本上不产生增硫作用。与外购废钢相比,本厂返回废钢所带入的硫减少17.8kg/炉。生产低硫钢时,铁水带渣量较少,使炉料中的总硫量有所降低。提高炉渣碱度,有利于降低钢中硫。(2)吹炼终点钢中硫含量的状况a.吹炼终点钢水及炉渣成分表1吹炼终点钢水成分项目CMnPS平均值0.0540.1450.0130.011标准差0.0160.0500.0050.005表2吹炼终点炉渣成分项目CaOSiO2MgOP2O5(TFe)(S)R平均值47.1013.076.801.6718.200.0553.8标准差3.913.031.330.313.730.0191.1对于65炉的统计,吹炼终点钢水及炉渣成分如表1、表2所示。宝钢所生产钢中85%炉次要求S≤0.015%,其中25%要求S≤0.008%。目前的原料条件和工艺制度可以满足所炼钢种对硫含量的要求。一炼钢采用铁水金属镁脱硫,铁水中硫降低到0.002%,吹炼终点钢中硫含量可降低到0.003%。表2是吹炼终点炉渣的平均成分,其波动范围较大,这是由于冶炼不同钢种时所要求的炉渣碱度有差别。在采用溅渣护炉后渣中MgO达到8%～10%,炉渣碱度稍有下降。b.吹炼终点渣钢之间脱硫反应的平衡状况离子理论的脱硫反应式如下:[S]+(O2-)=(S2-)+[O]H.Gaye等人根据相图理论应用上面的热力学公式计算出平衡状态下钢中硫含量,称为Belaf程序。应用该程序计算的65炉终点渣钢反应平衡值(%)如下。项目[S]r[S]e[S]r/[S]e平均值0.0110.0061.85标准差0.00470.00290.62其中[S]e是该温度下与炉渣平衡的钢水硫含量。[S]r是熔池的实际硫含量。[S]r/[S]e的比值表明渣钢脱硫反应偏离平衡的程度。宝钢转炉吹炼终点的[S]r/[S]e平均为1.85。主要是由于大型转炉的熔池深,反应动力学条件稍差。用Darken和Larsen的公式计算的渣钢之间硫的分配比[S]r/[S]e=2.15。Belaf程序的计算结果与实际相符合的程度更高些。c.吹炼终点钢中硫含量的回归分析4吹炼终点钢中硫含量与炼钢过程主要工艺参数之间的回归公式如下。[S]g=8.137×10-2-4.186×10-3t+0.282[S]t+1.457×10-4(TFe)+2.412×10-2(MgO)-7.33×10-4R-9.663×10-5(Wz)+4.732×10-2(S)回归公式与生产实际情况有较好的一致性,可用于吹炼终点钢中硫含量的计算。(3)宝钢转炉炼钢硫的物料平衡普通含硫钢(S≤0.015%)硫的物料平衡以HT26炉吹炼终点硫的物料平衡为例,其结果如表3所示。硫收入硫支出铁水中硫12.94钢水中硫32.69废钢中硫21.14炉渣中硫14.24铁块中硫2.80气化及其他2.12造渣料中含硫2.57脱硫渣中带入硫9.60总计49.05总计49.05表3HT26炉硫的物料平衡表由表3可见,废钢所带入的硫占炉料中总硫量的43.09%,脱硫渣所带入的硫占炉料中总硫量的19.58%,应尽量减少铁水带渣。在硫支出项目中炉渣中硫占总硫量的29.4%,气化脱硫在硫的总支出中所占比例不大。3.2采用喂丝吹氩的脱硫方法采用喂丝吹氩的脱硫方法采用喂丝吹氩的脱硫方法采用喂丝吹氩的脱硫方法在采用炉后加脱硫剂脱硫之后,为深化脱硫,特别是冶炼20#管坯等低硫钢种,就需要进行钢包喂丝吹氩的工作。安钢二炼现有钢包容量约为28t,喂丝机是郑州轻工学院研制的,采用13mm硅钙丝,硅钙丝经喂丝机校直拉出后,由导管喂入钢液中。该种喂丝机装备有计数器和速度控制器,可控制喂丝的长度和喂丝的速度。钢包喂丝的速度应控制在生产许可的条件下进行。如喂丝速度过快,硅钙丝在到达钢包底部后,由于外层铁皮还未熔化,反而向上弯曲伸向液面。硅钙丝中的硅钙粉在空气中剧烈燃烧产生钢水的喷溅造成生产事故。此外,在喂丝的同时不可进行吹氩操作。因为硅钙丝喂入钢包中后,在钢液内部产生了钙气泡,喂丝脱硫效率的高低,完全在于钙气泡在钢液中的传递过程和停留时间,其在钢液中停留的时间越长则脱硫的效果越好。如在喂丝过程中吹氩,不但加剧了钢液的沸腾程度,而且缩短了钙气泡在钢液中的停留时间,大大地降低了喂丝脱硫的效率。正确的方法是:先喂丝,然后在吹氩均匀成分和温度,去除钢液中的气体和夹杂。表1脱硫剂的组成(%)成分CaC2SiO2Al2O3MgOFe2O3H2O熔点(℃)5含量68