低硫硅钢硫控制工艺优化

供稿|石凤丽，丛铁地，于文武，刘书超，程春灵 / SHI Feng-li, CONG Tie-di, YU Wen-wu,LIU Shu-chao, CHENG Chun-ling

内容导读

本钢生产低硫硅钢时对硫含量的要求极低，因而常出现硫含量较高使得硅钢产品不合格的现象，导致低硫硅钢的炼成率较低。本文跟踪生产数据进行分析得出，当S 入站质量分数＜0.032%时，通过增加镁粉喷吹量，控制尽可能低的转炉上一炉倒炉硫、钢包上一炉钢包硫，同时控制好废钢、原辅料尽可能为低硫含量等，能够有效提高低硫硅钢炼成率。

低硫硅钢生产的控制难点在于低硫硅钢为超低碳钢，必须经过RH 处理，且它对硫含量(质量分数)的要求极低，要求w(S)≤0.004%，按照炉产180 t计算，进入钢水的硫含量大于7.2 kg 时就会造成成分不合格，故低硫硅钢对硫的控制关键集中在原料预处理和转炉阶段，如何控制好预处理和转炉阶段的脱硫是本文研究的重点。

预处理脱硫工艺概况

本钢的铁水脱硫工艺流程如图1。CaO+Mg 复合喷吹主要设备参见文献[1]。

图1 铁水脱硫工艺流程

铁水硫控制分析

硫来源控制

炉产180 t 的低硫硅钢中如进入钢水的硫含量大于7.2 kg 时就会造成成分不合，而硫的来源主要在铁水、废钢、炼钢用的原辅料及盛装钢水的转炉、钢包所含带的渣中。具体原辅料含硫量及进硫量见表1，镁粉复合喷吹的脱硫极限质量分数为0.0015%，如原辅料进硫量(质量分数)＞0.0025%，便会导致成品不合格(由于铁水硫含量非常低，故此处忽略了炼钢的脱硫作用)，因此除了控制工艺过程外，还应确保废钢、炼钢用的原辅料均为低硫含量或尽可能控制硫含量高的物料加入量，如用低硫含量的石灰石代替部分活性石灰冶炼等。

表1 原辅料含硫量及进硫量(质量分数，%)

脱硫热力学分析

预处理过程中，以溶于铁水的[Mg]参与脱硫反应为主，生成MgS，该方式是复合喷吹脱硫的主要反应形式[2]。当镁单独存在时，脱硫反应主要按式(1)进行[3]:

式中，ΔGθ为吉布斯自由能，J/mol。

当有CaO 存在时，MgS 不稳定，会与CaO 进一步反应，见式(2)：

文献[1]中相关实验表明：流态化石灰基本上没有起到脱硫作用，复合喷吹法的脱硫产物主要是不稳定的MgS，未生成更稳定的CaS。

铁水脱硫工艺分析

脱硫步骤

镁粉主脱硫反应步骤：

(1)镁粉溶解到铁水中形成[Mg]，此期间镁粉的溶解扩散需要一定的时间。

(2)[Mg]与铁水中的[S]接触生成MgS。

(3)反应到一定程度，如想进一步降低铁水中[S]，需要铁水中含有更高的[Mg]，即在一定温度下[S]与[Mg] 之积为常数，[S] 降低则[Mg] 升高反应才能进行，此期间一是需要喷吹更多的镁，二是需要一定的反应时间。

(4)当初始硫过高时，存在着渣硫间的分配平衡，达到动态平衡时，必须通过增大渣量及增加反应扩散时间才能进一步脱硫。

(5)镁粉脱硫的一大弊端是产生回硫，主要是因为：处理铁量大，铁水罐中动力学条件不足，罐中存在部分死区，这部分死区的硫含量仍为铁水初始硫含量；脱硫产物MgS 需要形核长大之后上浮到渣中，如果反应时间不够，MgS 来不及上浮到渣中，就会残留在铁水中，进入转炉造成回硫。因此，须有足够时间保证MgS 尽可能都上浮到渣中，同时确保扒渣扒净，才能尽量降低回硫。

影响因素分析

(1)铁水到站温度。温度对脱硫反应有不同的影响，一方面随着温度的升高Mg 的溶解度降低，由于Mg 脱硫反应是放热反应，因此温度的提高不利于脱硫。另一方面，温度的提高有利于脱硫反应的[Mg]在铁水中的扩散及脱硫产物的上浮排出，从生产数据分析可知：如想达到成品硫质量分数≤0.004%，铁水到站温度在1345~1365 ℃利于低硫控制。

(2)喷吹石灰量。经过实验研究发现喷吹石灰中的CaO 不能起到脱硫的作用，但它可以稀释渣中(MgS)的含量，使脱硫反应利于向正向进行。从生产数据分析可知：喷吹石灰量越多，越利于成品S 的控制，其中石灰量大于390 kg 时，炼成率相对较高。

(3)喷吹镁粉量。脱硫反应反应到一定程度，如想进一步降低铁水中[S]，需要铁水中含有更高的[Mg]， [S]降低则[Mg]升高反应才能进行。从生产数据分析可知：镁粉喷吹量大于180 kg 时，利于成品S 的控制。

(4)转炉上一炉倒炉硫。转炉上一炉倒炉硫与残留在转炉中的渣中硫息息相关，呈正相关关系，是带入硫的一项关键因素。从生产数据分析可知：转炉上一炉倒炉硫质量分数小于0.007%，利于成品硫的控制。

(5)钢包上一炉钢包硫。转炉上一炉钢包硫与残留在钢包中的渣中硫呈正相关关系，是带入硫的另一项因素。从生产数据分析可知：转炉上一炉钢包硫质量分数小于0.006%，利于成品硫的控制。

(6)入站S。理论上分析：入站S 越低，在喷吹量和镇静时间足够的前提下，相对来说，成品S 易于控制。但从生产数据分析可看出：入站S 质量分数在0.032%~0.045%时利于成品S 的控制。

为了进一步寻找理论和实际的不同原因，选取入站S 质量分数小于0.032%的炉次，根据喷吹量不同可以看出镁粉喷吹量≥180 kg 的炉次成品S 控制明显好于镁粉喷吹量＜180 kg 的炉次，说明产生上述情况的原因为喷吹镁粉量不够或镇静时间不够，MgS 来不及上浮到渣中。但实际生产中对生产节奏有要求，只能通过多喷吹粉剂的方式利于MgS 颗粒和其他固态粉剂簇集上浮，以利于成品硫的控制。

铁水脱硫工艺优化

选取对低硫硅钢成品炼成率影响较大的可控数据S 入站、镁粉喷吹量、转炉上一炉倒炉硫、钢包上一炉钢包硫进行改进，通过对比10 炉冶炼合格及不合格数据可知：当S 入站质量分数＜0.032% 时，对生产过程中的可控数据进行控制，通过增加镁粉喷吹量大于180 kg，控制尽可能低的转炉上一炉倒炉硫、钢包上一炉钢包硫，同时控制好废钢、原辅料等后续工序带入硫量，能够有效提高低硫硅钢炼成率。

结束语

冶炼低硫硅钢除控制工艺过程外，还应确保废钢、炼钢用的原辅料均为低硫含量或尽可能控制硫含量高的物料加入量。镁粉脱硫的一大弊端是产生回硫，应有足够时间确保脱硫产物MgS 形核长大之后上浮到渣中，同时扒渣扒净，才能尽量降低回硫。S 入站质量分数＜0.032%时，增加镁粉喷吹量大于180 kg，控制尽可能低的转炉上一炉倒炉硫、钢包上一炉钢包硫，同时控制好废钢、原辅料等后续工序带入硫量，能够有效提高低硫硅钢炼成率。