硫分配比

鋼水在L F 精煉過程中,熔渣的組元組成對其脱硫能力有直接的影響。假設精煉熔渣為四元渣系(Al2 O32CaO2MgO2SiO2 ) ,通過目前應用較多的Ohta 和Suito 經驗公式和光學鹼度模型計算出熔渣的硫容量與平衡狀態下的硫分配比,並將模型結果在實際L F 精煉渣上進行應用,驗證計算模型的精度,可以明確渣中不同組元和温度等因素對脱硫效果的影響程度,為優化精煉渣成分提供依據 ^[1]  。

硫分配比CaS)的影響脱硫劑所含鈣與煤中硫之摩爾比稱為鈣硫比.在影響脱硫效率的所有參數中,CaS影響最大.需要用多行數據表示的內容稱為“二維表”,如工步表、工序自檢表、更改信息表等。

熔渣的硫容量表示渣吸收硫的能力,其定義式可以由氣渣反應平衡導出。

硫容量是熔渣特性之一,它的值取決於鋼水温度和渣的成分組成,能反映在平衡狀態下熔渣去除硫的能力,因此,硫容量可用於對比各種渣系的脱硫能力。

從目前的文獻中可以找到多種計算硫容量的經驗模型,其中包括Sosinsky 和Sommerville 模型、Young 等人的模型、KTH 模型等等,選取Young 等人的模型進行計算。

由於四元渣系中的Al2O3 活度直接測量非常困難,因此選用Ohta 和Suito在1 600 ℃條件下的表達式計算Al2O3 活度。

通常,大多數熱力學數據是在某一固定温度下測量的,因此,對於隨温度變化的作用係數,用固定值代替會產生一定誤差,為簡化計算,假設作用係數與鋼水温度互不干擾 ^[2]  。

通常熔渣中的MgO 和SiO2 在整個L F 精煉過程中變化不大,因此在計算中將二者設為常數,只考慮組分Al2O3 、CaO 變化的影響。

1 　渣中w (Al2O3 ) / w (CaO) 值與鋼水温度對渣硫容量的影響

隨着渣中w (Al2 O3 ) /w (CaO) 值增加,渣的硫容量呈下降趨勢。隨着鋼水温度的增加,熔渣的硫容量增加,説明隨着温度的增加,爐渣吸收硫能力增加。CaO 是熔渣中的主要脱硫組元,隨着CaO 含量增加,熔渣鹼度增加,有利於熔渣脱硫。

2 　渣中w (Al2O3 ) / w (CaO) 值與鋼水温度對硫分配比的影響

隨着渣中w (Al2 O3 ) /w (CaO) 值增加,渣的硫分配比大幅下降;隨着鋼水温度增加,硫分配比呈下降趨勢。

從理論計算上分析,隨着渣中w (Al2 O3 ) /w (CaO) 值增加,硫容量下降,使硫分配比也隨之下降;另外,渣中Al2 O3 比例增加,令平衡條件下的鋼中氧活度增加,氧活度增加,硫分配比下降。鋼水温度變化對硫分配比有一定影響,但其影響程度要遠遠小於熔渣成分變化對硫分配比的影響。

3 　鋼中碳含量和鋼水温度對硫分配比的影響

隨着鋼水碳含量的下降,硫分配比降低;在碳含量穩定的條件下,隨着温度的升高,硫分配比下降。實際生產中也證明,採用相同成分的精煉渣,鋼水碳含量越低,脱硫效率越低。

從理論計算上分析,鋼中硫和鋁的活度係數f S 和f Al 隨着碳含量增加而增加,鋁活度係數的增加會導致氧活度下降, ,硫分配比隨之增加。

4 　鋼中鋁含量和鋼水温度對硫分配比的影響

在熔渣成分固定的條件下,鋼水中鋁含量變化及鋼水温度變化對硫分配比的影響。鋼中鋁含量增加,硫分配比也增加;隨着鋼水温度增加,硫分配比下降。從理論計算上分析,鋼中鋁含量增加,氧活度下降,因此硫分配比增加 ^[3]  。

在首都鋼鐵集團公司鍊鋼廠某鋼種L F 精煉過程中取樣檢測,對比分析模型計算的結果。

1 　模型計算的硫分配比與實際測量值的對比

實際測量值與模型計算值相差很大,但整體趨勢基本一致。造成理論LS1與實際LS2 值相差很大的主要原因有:

(1) 在L F精煉結束階段取渣樣時,渣鋼界面還沒有達到真正的平衡;

(2) 模型計算中,進行了多個假設,影響最終模型的計算精度。

2 　渣中w (Al2O3 ) / w (CaO) 值和鋼中鋁含量對硫分配比的影響

由上述計算分析可知, 熔渣中w (Al2O3 ) /w (CaO) 值對硫分配比影響最明顯;鋼中的鋁和碳含量也影響硫分配比。將這一結果在實際L F精煉渣上進行驗證。

試驗爐次測量的硫分配比值與模型計算的硫分配比值變化趨勢相似,隨着熔渣中w (Al2O3 ) / w (CaO) 值增加,硫分配比下降。

試驗爐次測量的硫分配比值與模型計算的硫分配比值變化趨勢相似,隨着鋼中鋁含量的增加,硫分配比上升,但實際測量值的上升幅度很小。分析是由於渣成分變化等因素的干擾,由鋼中鋁含量變化引起的硫分配比變化並不明顯 ^[2]  。

(1) 隨着熔渣中w (Al2 O3 ) / w (CaO) 值增加,硫容量與硫分配比下降。對於四元渣系(Al2 O32CaO2MgO2SiO2 ) ,CaO 與Al2 O3 含量對熔渣脱硫能力有重要的影響;

(2) 隨着鋼水温度升高,硫分配比下降。但實際生產中,隨着鋼水温度的增高,熔渣流動性增強,改善了熱力學與動力學條件,對脱硫反應的促進作用大於硫分配比降低帶來的負作用;

(3) 隨着鋼中鋁和碳含量增高,硫分配比增加。冶煉低碳鋼,同成分渣系的脱硫能力隨鋼水碳含量下降而降低;另外,增加鋼水中的鋁含量有利於脱硫;

(4) 將本計算應用到實際生產中,證實熔渣硫分配比的變化規律與理論計算一致。模型計算值與實際測量值有較大差距,但不影響變化規律的趨勢,因此該模型可用於判斷某種四元渣系的脱硫能力與脱硫效果 ^[3]  。