・１２・２０１０年２月第３８卷第１期钢铁研究ＲｅｓｅａｒｃｈＯｎＩｒｏｎ＆ＳｔｅｅｌＦｅｂ．２０１０Ｖ０１．３８Ｎｏ．１
ＧＣｒｌ５钢ＬＦ精炼渣系脱硫优化的研究
易操１，朱荣１，董凯１，申景霞ｈ２，李猛１’２
（１．北京科技大学冶金与生态工程学院，北京１０００８３；２．莱芜钢铁股份有限公司特殊钢厂，山东莱芜２１１０７４）
摘要：慕于某钢厂现阶段ＬＦ精炼渣系脱硫效果差等问题，结合精炼渣脱硫机理进行实验研究。通过拟出ｌｏ种精炼渣配方并对炉渣性能及钢中脱硫进行分析。研究发现，当精炼渣成分叫（Ｃａ（））为４５％～５０％，训（Ｓｉ０２）为１８％～２０％，硼（ＡＩ：Ｏ。）为１７％～２ｌ％，训（ＭｇＯ）为９％～１３％时脱硫效果较好，满足ＧＣｒｌ５钢中脱硫要求。工业试验初步取得良好效果，为ＬＦ精炼渣系深脱硫提供依据。关键词：精炼渣；ＬＦ；ＧＣｒｌ５；脱硫中图分类号：ＴＦ０３＋１文献标识码：Ａ文章编号：１００１—１４４７（２０１０）Ｏｌ—００１２一０３
ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎｏｆＬＦｒｅｆｉｎｉｎｇｓｌａｇｆｏｒＧＣｒｌ５ｓｍｅｌｔｉｎｇ
ＹＩＣａ０１，ＺＨＵＲｏｎ９１，ＤＯＮＧＫａｉｌ，ＳＨＥＮＪｉｎｇ－ｘｉａｌ”，ＬＩＭｅｎ９１・２（１．ＭｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌａｎｄＥｃｏｌｏｇｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃｈ００１．ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ
ａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｐｅｃｉａｌＳｔｅｅｌＰｌａｎｔ
ｏｆＬａｉｗｕＩｒｏｎａｎｄＳｔｅｅｌＣｏ．Ｌｔｄ．。Ｌａｉｗｕ２７１１０５，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ．．ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｐｏｏｒｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎｏｆＬＦｒｅｆｉｎｉｎｇｓｌａｇａｔ
ＳｈａｎｄｏｎｇＬａｉｗｕＳｔｅｅｌＰｌａｎｔ，ｌａｂｏｒａｔｏｒｙｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｗｅｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｉｎｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ
ｗｉｔｈｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｒｅｆｉｎｉｎｇｓｌａｇｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅｆｉｎｉｎｇｓｌａｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄ叫（Ｓ）ｉｎｔｈｅｓｔｅｅｌｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｗｉｔｈ１０ｋｉｎｄｓｏｆｒｅｆｉｎｉｎｇｓｌａｇｆｏｒｍｕｌａ．Ｔｈｅｓｔｕｄｙｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｗｈｅｎｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓｏｆｒｅｆｉｎｉｎｇｓｌａｇｗｅｒｅａｔｔｈｅｆｏｌｌｏｗｉｎｇｒａｎｇｅ：ｗ（ＣａＯ）４５％一５０％，叫（Ｓｉ（）２）１８％一２０％，硼（Ａ１２０ｓ）１７％一２１％，硼（ＭｇＯ）９％一１３％，ｔｈｅｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｌａｇｗａｓｓａｔｉｓｆａｃｔｏｒｙｔｏｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆ
ＧＣｒｌ５ｓｍｅｌｔｉｎｇ．Ｔｈａｎｋｓｔｏｇｏｏｄｒｅｓｕｌｔｓｏｂｔａｉｎｅｄｉｎｔｒｉａｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ｐｒａｃｔｉｃａｌｂａｓｉｓｆｏｒ
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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｅｆｉｎｉｎｇｓｌａｇ；ＬＦ；ＧＣｒｌ５；ｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎ
对于大多数钢种而言，硫是钢中的有害元素，它不仅引起钢的热脆，而且使表面裂纹增加，韧性
下降，钢的Ｚ向性能恶化，并对氢致裂纹（ＨＩＣ）、
硫化物应力腐蚀裂纹（ＳＣＣ）有较大影响ｆ１］。精炼渣的主要作用是保温、脱氧、脱硫及吸收钢中夹杂
等，故根据不同的钢种选择合适的精炼渣系和精
炼渣Ｔ艺非常重要。由于高质量的轴承钢对钢中硫含量的要求日益严格，选择具有良好冶金性能
的精炼渣是该钢种冶炼技术的关键环节。
本文主要针对某钢厂冶炼轴承钢ＬＦ渣系碱
作者简介：易操（１９８４一），男，硕士生，主要从事炼钢１：艺的研究．度偏高、炉渣粘度低、脱硫效果差等问题进行研究。通过实验对原渣系配方进行优化，为该厂ＬＦ
精炼渣系深脱硫提供依据。
１精炼渣脱硫机理及影响因素
钢水脱硫反应需要在还原气氛下进行，脱硫
的过程就是将钢中的硫元素还原成硫离子，并与
钢中的阳离子如Ｃａ引、Ｍ９２’形成稳定的硫化物，并被炉渣所吸附而去除的过程。钢中的Ｃａ２＋来
自于加人的脱硫剂ＣａＯ或精炼合成渣。脱硫反
万方数据第ｌ期易操，等：ＧＣｒｌ５钢ＬＦ精炼渣系脱硫优化的研究・１３・
应最基本的离子方程［２’３］可表示为：［Ｓ］＋（０２一）一（Ｓ２一）＋［０］
ＬＦ炉是通过采用ＣａＯ基精炼渣对钢水进行
深脱硫，其脱硫能力常采用硫容量Ｃｓ来衡
量［４’５］，Ｄ．Ｊ．Ｓｏｓｉｎｓｋｙ［６］等归纳了由ＣａＯ、Ｓｉ０２、Ａｌ：０３和Ｍｇ（）等组成的二元、三元、四元渣系的许多实验数据，得到在１４００～１７００℃下实际炉
渣的光学碱度和硫容量的关系为：
ｌｇＣｓ一（２２９６０—５４６４０Ａ）／Ｔ＋４３．６以一２５．２式中：ｃｓ——硫容量
以——渣的光学碱度，是渣组成的函数
影响钢水脱硫效果的热力学因素主要包括：渣的硫容量＜Ｃｓ），硫在钢一渣间的分配系数（Ｌｓ），
钢水温度和炉渣黏度。炉渣的硫容量（Ｃｓ）和炉
渣黏度均取决于温度和炉渣的化学成分，在温度
和化学成分一定的前提下，它对钢中硫的吸收能力也是一定的，它是渣的１种固有特性。
２精炼渣脱硫实验
２．１实验原料
实验用ＧＣｒｌ５废钢作为主原料，其中
硼（Ｓ）一０．００８５％，采用硫化亚铁配硫，伽（ＦｅＳ）
≥８０％；石灰ｗ（ＣａＯ）≥９８％，ｗ（Ｓｉ０２）≥９８０Ａ，
ｗ（Ａ１２０３）≥９８％，硼（ＭｇＯ）≥９８％，训（ＣａＦ２）≥９８．５％。
２．２实验方案
本实验方案根据现场炉渣性能状况及精炼渣成分理论研究所确定，高碱度以利于脱硫，低氧化
性（ｗ（ＦｅＯ）、伽（ＭｎＯ）低）以利于脱氧，良好的流动性以利于钢一渣反应等。钢包精炼的基本渣系
为ＣａＯ－ＳｉＯ：一Ａ１２０３，为提高脱硫能力可配一部分
强碱性氧化物，为提高包衬寿命可适当加入一部分Ｍｇ（），为增加发泡能力可配一部分碳酸盐及发
泡剂等。结合该厂实际情况初步确定精炼渣系各成分的配比范围：Ｗ（ＣａＯ）为４０％～６０％，ｗ（Ｓｉ０２）为５％～２５％，Ｗ（Ａ１２０３）为１０％～
４００Ａ，ｗ（ＭｇＯ）为４％～１５％。在选定渣系范围
内，确定１０组炉渣配比，如表１所示。
２．３实验方法
实验装置见图１。实验在有氩气保护的ＭｏＳｉｚ
实验电阻炉中进行，采用ＭｇＯ坩埚。将装有
１０００ｇＧＣｒｌ５废钢料的坩埚随炉升温，达到实验
温度（１６００℃）后利用石英管取空白样。然后加入
由化学纯试剂配制的精炼渣（渣量按１０％设计），每隔２０ｒａｉｎ取１次钢样进行成分分析，共取３次。
表１脱硫实验炉渣方案及其性能
配一精炼渣配比／％力云石丽ｉ丽万ｉ瓦西ｉ炉渣性能（Ｍ甙））ＲＡＭＩ
注：ＭＩ为曼内斯曼指数，ＭＩ—ｗ（ＣａＯ）／（Ｗ（Ａ１２０：１）・ｗ（Ｓｉ０２））。
图１实验装置
２．４实验结果及数据分析
对实验终渣进行取样分析，同时对炉渣熔点及黏度进行检测，探索适合ＬＦ脱硫的精炼渣配
方。伽（Ｓｏ）为熔化钢液初始硫质量分数，训（Ｓ。）、叫（ｓｚ）、伽（Ｓ３）依次为实验过程中３次钢样取样钢中硫质量分数。如表２所示。
由表２所示，按照精炼渣系各成分含量变化情况，对各渣系相关性能进行对比分析。
１）１号渣与６号渣相比，叫（ＣａＯ）相同，但二
者叫（Ｓｉ０２）、ｗ（Ａｌ：０３）、硼（ＭｇＯ）均有变化，尤其是ＳｉＯｚ和Ａｌ：ｏ。的变化很大。
通过脱硫试验结果可知，６号渣的脱硫效果要好于１号渣。其原因是因为在６号渣中，Ｓｉ｛ｈ
较低、Ａｌ。０３较高，所以渣的脱硫效果较好．但该渣中的ｗ（ＳｉＯ。）过低，可能会造成炉渣的发泡性
能较差。２）２号渣、４号与ｌＯ号渣相比，Ｗ（Ｃａ（））相
同，叫（Ａ１２０３）、硼（ＭｇＯ）变化不大（４号渣略有上
升），只有４号渣中的Ｓｉ（）２降低很多，三者的碱度
差别也较大。
万方数据・１４・钢铁研究第３８卷
表２实验终点炉渣相关参数
注：啦一（ｗ（Ｓｏ）－－ｗ（Ｓ３））／ｗ（Ｓｏ）。
通过脱硫试验结果可知，１０号渣的脱硫效果
要优于２号和４号渣。虽然１０号渣中的叫（ＳｉＱ）
较高，可以增加炉渣粘度，提高发泡性能，改善流
动性，有利于吸收夹杂。３）由５号、７号、８号与９号渣之间比较可知：
４种渣的ｗ（ＣａＯ）相同，脱硫效果从优到差依次
为：５号渣、９号渣、７号渣、８号渣。其主要原因
为：８号渣中的叫（Ｍｇ（））过高，造成炉渣熔点过高，训（Ｓｉ０２）也偏高，不利于脱硫的进行，所以脱
硫效果最差。
７号渣与８号渣相比，降低了Ｗ（Ｓｉ０。）和
ｗ（ＭｇＯ），提高了锄（Ａｌｚ０３），这些改变都有利于
改善炉渣脱硫性能。
９号渣与５号渣相比，伽（ＣａＯ）、Ｗ（Ｓｉ０２）无
太大变化，只是降低了叫（ＭｇＯ）。虽然ＭｇＯ起到了一定的脱硫作用，但其主要恶化了渣钢反应
的动力学。
４）３号渣的配比采用的是低Ｗ（Ｃａ（））、高ｗ（Ａ１２０３），二者的质量分数接近，此时炉渣吸附
夹杂物的能力较强，但由于训（Ｃａ（‘））低，不利于脱
硫反应。这种渣的流动性较好，脱硫效果也较好。
良好的精炼渣熔点一般控制在１３００～
１４５０℃左右，粘度一般控制在０．２５～Ｏ．６Ｐａ・Ｓ之
间。由表２可知，２～７号实验渣的熔化温度及黏
度值都处于较好的温度范围内；３号渣叫（Ｃａ（））低，不利于脱硫，故良好的脱硫精炼渣叫（Ｃａ（））应
该在４３％以上；但通过提高硼（ＡＩ：（）。），改善了炉
渣吸附夹杂物的能力；２号、４号、６号渣叫（ＳｉＯ：）
低，造成炉渣碱度过高，不利于炉渣发泡，故
ｗ（Ｓｉ０２）应该在１５％以上，伽（ＭｇＯ）较高，不利于渣钢反应的动力学条件。
结合本实验１０种应用于冶炼ＧＣｒｌ５轴承钢
的脱硫精炼渣，综合考虑炉渣的性能。本实验结
果表明，解决莱钢现阶段精炼渣碱度偏高、粘度过低、脱硫效果差等问题的脱硫精炼渣系各成分范
围大致应为：锄（Ｃａ（））为４３％～５０％，ｗ（Ｓｉ（）２）为
１５％～２０％，Ｗ（Ａ１２Ｑ）为１７％～２１％，
硼（ＭｇＯ）为８％～１３％。
３工业试验效果
将实验优化的ＬＦ精炼渣系片｛于莱钢冶炼
ＧＣｒｌ５轴承钢脱硫工业试验，试验共进行了２０余炉次。试验炉次炉渣碱度为２．４－－一３．０，炉渣黏度
为０．３５－－一０．５Ｐａ・ｓ，分析试验炉次终渣中的硫可
知，试验渣中硫质量分数最低值为１．０１％，最高
为１．９４％，平均脱硫率为７８．３％；而优化前所用
精炼渣进行脱硫后，渣中叫（Ｓ）最低为０．１６％，最
高为１．４５％，其中７５％炉次渣中伽（Ｓ）在ｌ％以下，平均脱硫率仅为６５．５％。
在硫分配比方面：优化前冶炼终点时渣的硫
分配比平均为１２７，而优化后精炼渣平均为２４０，
绝大部分是在２００以上，最高为３４８。综合工业
试验ＬＦ精炼渣优化效果。对实验室提出的精炼渣优化配方进行了改进，改进后的适合该厂冶炼
ＧＣｒｌ５轴承钢的渣系成分范围为：硼（ＣａＯ）为
４５％～５０％，叫（Ｓｉ０２）为１８％～２０％，叫（舢２０３）
为１７％～２１％，叫（ＭｇＯ）为９％～１３％。由于试
验炉次相对较少，该精炼渣系对ＬＦ冶炼ＧＣｒｌ５
轴承钢的脱硫效果还需进一步探讨。
（下转第３７页）
万方数据
