LF脱硫精炼渣的研究与开发.pdf

http://www.paper.edu.cn

LF脱硫精炼渣的研究与开发

李平，孟劲松，刘承军，张大勇，姜茂发
东北大学材料与冶金学院辽宁沈阳110004

Email:[e-mail]

摘要：论述了精炼炉（LF）精炼渣的组成及其冶金功能，对目前几种常用的脱硫渣系

CaO-CaF2、CaO-Al2O3、CaO-Al2O3-CaF2、BaO-MgO-Al2O3-SiO2进行了介绍，并建议开发含铝

灰的精炼脱硫渣系。此外，本文还着重分析了精炼渣碱度、渣中Al2O3含量、CaF2含量、MgO
含量及渣氧化性对脱硫效果的影响。通过对LF精炼渣组分、性能等全方位的研究与探讨，对
精炼渣的发展前景和方向作出展望，为以后精炼渣的开发研究提供了依据和参考。
关键词：精炼炉（LF）；精炼渣；脱硫；碱度；铝灰

LF钢包精炼炉具有保持炉内还原气氛、氩气搅拌、埋弧加热和合成渣精炼等独特的精
炼功能，不但可以为连铸提供温度成分准确均匀的钢水、协调炼钢与连铸节奏、还可开发合
金含量较高的钢种。向精炼炉（LF）中加精炼渣于钢液脱硫、脱氧、去夹杂等作用显著。
目前，已在国内外大中型钢铁企业得到广泛应用[1,2]。

1.合成精炼渣的冶金功能

合成精炼渣具有如下冶金功能：①脱硫；②脱氧；③吸收钢中夹杂物，净化钢液；④隔
绝空气，防止钢液吸收气体；⑤对夹杂物进行变性处理。其中脱硫是LF合成精炼渣的核心
功能之一。
脱硫反应方程式如下：
分子理论：（CaO）＋[S]＝（CaS）＋[O]
(1)
o
△G1=109000-29.25TJ/mol
离子理论：（O2-）+[S]＝（S2-）+[O]
(2)
o
△G2=71965-38TJ/mol

人们通常使用CS（SulphideCapasity）来表示合成精炼渣脱硫能力的大小，CS称为熔渣
的硫容量。它是熔渣中以重量％浓度表示的硫浓度与一定氧分压和硫分压平衡的关系式。定

1

基金资助：高等学校博士学科点专项科研基金（20020145014）
http://www.paper.edu.cn

义硫容CS为：
1
2
a2−⎛PO⎞
CK=×O=%S×⎜2⎟(3)
S()⎜⎟
γ2−P
S⎝S22⎠
式中P和P分别为溶解于金属液中氧和硫的蒸气压。经过一系列热力学计算整理，
O2S2
935
得到硫的分配比与硫容间关系如下：lgLC=lg−+1.375+lgf−lga
SSTSO
(4)
近年来，人们试图通过对熔渣光学碱度的测定和计算来寻找硫容量与光学碱度的关系。

[3]
DJSosinsky等归纳了由CaO、SiO2、Al2O3和MgO等组成的二元、三元、四元渣系的许多
实验数据，得到1400～1700℃条件下实际熔渣的硫容量与熔渣光学碱度的关系为：
22690+54640Λ
lgC=+43.6Λ−25.2
ST
(5)
式中Λ为熔渣的光学碱度。
由（4）、（5）式可以得到硫的分配系数的计算公式：
22690+54640Λ
lgL=+43.6Λ+lgf−lgα−23.83(6)
STSO
上式[4]可以看出，热力学方面影响渣钢脱硫的主要因素有温度、碱度、氧化性等。高温、
高碱度、低氧化性气氛均有利于脱硫。

2.合成精炼渣的基本渣系组成

关于合成精炼渣系脱硫、脱氧方面已有大量研究报道，钢包精炼的基本渣系为

CaO-SiO2-Al2O3，为提高流动性可配入部分CaF2，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MgO；为增加发泡能力可配一部分碳酸盐及发泡剂等[5]。
前人对冶炼低硫钢技术进行了广泛的研究和探索，对国内外相关资料进行分析研究[6-9]，

采用的合成精炼渣系主要有CaO-CaF2系、CaO-Al2O3系、CaO-Al2O3-CaF2等。

2.1CaO-CaF2渣系

CaO-CaF2渣系具有很强的脱硫、脱氧能力，其硫容量是二元渣系中最高的（见图1）。

CaO-CaF2渣系在1500℃下的硫容量高达0.030。CaO-CaF2渣系中，CaF2本身并不具备脱硫
作用，其主要作用是降低脱硫渣的熔点，改善渣的流动性，增加脱硫产物的扩散速度。合成

渣中CaO与CaF2应有适当比例，比值过高，合成渣中CaO含量较高，使合成渣熔点过高，流

动性差，精炼效果并不明显；比值过低，合成渣中CaF2含量较高，对CaO起了稀释作用，对

2
http://www.paper.edu.cn

脱硫不利。

图1二元渣系的硫容图

Fig.1Sulphurcapacityofbinaryslagsystem

2.2CaO-Al2O3-CaF2渣系

由于原料中不可避免的带入SiO2，因而CaO-Al2O3-CaF2渣系实际为CaO-Al2O