炉外精炼脱硫反应临界氧含量问题的探讨

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1、炉外精炼脱硫反应临界氧含量问题的探讨颜根发高海潮……（马鞍山钢铁股份有限公司……）摘要：脱硫是炉外精炼的主要冶金操作之一。本文推导了两种碱土金属氧化物，炉外精炼脱硫反应临界氧含量（[o]C）的计算方程式。CaO脱硫时：；BaO脱硫时：。根据脱硫反应式与[o]C的计算方程式，进一步讨论了：反应温度，钢液中[S]、[O]、[C]、[Al]、[Si]含量，炉渣(FeO＋MnO)含量与碱度对脱硫率的影响。关键词：炉外精炼脱硫，临界氧含量，脱硫率。脱硫是炼钢的主要冶金操作之一。随着用户对钢质量要求的不断提

2、高，特别是某些钢材，比如管线钢、压力容器钢、耐酸钢、耐低温钢等，均要求[S]<0.005%。目前转炉即便采用经预脱硫的铁水，其终点也不能满足这个要求。从而炉外精炼脱硫是稳定生产低硫或超低硫钢的不可替代的工序。但是炉外精炼过程中对“弱脱氧”钢液、低碳钢液和超低硫钢液脱硫都比较困难，经分析研究后发现，是因为对不同硫含量的钢液脱硫，都存在着一个临界氧含量（以下用表示）。当钢液实际>，则脱硫就发生困难。炉外精炼脱硫的问题一直是人们长期探讨和争论的焦点之一。1.脱[S]反应氧的临界值问题脱[S]反应氧的临

3、界值与的大小和温度的高低有关，与温度越低，则越小。现将CaO脱硫与BaO脱硫的推导如下：1.1CaO脱硫的1.1.1CaO脱硫的/比值（CaO）=[O]+{Ca}由k1可得（1）（CaS）=[S]+{Ca}由k2可得（2）用式（1）减式（2）可得：（CaO）+[S]=（CaS）+[O]由可得：，移项后得：（3）1.1.2关于的比值问题以马钢一钢轧总厂炼钢厂测得的29炉炉外精炼渣样的平均成分（%）为例：（CaO）56.67，（Al2O3）32.57，（MgO）4.92，（SiO2）3.84，（Fe

4、O）1.18，（MnO）0.47，（S）0.22，（P2O5）0.010。（1）求根据上述炉渣成份：=1.00，=0.32，=0.07。=0.72，=0.23，=0.05。查CaO-Al2O3-SiO2三元系等值的相图可得，=1.0。（见图1）[2]图11600℃时CaO-Al2O3-SiO2三元系中等图（2）求根据上述炉渣成份：、、同上，=0.12，=0.02，=0.01，=0.01。因为渣中（CaS）的浓度很低，（CaS）与（S）的摩尔分数相同，即==0.006。=0.76，根据与的关系图（

5、见图2）[2],求得=20。=0.12图21500℃时CaO-Al2O3-CaO熔体中CaS的活度系数（3）求=0.12/1.0=0.12。这与有关资料[3]，在1550˚C炉外精炼脱硫时，其=0.10～0.17是一致的。1.1.3求CaO脱硫的将=0.12代入式（3）后可得：移项后可得（见图3，表1）（4）表1CaO脱硫的临界氧含量钢液硫含量[S]/%0.0050.010.0150.020.030.04温度/℃150013263952781041550163249659712916002040

6、5979119158165024487296144191图3CaO脱硫与和温度的关系1.2BaO脱硫反应的（BaO）=[O]+{Ba}由k5可得(5)（BaS）=[S]+{Ba}由k6可得（6）由式（5）减式（6）可得：（BaO）+[S]=（BaS）+[O]由可得，移项后得：（7）关于的数值，由于资料有限，没有办法用上述方法推导。因此必须走另一途径。根据图4[4]，查得1550˚C时BaS-BaO平衡的，代入式（7）可求得=0.27。在炉渣成分一定的情况下，是一个常数，由此可得（见图3）（8）图

7、4BaO-BaS平衡钢液中2．脱硫率（）影响因素的讨论可以用临界氧含量(见式(4)与式(8))的高低来讨论脱硫率的变化。当钢液实际>时，发生钢液回硫反应，<0；当钢液实际<时，发生钢液脱硫反应，>0。并且钢液实际越低，∆=-越大，则脱硫率越高。也即当钢液实际＜时，对一定的钢液，越高∆就越大，就越高。2.1不同脱硫剂对脱硫率的影响用BaO脱硫的比用CaO脱硫的高（见图3）。因此不仅BaO的脱硫率的比CaO的高，甚至在钢液中实际高于CaO脱硫的，而低于BaO脱硫的时，CaO脱硫困难，而BaO能较好地

8、脱硫。2.2不同温度对脱硫率的影响随温度升高而提高（见图3），因此高温对提高钢液脱硫有利。2.3不同对脱硫率的影响2.3.1钢液初始[S]含量高，在相同的情况下，也高。而初始高，则相应的就高（见图3），脱硫率相对较高，因此极低硫钢液脱硫相对困难。2.3.2钢液中[C]、[Si]、[Al]等能提高（见图5[5]），所以钢液中[C]、[Si]、[Al]含量高，则相应就高，对脱硫有利。因此极低碳钢使降低，另外真空吹氧脱碳，钢中又较高，导致脱硫困难。ab图5钢液第三组元[E]对和的影响2.4不同钢液实际